【正文】 .................................................... 21 4. 4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件程序的實現(xiàn) .................................................................................. 22 4. 4. 1 前置監(jiān)控主機 ......................................................................................... 22 5 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實施分析 ............................................................................................ 24 5. 1 系統(tǒng)開發(fā)的硬件選擇 ......................................................................................... 24 視頻采集卡的選擇 .................................................................................... 24 5. 1. 4 監(jiān)控計算機的選擇 .................................................................................. 25 6 總 結(jié)與展望 ................................................................................................................. 27 6. 1 論文工作總結(jié) ................................................................................................... 27 6. 2 展望 ................................................................................................................. 27 緒論 隨著視頻壓縮技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻技術(shù)在通信領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，其中，監(jiān)控系統(tǒng)正是其主要的應(yīng)用領(lǐng) 域之一?，F(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要分兩類 :模擬的和數(shù)字的監(jiān)控系統(tǒng)。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)是將遠端攝像頭采集的模擬視頻信號通過電纜直接發(fā)送到監(jiān)控中心的監(jiān)視器上。模擬系統(tǒng)設(shè)計、制造比較簡單，但是傳送距離比較短，安裝、使用以及數(shù)據(jù)的保存都比較困難。而數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是先將遠端攝像頭采集的模擬信號數(shù)字化，經(jīng)過壓縮處理，再傳輸給監(jiān)控中心的主機，中心主機將壓縮的視頻信號解壓縮，就能重現(xiàn)遠端的圖像。數(shù)字系統(tǒng)比較難以設(shè)計，但卻有模擬系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢，例如傳送距離遠，圖像質(zhì)量好，安裝、使用以及數(shù)據(jù)的保存都很簡單。因此，數(shù)字視頻監(jiān)控系 統(tǒng)正全面取代模擬系統(tǒng)。 但是，目前開發(fā)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)還存在很多問題。基于 DSP 的系統(tǒng)性能、價格和體積都比較合適，但是開發(fā)難度高、適應(yīng)面比較窄，有時增加一個功能就必須對系統(tǒng)作全面的改動。而基于通用平臺 (例如 PC 機 )的系統(tǒng)，開發(fā)難度低，也能根據(jù)需要靈活地加以變動，但是由于這些系統(tǒng)大多基于 Dos 或者 Windows 操作系統(tǒng)，所以其性能，尤其是實時性和穩(wěn)定性方面，無法與基于專用芯片的系統(tǒng)相比，而且價格、體積方面也難以控制，無法完全適應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)的嚴格要求。另外，目前大部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用的都是比較簡單的壓縮技術(shù)，增 加了傳輸和存儲成本。