宽带网多媒体监控系统及其应用[转]
中国纺织工业设计院 诸明泉摘 要 文章阐述多媒体监控系统的系统特点，并与传统工业电视系统进行了比较；对多媒体监控系统的系统原理进行了详细说明，进一步阐述多媒体系统的系统构成、系统软件及系统功能。
关键词 系统 特点 软件 功能 模块1 宽带网多媒体监控系统概述
宽带网多媒体监控系统是将图像信号处理技术、宽频带网络传输技术、计算机多媒体、生产过程自动化控制技术组合的多网络多任务系统。将常规的图像信号处理方式进行优化改制，在计算机多媒体平台上开发网络、控制、操作、监控新软件，将四个专业领域的先进技术提升并溶为一体用于现代生产过程监控领域。可广泛应用于电力、化工、冶金、建材、交通、医疗、金融、市政等各行业，配置灵活，具有很强的需求适应性和市场应用潜力。
宽带网多媒体监控系统在实际应用中具有全新的实时数据、实时图像、实时声音整体效果，使生产管理人员和部门领导在自己的计算机终端上了解最真实的全方位生产过程信息，同时进行实时管理和实时控制。利用计算机强大的计算、多平台、多任务、大仓储等功能，进入计算机的各种信号可以方便地进行深处理，例如存储、计算、建立历史数据库等。结合计算机广域网和局域网生成的图像、声音、数据、信号流可以进行多业务多系统的网络服务，可满足一条生产线、全车间、全工厂、全区域的逐级综合需要。
宽带网多媒体监控系统将是21世纪的新兴产品，是信息时代根本特征的全面体现。根据自动化技术在21世纪的发展方向，在宽带网多媒体生产过程监控系统技术优势基础上，溶入美国Honeywell公司九十年代的最新产品TPS（TotalPlantSolution）全厂一体化自动化监控系统技术，将会形成最新概念、功能强大、积木块式的全域一体化宽带网多媒体生产过程监控系统。
2 宽带网多媒体监控系统特点
宽带网多媒体监控系统有别于人们熟知的发展成熟的传统工业电视监控系统，与后者相比，新一代宽带网多媒体生产过程监控系统有许多明显的优越性，更适用于安全管理、医院、学校、物业管理、城市及高速公路交通指挥等，其特点有：
(1)真正实现图像和声音的双向全动态连续性传输，站点间通讯更容易，连续而非离散的场频图像信号实时地为生产和管理提供更卓越的服务。而传统的工业电视系统只能实现现场至控制中心的单向传送，且传送的仅仅是非连续的帧频图象信号。
(2)所有节点资源共享，监控网络与计算机网络相得益彰。而传统的工业电视系统很难实现信号共享，进入计算机网络系统更需要价格昂贵的设备。
(3)大大扩展了节点数量，对前端（摄像端）及后端（监控端）节点的数量及分布位置局限性很小，系统扩容简单方便。而传统的工业电视监控系统对前端及后端的节点数量及位置都有较大的限制。
(4)可采用计算机软件处理信息，功能更强大，为客户完成多重任务，实现更多的要求。而传统的工业电视监控系统仅在监视器上进行监视，用昂贵的帧频录像机进行记录，无法传送现场声音讯号。
(5)由于采用了总线结构的网络式布局，节约成本，系统布线少，安装施工更简单，增容时对网络几乎不产生影响。而传统的工业电视监控系统采用的是星形布线系统，电缆使用量大，安装施工复杂，且后期增容时施工量大，对建筑物装潢破坏性大。
(6)采用Windows系统下全中文化监控软件，人机界面友好，标题清晰，形象生动，更易为客户所接受。
(7)与其它网络系统结合在一起，可实现图像、声音及数据的HFC三合一网，为将来的发展作准备。该系统图像与声音均可进入企业的MIS网，利用现有设备最大限度发挥监控系统的效能。
(8)利用我公司自身优势，与工业自动化系统、报警系统、火警系统结合起来，实现自动报警、自动启动录像装置、自动安全防护等联动功能。
(9)传输距离更远，传输方式更灵活，除同轴电缆外，还可通过微波MMDS、AML、光纤等实现远距离的传送。
3 宽带网多媒体监控系统的构成
宽带网多媒体监控系统基本组网配置是采用价格低廉，性能优良的CATV电缆，此类电缆带宽高达1000MHz，而一路图像和声音信号仅占8MHz的带宽，理论上而言，单一网络可承载125路图像和声音信号。
