毕业论文变电站视频监控系统设计研究实施分析(编辑修改稿)

毕业论文变电站视频监控系统设计研究实施分析(编辑修改稿)内容摘要：

压缩技术的采用将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。  高质量的图象： 能提供连续、流畅的高质量图象（ DVD 质量）。  容错能力强： 提供了解决 在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。  网络适应性强： 提供了网络适应层（ Network Adaptation Layer） , 使得 的文件能容易地在不同网络上传输（例如互联网， CDMA， GPRS， WCDMA，CDMA20xx 等）。 标准采用了很多新技术用来提高压缩比降低码流，主要是采用了高精度、多模式预测技术。 标准针对网络传输的需要设计了视频编码层 VCL和网络提取层 NAL结构，网络抽象层是提供 “网络友好 ”的界面，从而使视频编码层能够在各种系统中得到有效的应用。 标准针对网络传输的需要设计了差错消除的工具便于压缩视频在误码、丢包多发环境中传输，从而保证了视频传输的有效性。 在 JPEG 和 MPEG1/2 的时代压缩芯片以 ASIC 芯片为主，从 MPEG4 开始压缩芯片已经过度到 DSP 时代，使用 ASIC 芯片的产品越来越少。 这是由于芯片处理能力逐步提高，可以适应算法的不断优化， ASIC 技术产品化周期长，已经无法适应目前算法进步的步伐。 由于 DSP 体系结构的限制，面对复杂的 算法实现低成本的实时压缩已经非常困难。 在算法和芯片技术成熟以后，未来的主流压缩平台 应该是 ASIC的天下，当然 ASIC 和DSP 技术相结合的芯片，同样具有诱惑力，能够适合未来算法发展的需要。 2. 图像滤波 目前最严重的问题之一是摄像头干扰问题，中低档的摄像头比较明显，特别在低照度的环境中干扰对图像质量有非常大的影响。 这些噪点随着产品型号和工作环境而不同。 由于视频压缩算法是通过前后帧图像的差异实现压缩，因此这种随机噪点对压缩的影响非常大，有的时候甚至造成码流成倍上升，将压缩算法的优点全部掩盖。 噪点的处理使得中低档摄像头能够同样达到理想的压缩效果，特别是对于光线不好的环境非常有意义。 主要可以采用两种滤波方式：时间轴上的滤波与空间轴上的滤波。 时间轴滤波采用运动自适应方式来去处伪颜色噪声同时还原运动物体。 空间轴滤波用来去除泊松噪声同时强化物体边缘。 除此之外，还可以使用柱状均衡器，它通过平滑亮度信号的突变来改善对比度。 在帧间编码的技术中主要采用了针对摄像头主要环境特征即静止图像和图像变化不大的情况下压缩处理，这样保证在正常情况下图像都可以以高质量的水平保存。 另一方面，通过实时滤波技术的应用，使得在压缩之前就排除了信号中的干扰，压缩还原的图像有很大的提高，同时也降低了码流。 2. 2数字视频 的通信 2. 2. 1 网络传输介质 网络传输介质是网络中传输数据、连接各网络站点的实体。 网络信息还可以利用无线电系统、微波无线系统和红外技术等传输。 目前常见的网络传输介质有 :双绞线、同轴电缆、光纤等。 光纤是最理想的传输媒介，其特点是传输容量大，传输质量好，损耗少，但成本很高，适合网络主干线。 同轴电缆也是一种常见的网络传输媒介，有粗缆、中同轴和细缆之分。 目前有线电视采用这种传输媒介，适合短距离通信。 双绞线目前主要用于电信网络和局域网络。 无线通信包括长距离的卫星通信、微波通信，其传输性能、容量不如光纤。 但有较大的灵活性，可以在短时间内构造一个长距离的网络。 2. 2. 2 传输网络 目前运营的传输网络有电信网、有线电视网、计算机网。 电信网上的多媒体通信业务有 ISDN, HDSL, ADSL, VDSL等。 电信网络具有连接范围最广、服务范围最广等特点，通过电信网可以和世界上绝大多数地方进行通信。 计算机网络目前主要有 FDDI(光纤分布式数据接口 )、快速以太网、 ATM(异步传输模式，电信网和计算机网相结合的技术 )等。 目前局域网内常采用的是快速以太网，传输速度为100M/S。 计算机网络实现了计算机的互联，为计算 机之间进行文件传送、资源共享提供服务。 计算机网络是范围最小的网，通常广域的 INTERNET 网需要通过电信网，以专线或者拨号的形式互联。 有线电视网络 (CATV)提供广播业务，包括电视、图文电视等， CATV 采用模拟传输方式，是一种模拟网络。 