本文研究的這套數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)采用了先進的 MPEG4壓縮算法，并基于 Windows20xx 操作系統(tǒng)平臺，在系統(tǒng)功能和擴展性等方面具有絕對的優(yōu)勢，結(jié)合系統(tǒng)看門狗的設(shè)計，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并在許多項目中得到了廣泛的應(yīng)用 隨著 21 世紀的到來，各行各業(yè)對于數(shù)字化信息的需求空前高漲，大規(guī)模數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)則為綜合數(shù)字信息的傳輸與交換奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。僅以全國電力系統(tǒng)的所有變電站都將逐步實現(xiàn)無人值守化運行為例，也就是說，全國各變電站所有設(shè)備的運行狀況都將統(tǒng) 一由地區(qū)電業(yè)局來集中監(jiān)控管理。為此，電力部門己開始在全國范圍內(nèi)構(gòu)筑 SDH 光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，各省市電業(yè)局也相應(yīng)開始在其所轄區(qū)域內(nèi)構(gòu)筑 SDH 傳輸網(wǎng)，并通過網(wǎng)絡(luò)將所有變電站連接起來。大范圍的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為各變電站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸提供了保障。 在無人值守變電站的實施過程中，除了設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸外，電力部門又進一步提出了對各變電站現(xiàn)場圖像、聲音及相關(guān)設(shè)備的遠程監(jiān)視及遙視要求，即在電業(yè)局的有關(guān)管理部門，既要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字信息掌握各變電站的設(shè)備運行狀況，又要實時地看到各變電站的現(xiàn)場圖像 (變壓器、電閘、控制柜以及變 電站場景的圖像 )，并要求對各變電站現(xiàn)場的攝像機及其他相關(guān)設(shè)備進行全方位控制。有些變電站還要求具有與控制中心進行雙向?qū)χv的功能。此項要求的提出主要是為了監(jiān)視無人值守變電站是否有人非法闖入，以及變電站現(xiàn)場是否有其他異常情況 (如電閘是否動作或接觸是否良好，變壓器是否冒煙、起火等 )，如果有人非法闖入或是無意進入監(jiān)視區(qū)域，則報警系統(tǒng)應(yīng)能夠自動偵測到，并向電業(yè)局發(fā)出報警信息，管理人員則根據(jù)對現(xiàn)場畫面的監(jiān)視，通過遠程聲音廣播系統(tǒng)予以警示，并同時遙控啟動其他相應(yīng)設(shè)備。當然，上述偵測到的畫面也可以同時記錄到普通錄像機或硬盤錄 像機上。 實際上，除了電力系統(tǒng)外，金融、郵電、石油、鐵路等諸多行業(yè)，都相繼提出了基于其現(xiàn)有行業(yè)網(wǎng)絡(luò)的遠程電視監(jiān)控的要求，許多跨地區(qū)的連鎖企業(yè)也提出了在集團總部通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)，隨時調(diào)看各下屬企業(yè)有關(guān)圖像的要求 1. 3視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 基于網(wǎng)絡(luò)的電視監(jiān)控系統(tǒng)的概念也是 20 世紀提出來的。雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電波、紅外線、激光等有線或無線傳輸介質(zhì)，借助各種接入設(shè)備，構(gòu)筑了當今社會各式各樣的網(wǎng)絡(luò)，而這些不同類型的網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模也不盡相同，既可能是覆蓋某一單位或住宅小區(qū)的局域網(wǎng)，又可能是覆蓋整 個城市的城域網(wǎng)，還可能是覆蓋整個省份、國家甚至整個世界的廣域網(wǎng)。因此，從系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)看，同一區(qū)域或不同區(qū)域間的不同類型的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備都已通過上述不同種類、不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了物理連接，這也是基于網(wǎng)絡(luò)的電視監(jiān)控系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)。各獨立的電視監(jiān)控設(shè)備通過嵌入式網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備或是通過連網(wǎng)的計算機便可接入到網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控攝像機的圖像則可以通過網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)字流媒體的形式傳輸?shù)娇刂浦行幕蚱渌跈?quán)的分控計算機，而從控制中心或分控計算機發(fā)出的控制指令也可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控前端的各受控設(shè)備。