同时，由于中间的传输信号采用了射频信号，无失真有效传输距离达1.5km，而工业电视所采用的视频信号传输方式理论上无失真有效传输距离仅100m。
从结构上而言，该网络系统分为三大部分：系统前端、系统中端及系统末端。
3.1 系统前端
该部分的主要作用是形成所需要的图像信号及声音信号。
现场CCD摄像镜头摄取所需要的画面，输出相应的视频信号，现场麦克风可采集所需要的声音信号，图像和声音信号直接耦合至对应的网耦器NA，在NA 中，输入信号被放大后通过第一级本振调制，经声表面滤波，形成中频信号，接着由第二级本振二次调制后，形成相应的射频信号，经缓冲放大后输出，进入系统中端部分。
3.2 系统中端
该部分的主要作用是处理传输的各路图像信号。
NA输出的每一路信号，经同轴传输电缆进入到混频器，混频器个数根据现场情况来确定，它将各路信号混合成一路输出，该信号经放大、均衡等处理达到设计的指标后，利用同轴电缆、光纤、微波等方式向末端传输。
3.3 系统末端部分
该部分的主要作用是均匀地将图像的信号分配给各个站点。
执行分配任务的主要是网耦器NB，它将输入信号经隔离及阻抗匹配后，进行相应的放大或衰减处理，然后再经缓冲及阻抗匹配后，由同轴传输电缆隔离耦合输出至各显示站点。
显示站点可采用微机或监视器甚至电视机来接收图像信号，如某些站点（如工厂门房）因特殊需要只限于对部分摄像点用监视器进行监视时，可采用屏蔽器将其余站点进行屏蔽。而各站点的终端微机通过TV卡接口接收图像信号，后由多媒体监控软件对其进行处理，实现相应的功能操作。操作者可查看其权限内的现场图像。
总而言之，宽带网多媒体监控系统充分利用了传输介质的带宽，通过数�模�数的转换实现图像的网络化传输与共享，为监控领域带来一场更新换代的变革。
4 宽带网多媒体监控系统的软件功能
多媒体软件基于多媒体网络的硬件平台，在站点计算机中采用视频捕捉卡，进行实时动态视频监控或记录。在软件的使用操作上务求方便灵活、简单实用及直观形象。软件运行时无死机现象，且速度快，通常画面调出时间在0.1s之内。此软件包含四大功能模块：菜单界面模块、电子地图模块、远程控制模块、音频选择模块。
4.1 菜单界面模块
通过多媒体图像卡将模拟图像信号转换成数字图像信号，以便进行相应的采集、显示和处理等；单画面、多画面显示任意设定和任一画面菜单选择，切换时间自由设置；多画面浏览功能可自设定2×2、3×3、4×4或5×5方式，最多可同时显示25幅画面；监控画面可以在1024×768，800×600，640×480，320×480，160×120间任意缩放，任意拖曳；显示的画面上增加字符信号，如地点提示和时间提示，使操作者一目了然；采用菜单和图标相结合的操作方式；节点计算机能够截取动态和静态视频图像，截取动态图像的时间可在1～600s之间灵活设置，缺省值为5s，且截取图像期间界面上有操作提示；可以按时间地点定义将图像连同画面上的时间和地点提示一起存储至硬盘并能够回放，单击回放健，自动生成下拉菜单，以显示所有记录的文件名，再击则打开所选图像；采用菜单和图标相结合的操作方式，截取的静态画面和动态图像标题清晰并保存在固定的文件夹中，在打开之前有预览功能，易于工程管理；存储图像有两种方式：循环覆盖和永久保留，在循环覆盖方式中，至少预留不少于10个文件的容量；宽带网上节点计算机权限设置更加灵活，可以根据不同的监控地点的不同需要，用菜单任意设定，任意更改，使之更加符合使用者的要求；在软件的运行中，可以手动以0.1MHz的微变量微调频率，画面的各种模拟量亦可调，使画面效果达到最佳；可与MIS网联网，且能与MIS网上实现单点调用实时图像，也可通过电话线实现远程调用。
4.2 电子地图模块