电视网上提供的多媒体服务有 VOD,HFC 和 Cab 1 e Modem。 TCP/IP协议族 TCP/IP(传输控制协议 /网间协议 )是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。 TCP/IP 是 INTERNET的基础协议，也是一种电脑数据打包和寻址的标准方法。 在数据传送中，可以形象地理解为有两个信封， TCP 和 IP 就像是信封，要传递的信息被划分成若千段，每一段塞入一个 TCP信封，并在该信封面上记录有分段号的信息，再将 TCP 信封塞入 IP 大信封，发送上网。 在接受端，一个 TCP 软件包收集信封，抽出数据，按发送前的顺序还原，并加以校验，若发现差错， TCP 将会要求重发。 因此， TCP/IP 在 INTERNET 中几乎可以无差错地传送数据。 TCP 是一个更高层次的，它允许运行在不同主机上的应用程序相互交换数据流。 TCP将数据流分成 小段叫做 TCP 数据段 (TCP segments)，并利用 IP 协议进行传输。 在大多数情况下，每个 TCP 数据段装在一个 IP 数据报中进行发送。 但如需要的话， TCP 将把数据段分成多个数据报，而 IP 数据报则与同一网络不同主机间传输位流和字节流的物理数据帧相容。 由于 IP 并不能保证接收的数据报的顺序相一致， TCP 会在收信端装配 TCP 数据段并形成一个不间断的数据流。 另一个重要的 TCP/IP 协议集的成员是用户数据报协议 (UDP)，它同 TCP 相似但比 TCP原始许多。 TCP 是一个可靠的协议，因为它有错误检查和握手确认来保证数据 完整的到达目的地。 UDP 是一个“不可靠”的协议，因为它不能保证数据报的接收顺序同发送顺序相同，甚至不能保证它们是否全部到达。 如果有可靠性要求，则应用程序避免使用它。 TCP/IP 网络协议是目前最流行也是最稳定的网络协议。 方案中遥视瞥戒系统在 TCP/IP网络协议之上开发了专用通讯层，针对图像数据的混合传输做了优化处理，适合多点视频和数据的并发传输，降低了系统资源的占用率。 同时设计了专用文件传输协议，用于录像文件的传输。 该通讯层支持多种 TCP/IP 协议的传输，包括 TCP,UDP、多播等。 Winsock编程原理 2. 4. 1 套接字 (Sockets) 套接字是通信的基石，是支持 TCP/IP 协议的网络通信的基本操作单元。 可以将套接字看作不同主机间的进程进行双向通信的端点。 它构成了在单个主机内及整个网络间的编程界面。 套接字存在于通信域中，通信域是为了处理一般的线程通过套接字通信而引进的一种抽象概念。 套接字通常和同一个域中的套接字交换数据 (数据交换也可能穿越域的界限，但这时一定要执行某种解释程序 )。 Winsock 规范支持单一的通信域，即 Inter 域。 各种进程使用这个域互相之间用工 nter 协议族来进 行通信。 套接字可以根据通信性质分类，这种性质对于用户是可见的。 应用程序一般仅在同一类的套接字间通信。 不过只要底层的通信协议允许，不同类型的套接字间也照样可以通信。 套接字有两种不同的类型 :流套接字 (TCP)和数据报套接字 (UDP) 客户机 /服务器模型 进入九十年代后，随着计算机和网络技术的发展，很多数据处理系统都采用开发系统结构的客户机 /服务器 (Client/Server)网络模型，即客户机向服务器提出请求，服务器对请求做相应的处理并执行被请求的任务，然后将结果返回给客户机。 这种方式隐含了在建 立客户机 /服务器间通信时的非对称性。 TCP/IP 是 lnter 上广泛使用的一种协议，可用于异种机之间的互联。 TCP/IP 协议本身是非常复杂的，然而在网络编程中，程序员不必考虑 TCP/IP 的实现细节，只需利用协议的网络编程接口 Socket(亦称套接字 )即可。 在 Windows 中，网络编程接口是 Windows Socket它包含标准的 Berkley Sockets的功能调用的集合，以及为 Windows 所做的一些扩展。 TCP/IP协议的应用一般采用客户 /服务器模式，面向连接的应用调用如图 2. 1 所示 : 图 2. 1 流套接字编程时序图 TCP/IP 的 socket 提供下列三种类型套接字： 流式套接字 (SOCK_ STREAM)提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。 内设流量控制，避免数据流超限：数据被看作是字节流，无长度限制。 