數(shù)字遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)綜述

數(shù)字遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)綜述

遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)控站的安全和設(shè)備的運行狀態(tài)。當進行設(shè)備遠方操作時可以監(jiān)視其實際狀態(tài);變壓器遙調(diào)時用來監(jiān)視有載開關(guān)在操作過程中是否有滑檔或噴油故障;可直接掌握現(xiàn)場的設(shè)備運行、事故處理及檢修等情況;為事故分析提供相關(guān)圖像資料,同時還具有防火、防盜等作用。1數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)數(shù)字遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)核心是利用數(shù)字圖像壓縮技術(shù)實現(xiàn)視頻、音頻通信。目前我國采用的PAL制電視信號由25幀/s的圖像序列組成,為了在數(shù)字信道上傳輸,必須經(jīng)過數(shù)字化、數(shù)字圖像壓縮編碼、數(shù)據(jù)復(fù)合、信道接口等處理工作。在信號接收端是一個逆過程,解壓縮后的圖像數(shù)據(jù)可直接顯示在計算機屏幕上,經(jīng)復(fù)合后還可以在電視監(jiān)視器上顯示。常用的數(shù)字圖像壓縮編碼方法有:基于離散余弦變換(DTC)的MPEG-I、MPEG-II、MPEG-IV、H.261、H.263、H.263+、MJPEG以及基于離散小波變換(DWT)的圖像壓縮編碼。這些方法都可以用于數(shù)字遠程圖像監(jiān)控,如何選擇應(yīng)視信道資源情況和對圖像的要求而定。低成本的系統(tǒng)可采用MJPEG進行圖像壓縮,適用于對圖像幀率(即每秒傳輸?shù)膱D像幀數(shù))要求不高的場合。如果信道較窄,采用H.263或H.263+方式較好。若信道較寬,則可采用Wavelet、MPEG-I或H.261,能保證較高的圖像質(zhì)量。若有更寬的帶寬,可采用Wavelet或MPEG-II等編碼方法,從而獲得更高的圖像質(zhì)量。2燈光控制器遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)一般可分為前端(現(xiàn)場)設(shè)備、通信設(shè)備和后備設(shè)備3大部分。其中通信設(shè)備是指所采用的傳輸信道和相關(guān)設(shè)備,可以是以太網(wǎng)、ISDN、DDN、電話線等形式,傳輸媒介可以是光纖、微波、電話線等。目前采用的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)如圖1、圖2所示。前端由1臺稱為編碼器的監(jiān)控主機和其他相關(guān)設(shè)備組成。云臺鏡頭控制器用于控制攝像機的轉(zhuǎn)動及鏡頭的變焦、聚焦,通常同時具有視頻切換和報警接收功能。燈光控制器用于控制照明燈光,從而保證光線不足時獲得清晰的圖像。前端監(jiān)控主機將切換后的視頻數(shù)字化,并進行圖像壓縮解碼,再將壓縮后的視頻、報警等數(shù)據(jù)復(fù)合后通過信道監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送到監(jiān)控接收主機。音頻數(shù)據(jù)也可以進行編碼,復(fù)合在一起傳輸,實現(xiàn)聲音通信。另一方面,前端主機接受來自監(jiān)控主機的控制信號,實現(xiàn)云臺、鏡頭和燈光等控制,并進行報警的布防和撤防。為保證可靠性,前端監(jiān)控主機一般不采用計算機方式。后端監(jiān)控設(shè)備由視頻監(jiān)控服務(wù)器和若干監(jiān)控主機組成,來自不同前端的數(shù)據(jù),通過通信接口輸入視頻監(jiān)控服務(wù)器,由監(jiān)控服務(wù)器將其轉(zhuǎn)發(fā)到以太網(wǎng)上,采用TCP/IP協(xié)議和組播(multicast)技術(shù)。在以太網(wǎng)上的計算機均可配置成監(jiān)控主機,具有很大的靈活性,多個用戶可同時進行監(jiān)控,每個用戶可同時監(jiān)控多個前端,不同用戶可同時監(jiān)控同一前端。視頻監(jiān)控服務(wù)器除轉(zhuǎn)發(fā)視頻、音頻數(shù)據(jù)外,還完成對整個監(jiān)控系統(tǒng)的管理,如優(yōu)先權(quán)、用戶權(quán)限、日志、控制協(xié)調(diào)、報警記錄等。后臺監(jiān)控主機可以是以太網(wǎng)上的普通PC機,用監(jiān)控軟件或因特網(wǎng)瀏覽器實現(xiàn)圖像監(jiān)控功能。如果從前端到視頻監(jiān)控服務(wù)器的信道用以太網(wǎng)方式,則視頻、音頻數(shù)據(jù)可不通過視頻監(jiān)控服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā),直接發(fā)送給各監(jiān)控主機。這時視頻監(jiān)控服務(wù)器只用作系統(tǒng)管理。3圖像監(jiān)控系統(tǒng)無人值班變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)視變電站設(shè)備的運行情況,同時滿足防火、防盜的要求,其功能如下:a.圖像監(jiān)視監(jiān)聽功能在監(jiān)控主站上能靈活、方便、清晰、實時地監(jiān)視任一路攝像機的畫面,還能進行監(jiān)聽。