电子地图的背景图可由WIN95、WIN98、WIN NT支持的有矢量化功能的软件文件完成；打开电子地图，可以在图上任意点击一动态图标，相应的地点图像显示出来；在任一特定位置第一次点击，可以弹出此位置的实时监控画面供浏览，再一次点击，画面可变并同时弹出对话及功能操作栏，供使用者运行上述的“菜单界面模块”的所有功能；动态图标具有大、中、小三种型号，CCD（单色、彩色、云台含键盘等）动态图标可灵活地由工程人员在背景图上通过对话框形式“种植”。
4.3 远程控制模块
充分利用计算机资源，通过RS485接口，实现对前端摄像点CCD的远程控制及控制系统的联动，至少兼容3种CCD和接口输入／输出I／O模块的RS485通讯功能；具体的远程控制功能不仅包含普通键盘所具有的云台的上下左右、镜头的三变及预置扫描等全部功能外，而且具有直观形象的键盘式控制界面，该界面权限优于自带的控制台；其具体的联动控制功能体现在：可通过RS485接口，将开关量的报警信号接入外置的10块ADAM开关量信号输入板，并可在计算机上登录；当有报警信号输入，能迅速弹出相应监控点的图像，并开始记录详细的报警信息如：报警时间、地点及与之对应的一幅静态画面等，以便后期处理查询；连续图像的录制由操作员设置，可作静态／动态选择，选动态时又可作手动录／自动录及相应的时间选择；提供可组态的8路（1个ADAM开关量信号输出模块）开关信号输出，以联动其它外设，如连续记录录像机等；当有报警信号输入时，软件在响应报警信号的同时，根据客户要求，输出无组态的开关信号，联动警灯、警铃等；整个远程控制模块同样采用菜单和图标相结合的操作方式。
4.4 音频模块
软件三方面的所有功能均同时考虑对音频的处理；对音频的处理，通常情况下，视频和音频的处理应相互独立且同步进行；音频功能在软件安装时选定，如不选音频功能模块，相应的CRT的显示均无音频图标和字样。
5 工程实例
某化纤厂有短纤维、切片生产、切片包装、聚酯等6个装置及1个新建聚酯装置，利用新建聚酯装置的时机，对全厂的闭路监控电视系统进行彻底改造，把全厂的所有摄像头都溶入一个整体系统中，把整个化纤厂的生产、管理都纳入监控、管理之中。根据摄像机所处环境的不同，选择不同的防护类型的摄像机如防尘型、防爆型、防腐型，这些防护类型都是通过加防护罩的办法来达到上述要求的。
切片包装车间采用6台彩色摄像机对打包机进行监控，短纤维切断车间采用8台黑白摄像机，对每台切断机进行监控，确保短纤维的质量要求；原有的切片生产车间对4台切粒机实行实时监控，分别对聚酯一线、聚酯二线、聚酯三线、新增聚酯生产线的切粒机进行监控；一旦切粒机有事故，立即进行维护。原有的摄像机均可以采用，所有的线路均采用SYWV－75－9电缆联接起来，同时在中央控制室设置四台彩色监视器和一个工业PC机，实时监控各个生产工段。
根据监控目标的要求及内容，确定摄像机镜头的焦距。一般来说，具有一定空间范围的视物目标，均兼有宏观和微观的监测要求，应采用变焦镜头；对于需要经常反复监测，但没有同时监测要求的场合，宜采用变焦距镜头和遥控云台。而对于固定目标或对象的监测，则采用定焦镜头。
此化纤厂的宽带网多媒体监控系统图如图1所示。
6 宽带网多媒体监控系统的应用前景
新一代宽带网多媒体监控系统是传统的工业电视监控系统的更新换代产品，该系统在结构和原理上突破了传统的思维习惯，从用户需求出发，力求满足用户的各类要求。功能健全的软件系统为企业的领导者把握企业生产全局，掌握现场第一手资料，作出正确决策提供了无比强大的支持，也大大提高了现代化企业领导的形象。
同时，由于系统本身网络化结构的特点，使其大大减少了电缆使用量，降低了施工和检修难度，进一步降低了成本，而其网络化所带来的易扩容、低成本的特点，更令其性价比远远超出传统的工业电视系统。尤其对于分布地域较广、监控要求较高的场合，其优势更是无可比拟的。
该系统将在生产过程管理、安全报警管理、小区物业管理、银行和商场、医院管理、交通指挥管理等方面发挥巨大的作用。
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