如今各類寬帶網(wǎng)絡(luò)及寬帶交換技術(shù)正在突飛猛 進地發(fā)展，因而將電視監(jiān)控系統(tǒng)建立在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，其實用意也是顯而易見的。 視頻監(jiān)控隨著社會的進步，近來越來越被廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域。同時隨著社會的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也隨之經(jīng)歷了三個時代。第一代 :模擬時代。視頻以模擬方式采用同軸電纜進行傳輸，并由控制主機進行模擬處理 :第二代 :半數(shù)字時代。視頻以模擬方式采用同軸電纜進行傳輸由多媒體控制主機或硬盤錄像主機 (DVR)進行數(shù)字處理與存貯 。第三代 :全數(shù)字時代。視頻從前端圖像采集設(shè)備輸出時即為數(shù)字信號，并以網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，基于國際通用的TCP/IP 協(xié)議，采用流媒體技 術(shù)實現(xiàn)視頻在網(wǎng)上的多路復(fù)用傳輸，并通過設(shè)在網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)虛擬 (數(shù)字 )矩陣控制主機 (IPM )來實現(xiàn)對整個監(jiān)控系統(tǒng)的指揮、調(diào)度、存貯、授權(quán)控制等功能。此外報警、門禁、巡更等前端設(shè)備輸出的數(shù)字信號也可由多網(wǎng)合一的方式通過網(wǎng)絡(luò)復(fù)用進行傳輸并在同一平臺上進行管理與控制。 現(xiàn)今視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)步入了全數(shù)字時代。這將徹底打破“閉路電視系統(tǒng)”模擬方式的結(jié)構(gòu)，從根本上改變了視頻監(jiān)控系統(tǒng)從信息采集、傳輸處理、系統(tǒng)控制的方式和結(jié)構(gòu)形式，也標志著監(jiān)控正在走向現(xiàn)代“四化”階段即： 前端 — 一體化：監(jiān)控系統(tǒng)前端一體化意味著多種技術(shù) 的整合、嵌入式構(gòu)架、適用和適應(yīng)性更強以及不同探測設(shè)備的整合輸出，為系統(tǒng)集成化奠定了基礎(chǔ)。 傳輸 — 網(wǎng)絡(luò)化：視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化意味著系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將由集總式向集散式系統(tǒng)發(fā)展，集散式系統(tǒng)采用多層分級的結(jié)構(gòu)形式，將使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件和軟件資源以及任務(wù)和負載得以共享，這也是系統(tǒng)集成與整合的重要基礎(chǔ)。 處理 — 數(shù)字化：信息處理數(shù)字化意味著信息流的數(shù)字化、編碼壓縮、開放式的協(xié)議，具有微內(nèi)核技術(shù)的實時多任務(wù)、多用戶、分布式操作系統(tǒng)，以實現(xiàn)搶先任務(wù)調(diào)度算法的快速響應(yīng)，硬件和軟件采用標準化、模塊化和系列化的設(shè)計，系 統(tǒng)設(shè)備的配置具有通用性強、開放性好、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、人機界面友好以及系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維修簡單化，系統(tǒng)運行互為熱備份，容錯可靠等功能。 系統(tǒng) — 集成化：系統(tǒng)集成化正是由于構(gòu)建系統(tǒng)的各子系統(tǒng)均實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，特別是使視頻監(jiān)控系統(tǒng)與弱電系統(tǒng)中其它各子系統(tǒng)間實現(xiàn)無縫連接，從而實現(xiàn)了在統(tǒng)一的操作平臺上進行管理和控制 1. 4本論文研究的目的和意義 在本系統(tǒng)中，不但對視頻數(shù)據(jù)進行實時采集、監(jiān)視以及視頻錄像、回放等 :還通過采用數(shù)據(jù)采集器采集傳感器的模擬、數(shù)字信號，并進行顯示、 分析等。同時通過解碼器發(fā)送控制或報警命令，整個系統(tǒng)是集視頻、模擬 /數(shù)字信號采集與控制功能，并且是基于互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)。利用 MPEG4技術(shù)、流媒體技術(shù)、 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、語音處理技術(shù)、動態(tài)鏈接庫、數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了一個基于網(wǎng)絡(luò)的實時遠程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，程序的開發(fā)采用面向?qū)ο?OPP)的開發(fā)技術(shù)，利用 Visual C++6. 