文件传送协议 (FTP)即使用流式套接字。 数据报式套接字 (SOCK_ DGRAM)提供了一个无连接服务。 数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。 网络文件系统 (NFS)使用数据报式套接字。 原始式套接字 (SOCK_ RAW)该接口允许对较低层协议，如工 P、工 CMP 直接访问。 常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。 3 整个系统的方案设计 3. 1系统的方案设计 在某电力的 220KV 变电站所用的 EV20xx 监控系统的其核心是 AXIS 2400 VIDEO SERVER 该系统是一家瑞典公司的产品，属于 OEM 贴牌的方式，相比之下本系统是专 「〕面向电力行业的视频监控系统。 下面对于这两个系统从图像的各个方面作一些比 较 : EV20xx 所用的 AXIS 2400 是采用 JPG/MJPEG 图像压缩格式，本系统是采用MPEG4 压缩格式， MPEG4 是目前成熟的最先进的图像压缩格式，和 JPG/MJPEG 相比要领先两 代 (JPG/MJPG, MPEG1, MPEG2, MPEG4)。 无论从压缩率还是清晰度方面来说 MPEG4都要比 JPG 优秀的多。 所采用的图像编码技术决定了图像传输所占的带宽，在这方面 MPEG4 压缩方式的 优越性暴露无遗，在同样的图像画面大小和帧率的前提下，现场实际测试，本系统图 像传输所占用的带宽是 EV20xx 的 1/3，最小可达 1/5，这对于一 个网络视频监视系统 而言具有极端重要意义。 在 2MB的带宽下，可以轻松的支持多个客户同时浏览图像。 这项指标是比较难把握的，没有较好的测试手段，在目测的情况下，受主观因素 影响较大，比如较落后的图像格式可以通过牺牲带宽来达到较好的图像质量，还可以 缩小画面来达到看上去较好的效果。 EV20xx 就是采用这两种方式，有很大的迷惑性。 4，数据 AXIS 2400 配置了 4 个报警输入 (光电隔离 ):1 个继电器输出 :2 个 RS232/485/422 数据端硬件接口，这些限制决定了 EV20xx 只能 接入有限的数据量， 相比之下本系统可以方便灵活的增加数据量 (包括智能设备 )的接入，必要时可以通过 插卡方式来增加 485 端口，这一点对于想接入不同波特率的设备的重要性不言而喻。 EV20xx是采用嵌入式，本系统是采用前端工控机。 本来嵌入式系统有成本便宜、 使用方便等等优点，嵌入式的优点也是它的缺点，那就前端功能弱化一旦网络出现 问题，整个系统就将彻底崩溃，将是灾难性的后果，相对于前端工控机方式，面对网 络问题，虽然中心同样无法监控前端，但是前端自成一个完整的小系统，依旧监控整 个变电站，并且 保存各种信息备查。 本方案根据变电站视频监控系统的实际需求及各站点的具体地理位置，组建的变电站监控系统，系统集消防、防盗、防火、环境监测、视频监视电气设备为一体。 利 用系统提供的变电站前端与局端之间的数据通道 (2M 口信道 )，监控中心与变电站之 间通过 TCP/IP 方式进行通信，符合 TCP/IP 通信协议，完成多路图像、报警信号、数 据、控制信号的实时传输，实现远距离 24 小时视频监控，同时接受远方监控终端的 远端控制。 系统组网方案如图 3. 1 所示 : 3. 2系统整体组成功能 系统前端变电 站监控柜中的监控主机对接入的视频信号进行压缩处理、本地录像 后，与环境采集信号通过传输信道 (2M 一以太 )进入传输网络，将各类数据信号上传 到中心业务台，业务台对数据信号进行处理分析。 同时将重要数据信息备份到视频接 入服务器，视频接入服务器负责与上级网络的连接，并接受数据查询。 系统传输网络 可接入不同级别变电站 (110KV, 220KV等 )的数据采集信号。 3. 2. 1 变电站端组成功能 前端设备 :前端变电站监控柜、监控主机、各种摄像机、各种传感器、云台镜头 解码器、门禁系统 (选配 )、消防系统 (选配 )、 2M 一以太网桥。 视频采集 :摄像机图像信号经视频矩阵单元 VCU 接入主机进行处理分析。 环境量采集 :烟感、红外、水浸、玻璃破碎、温湿度等信号由数据采集器经 485 总线接入主机。 实现流程 :监控主机将视频及环境采集信号通过 2M 一以太网桥，接入到监控中 心。 同时前端可实现视频浏览，并通过控制输出模块进行灯光联动控制操作。 485。