数字远程图像监控系统综述

数字远程图像监控系统综述

远程图像监控系统用于监控站的安全和设备的运行状态。当进行设备远方操作时可以监视其实际状态;变压器遥调时用来监视有载开关在操作过程中是否有滑档或喷油故障;可直接掌握现场的设备运行、事故处理及检修等情况;为事故分析提供相关图像资料,同时还具有防火、防盗等作用。1数字视频压缩编码技术数字远程图像监控系统核心是利用数字图像压缩技术实现视频、音频通信。目前我国采用的PAL制电视信号由25帧/s的图像序列组成,为了在数字信道上传输,必须经过数字化、数字图像压缩编码、数据复合、信道接口等处理工作。在信号接收端是一个逆过程,解压缩后的图像数据可直接显示在计算机屏幕上,经复合后还可以在电视监视器上显示。常用的数字图像压缩编码方法有:基于离散余弦变换(DTC)的MPEG-I、MPEG-II、MPEG-IV、H.261、H.263、H.263+、MJPEG以及基于离散小波变换(DWT)的图像压缩编码。这些方法都可以用于数字远程图像监控,如何选择应视信道资源情况和对图像的要求而定。低成本的系统可采用MJPEG进行图像压缩,适用于对图像帧率(即每秒传输的图像帧数)要求不高的场合。如果信道较窄,采用H.263或H.263+方式较好。若信道较宽,则可采用Wavelet、MPEG-I或H.261,能保证较高的图像质量。若有更宽的带宽,可采用Wavelet或MPEG-II等编码方法,从而获得更高的图像质量。2灯光控制器远程图像监控系统一般可分为前端(现场)设备、通信设备和后备设备3大部分。其中通信设备是指所采用的传输信道和相关设备,可以是以太网、ISDN、DDN、电话线等形式,传输媒介可以是光纤、微波、电话线等。目前采用的远程图像监控系统如图1、图2所示。前端由1台称为编码器的监控主机和其他相关设备组成。云台镜头控制器用于控制摄像机的转动及镜头的变焦、聚焦,通常同时具有视频切换和报警接收功能。灯光控制器用于控制照明灯光,从而保证光线不足时获得清晰的图像。前端监控主机将切换后的视频数字化,并进行图像压缩解码,再将压缩后的视频、报警等数据复合后通过信道监控服务器发送到监控接收主机。音频数据也可以进行编码,复合在一起传输,实现声音通信。另一方面,前端主机接受来自监控主机的控制信号,实现云台、镜头和灯光等控制,并进行报警的布防和撤防。为保证可靠性,前端监控主机一般不采用计算机方式。后端监控设备由视频监控服务器和若干监控主机组成,来自不同前端的数据,通过通信接口输入视频监控服务器,由监控服务器将其转发到以太网上,采用TCP/IP协议和组播(multicast)技术。在以太网上的计算机均可配置成监控主机,具有很大的灵活性,多个用户可同时进行监控,每个用户可同时监控多个前端,不同用户可同时监控同一前端。视频监控服务器除转发视频、音频数据外,还完成对整个监控系统的管理,如优先权、用户权限、日志、控制协调、报警记录等。后台监控主机可以是以太网上的普通PC机,用监控软件或因特网浏览器实现图像监控功能。如果从前端到视频监控服务器的信道用以太网方式,则视频、音频数据可不通过视频监控服务器转发,直接发送给各监控主机。这时视频监控服务器只用作系统管理。3图像监控系统无人值班变电站远程图像监控系统主要用于监视变电站设备的运行情况,同时满足防火、防盗的要求,其功能如下:a.图像监视监听功能在监控主站上能灵活、方便、清晰、实时地监视任一路摄像机的画面,还能进行监听。b.灯光控制功能。c.安防和消防报警功能。d.数字录像功能。e.摄像机预置功能带预置功能的一体化摄像机,能预置多个云台位置和镜头参数,使用时可快速转到相应的预置点,并自动调整好镜头的变焦和图像清晰度。f.