b.燈光控制功能。c.安防和消防報警功能。d.數(shù)字錄像功能。e.攝像機預(yù)置功能帶預(yù)置功能的一體化攝像機,能預(yù)置多個云臺位置和鏡頭參數(shù),使用時可快速轉(zhuǎn)到相應(yīng)的預(yù)置點,并自動調(diào)整好鏡頭的變焦和圖像清晰度。f.警視連動功能在發(fā)生警報的時候,監(jiān)控主機上的圖像能自動切換到相應(yīng)的攝像機,有預(yù)置功能的攝像機還能自動轉(zhuǎn)到預(yù)置點,同時自動啟動數(shù)字錄像。g.超溫檢測功能圖像監(jiān)控系統(tǒng)配備金屬熱感探測器或?qū)Ｓ眉t外測溫裝置,自動進行超溫檢測和報警。h.系統(tǒng)管理和記錄功能包括優(yōu)先等級和使用權(quán)限的設(shè)置、用戶操作的記錄、控制權(quán)自動協(xié)商等功能。圖像監(jiān)控系統(tǒng)還可具備如下一些功能:能與一些電力設(shè)備互聯(lián),記錄上報這些設(shè)備的運行情況;與計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如MIS網(wǎng))互聯(lián),使位于網(wǎng)上的相關(guān)用戶也能用作監(jiān)控主機,有利于領(lǐng)導(dǎo)及時了解、監(jiān)督和指揮現(xiàn)場工作;多路分屏實時監(jiān)視:系統(tǒng)能在一臺監(jiān)視器屏幕或電視墻上同時實時顯示多路來自不同變電站的圖像;同時監(jiān)視功能:多個監(jiān)控終端能同時監(jiān)控同一或不同前端;為了確保變電站火災(zāi)報警的可靠性,煙霧報警能與RTU互為備用;過熱檢測功能:由于電力設(shè)備過熱是一個不容忽視的事故隱患,圖像監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)具備過熱檢測功能。4圖像傳輸方式的要求4.1圖像壓縮編碼圖像、數(shù)據(jù)、聲音是通信的3個基本對象,相對于后2者,圖像信息量特別大,在傳輸中占用的信道量也特別大,例如傳輸1路電話信號需要1個模擬話路或數(shù)字話路(64kbit/s);而對一幅數(shù)字圖像而言,其數(shù)據(jù)量需達上百兆比特。為了經(jīng)濟有效地傳輸滿足一定要求的圖像,就必須采取措施減少原圖像的數(shù)碼率。圖像壓縮編碼充分利用了圖像自身相關(guān)的特點,減少圖像的冗余度,降低數(shù)碼率,使其壓縮到原來的幾十分之一,甚至幾百分之一。圖像的數(shù)字化、數(shù)字圖像的壓縮編碼使圖像通信完成了由模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換,克服了圖像信號量大的困難,目前提供64kbit/s至2Mbit/s的信道就能保證圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量。4.2靜止圖像的傳輸對于活動圖像,如果用標準的電視方式傳輸,必須每秒重復(fù)送出25幀內(nèi)容相差極微的圖像,在視覺上才能感覺到是連續(xù)的。對靜止圖像也按上述方法每秒傳送25幀內(nèi)容完全相同的圖像顯然是一種浪費,而應(yīng)該每秒傳送25幀內(nèi)容完全不同的靜止圖像。因此,靜止圖像廣播的用戶終端必須具備一個視頻存儲器,用來存儲發(fā)送端送出的靜止圖像,然后連續(xù)讀出顯示。靜止圖像又分為靜態(tài)圖像和凍結(jié)圖像。靜態(tài)圖像是指圖像信息源是靜止的,如書畫、照片等,而凍結(jié)圖像指圖像信息源是活動的,經(jīng)電視攝像機和圖像凍結(jié)裝置(存儲器)將某一瞬間的一幅圖像凍結(jié)再傳輸出去,凍結(jié)圖像傳輸系統(tǒng)可用來監(jiān)視現(xiàn)場情況。靜態(tài)圖像和凍結(jié)圖像的共同點是:在發(fā)送端不管被攝物體是否活動都要變成一幅靜止圖像,然后再發(fā)送出來,兩者傳輸和接收方式基本相同,所以統(tǒng)稱為靜止圖像。對變電站運行遙視而言,正常巡回圖像為靜止圖像,從每幀16個靜止畫面切換成每幀4畫面,再切換到事故時的一幀一幅畫面,隨著采用通道通信介質(zhì)傳輸速率的不同而實現(xiàn)了由完全靜止到動畫式直到一幀一幅全活動式的演變。5mis網(wǎng)圖像的維護總結(jié)現(xiàn)場的運行經(jīng)驗,對該系統(tǒng)的使用和維護建議如下:a.圖像質(zhì)量是圖像監(jiān)控系統(tǒng)的重要指標,一般可用圖像傳輸分辨率和幀率表示圖像質(zhì)量,采用以太網(wǎng)信道,圖像的分辨率通常采用352×288點;幀率低時所用帶寬較窄,解壓還原的圖像有跳躍感,畫面不連續(xù)。b.應(yīng)采取有效的通訊技術(shù),以提高信道的利用率系統(tǒng)與MIS網(wǎng)互聯(lián),必須對發(fā)送到MIS網(wǎng)上的視頻、音頻數(shù)據(jù)進行控制,不能影響MIS網(wǎng)的正常運行。c.提高抗干擾能力由于變電站電磁干擾較嚴重,應(yīng)有良好的抗干擾措施和正確的接地方法,否則會嚴重影響圖像質(zhì)量,甚至引起系統(tǒng)設(shè)備損壞。d.防鼠咬應(yīng)該采用鎧裝等方法保護電纜免受鼠咬。e.防雷電系統(tǒng)應(yīng)具有抗雷擊保護措施。f.攝像機的安裝應(yīng)合理選擇位置,使用較少的攝像機監(jiān)視較多的目標,并應(yīng)考慮到維護方便。g.入侵報警和火災(zāi)報警探測器的安裝應(yīng)選擇有效的位置,并應(yīng)注意免受干擾和誤觸發(fā)。h.圖像監(jiān)控系統(tǒng)通過WEB進入后,