0 在 Windows 20xx 平臺上開發(fā)，程序的界面和框架利用 MFC (Microsoft Foundation Class)實現(xiàn)，整個系統(tǒng)采用開放的、模塊化的、面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)，是一個 實用、高效的系統(tǒng)。 前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)公認的發(fā)展方向，而數(shù)字化是網(wǎng)絡(luò)化的前提，網(wǎng)絡(luò)化又是系統(tǒng)集成化的基礎(chǔ)，所以，視頻監(jiān)控發(fā)展的最大兩個特點就是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化 . 1. 5本文研究的內(nèi)容 遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對電力、銀行、交通、商場、賓館、樓宇等場所的安全防范和現(xiàn)場監(jiān)控都有重要的意義。近年來隨著計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)的突飛猛進，以計算機為核心、計算機網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介的數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來越引人注目‘劃。本課題根據(jù)視頻監(jiān)控在計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑恚\用 Winsock 控件，采用模塊化設(shè)計，討論了基于 TCP/IP 和 MPEG4的數(shù)字圖像壓縮的變電站遙視警戒系統(tǒng)。 視頻處理： ? 利用安裝在監(jiān)視目標區(qū)域的攝像機，對監(jiān)視點內(nèi)的主設(shè)備進行全方位布防監(jiān)視。如 :監(jiān)視刀閘、斷路器分合指示以及運行狀態(tài)等。 ? 通過視頻切換矩陣對多路視頻進行切換，有選擇的將視頻信號送到視頻采集卡。 ? 將送至視頻采集卡的模擬視頻信號進行數(shù)字化處理，采用 MPEG4 壓縮算法，將 視頻信號進行壓縮。 ? 將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)在本地進行錄像存儲。 ? 將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)送至遠端監(jiān)控中心。 數(shù)據(jù)處理： ? 利用紅外 三鑒傳感器、紅外對射傳感器、煙霧傳感器等將監(jiān)視點內(nèi)的告警信號 采集送至數(shù)據(jù)采集器，由數(shù)據(jù)采集器通過 RS485 現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線送至監(jiān)控主機。 ? 根據(jù)本地或監(jiān)控中心操作發(fā)出來的命令，通過現(xiàn)場總線連接的視頻切換矩陣， 控制多路視頻的任意切換。 ? 根據(jù)本地或監(jiān)控中心操作發(fā)出來的命令，通過現(xiàn)場總線連接的控制器 (解碼 器 )，控制鏡頭聚焦、近景 /遠景、光圈調(diào)節(jié)，控制云臺上下、左右和自動巡視等動作。 2 系 統(tǒng)采用的基本技術(shù)簡介 標準是 ITUT 的 VCEG（視頻 編碼專家組）和 ISO/IEC的 MPEG（活動圖像專家組）的聯(lián)合視頻組（ JVT， Joint Video Team）開發(fā)的標準 ,也稱為 MPEG4 AVC，它作為 MPEG4 Part10，是 “高級視頻編碼 ”。 ，它可以適用于多種網(wǎng)絡(luò)，其高效的編碼性能， ，目前主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域；基于電纜、衛(wèi)星、 Modem、 DST 等信道的廣播；視頻數(shù)據(jù)在光學(xué)或磁性設(shè)備上的存儲，基于 ISDN、以太網(wǎng)、 DSL無線及移動網(wǎng)絡(luò)的公話服務(wù)、視頻流服務(wù) 、彩信服務(wù)等，除了以上介紹的應(yīng)用，基于 ，還會擁現(xiàn)很多新的應(yīng)用。 具有很強的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴重的信道中的視頻傳輸。 支持不同網(wǎng)絡(luò)資源下的分級編碼傳輸，從而獲得平穩(wěn)的圖像質(zhì)量。因此采用 技術(shù)的聊天工具能夠獲得更高分辨率的視頻影像，即使采用 Modem撥號上網(wǎng)的低速率上網(wǎng)方式也能夠?qū)崿F(xiàn)清晰的視頻影像傳輸。 標準可分為三檔： ? 基本檔次 (Baseline Profile) 會話業(yè)務(wù)，如會議電視，可視電話， ? 主要檔次 (Main Profile) SDTV,HDTV， DVD 等視頻存儲應(yīng)用 ? 擴展檔次 (Extend Profile) 網(wǎng)絡(luò)視頻流傳輸，視頻點播 視頻壓縮技術(shù)的優(yōu)越性 ? 低碼流（ Low Bit Rate）：和 MPEG2 和 MPEG4 ASP 等壓縮技術(shù)相比，在同等圖像質(zhì)量下，采用 技術(shù)壓縮后的數(shù)據(jù)量只有 MPEG2 的 1/8， MPEG4 的 1/3。顯然，