警视连动功能在发生警报的时候,监控主机上的图像能自动切换到相应的摄像机,有预置功能的摄像机还能自动转到预置点,同时自动启动数字录像。g.超温检测功能图像监控系统配备金属热感探测器或专用红外测温装置,自动进行超温检测和报警。h.系统管理和记录功能包括优先等级和使用权限的设置、用户操作的记录、控制权自动协商等功能。图像监控系统还可具备如下一些功能:能与一些电力设备互联,记录上报这些设备的运行情况;与计算机网络系统(如MIS网)互联,使位于网上的相关用户也能用作监控主机,有利于领导及时了解、监督和指挥现场工作;多路分屏实时监视:系统能在一台监视器屏幕或电视墙上同时实时显示多路来自不同变电站的图像;同时监视功能:多个监控终端能同时监控同一或不同前端;为了确保变电站火灾报警的可靠性,烟雾报警能与RTU互为备用;过热检测功能:由于电力设备过热是一个不容忽视的事故隐患,图像监控系统还应具备过热检测功能。4图像传输方式的要求4.1图像压缩编码图像、数据、声音是通信的3个基本对象,相对于后2者,图像信息量特别大,在传输中占用的信道量也特别大,例如传输1路电话信号需要1个模拟话路或数字话路(64kbit/s);而对一幅数字图像而言,其数据量需达上百兆比特。为了经济有效地传输满足一定要求的图像,就必须采取措施减少原图像的数码率。图像压缩编码充分利用了图像自身相关的特点,减少图像的冗余度,降低数码率,使其压缩到原来的几十分之一,甚至几百分之一。图像的数字化、数字图像的压缩编码使图像通信完成了由模拟向数字转换,克服了图像信号量大的困难,目前提供64kbit/s至2Mbit/s的信道就能保证图像传输的质量。4.2静止图像的传输对于活动图像,如果用标准的电视方式传输,必须每秒重复送出25帧内容相差极微的图像,在视觉上才能感觉到是连续的。对静止图像也按上述方法每秒传送25帧内容完全相同的图像显然是一种浪费,而应该每秒传送25帧内容完全不同的静止图像。因此,静止图像广播的用户终端必须具备一个视频存储器,用来存储发送端送出的静止图像,然后连续读出显示。静止图像又分为静态图像和冻结图像。静态图像是指图像信息源是静止的,如书画、照片等,而冻结图像指图像信息源是活动的,经电视摄像机和图像冻结装置(存储器)将某一瞬间的一幅图像冻结再传输出去,冻结图像传输系统可用来监视现场情况。静态图像和冻结图像的共同点是:在发送端不管被摄物体是否活动都要变成一幅静止图像,然后再发送出来,两者传输和接收方式基本相同,所以统称为静止图像。对变电站运行遥视而言,正常巡回图像为静止图像,从每帧16个静止画面切换成每帧4画面,再切换到事故时的一帧一幅画面,随着采用通道通信介质传输速率的不同而实现了由完全静止到动画式直到一帧一幅全活动式的演变。5mis网图像的维护总结现场的运行经验,对该系统的使用和维护建议如下:a.图像质量是图像监控系统的重要指标,一般可用图像传输分辨率和帧率表示图像质量,采用以太网信道,图像的分辨率通常采用352×288点;帧率低时所用带宽较窄,解压还原的图像有跳跃感,画面不连续。b.应采取有效的通讯技术,以提高信道的利用率系统与MIS网互联,必须对发送到MIS网上的视频、音频数据进行控制,不能影响MIS网的正常运行。c.提高抗干扰能力由于变电站电磁干扰较严重,应有良好的抗干扰措施和正确的接地方法,否则会严重影响图像质量,甚至引起系统设备损坏。d.防鼠咬应该采用铠装等方法保护电缆免受鼠咬。e.防雷电系统应具有抗雷击保护措施。f.摄像机的安装应合理选择位置,使用较少的摄像机监视较多的目标,并应考虑到维护方便。g.入侵报警和火灾报警探测器的安装应选择有效的位置,并应注意免受干扰和误触发。h.图像监控系统通过WEB进入后,