讯飞参考方案钢铁1.docx

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讯飞参考方案钢铁1

酒钢集团网络视频监控系统

设计方案

北京讯飞信息技术有限公司

2002年8月

一、执行总要

　　对于大型钢铁企业等分布式管理的行业，远距离监控是企业管理的一种新型技术手段。

传统的远距离监控，图像传输一般采用专门光缆或微波进行传递，容易受到地形和线路的限制，且造价极高，用户通常难以接受，因此不易推广应用。

　　那么如何将远程图象监控和报警联网系统有机的结合起来，做到既可进行远距离的监控和图像传输，又具备通常联网报警网络的功能，且造价合理，能够更加有效地管理生产流程，并将之运用于预防、打击犯罪，将视频监控技术应用提高到一个新的水平，已成为当前监控系统和设备发展的主要方向。

随着计算机的普及、应用，网络通讯技术及图像压缩处理技术的快速发展，采用最新的计算机、通讯、图象处理技术，通过网络线路传输数码图像，可为实现联网报警及远程图像监控提供高效可行且价格低廉的解决方案。

在酒钢信息化建设中，有大量的现场监视画面需送到生产指挥中心，如果用传统的视频监视系统需要布设大量的视频电缆（每一路电缆只能传输一路视频信号），同时还需大量的监视器、录入机、图像分割器、视频矩阵等相关设备。

如果利用光纤骨干网作传输通道，建立数字网络监视系统，既可以利用原有系统设备、节约投资，又能够简化监控系统结构，方便操作、管理与维护。

生产指挥中心利用数字网络监视系统可以随时观看所有监控点的实时情况，同时通过企业网络内部其他经授权的计算机也同样可以监看任何需要关注的监控点，显著提高工作效率，必将产生良好的经济效益。

以下提出的设计方案，其同类型核心设备和类似体系结构已经应用于国家地震局、云南红塔集团、北京市水利局、长沙交通局、杭州西子集团、总装备部、山西公安厅、东北扎莱尔煤矿、山东农行等项目，采用同类型设备的远程教育项目有首都师范大学、北京大学医学院、郑州电大、解放军机械士官学院、吉林大学等。

二、设计思想和设计方案依据

2.1设计方案思想

根据酒钢监控系统的特点，其总体设计应考虑如下原则：

●可靠性

监控系统涉及生产安全，所以系统必须可靠。

因此设计上要充分体现分散控制，集中管理的特点，保证各个子系统都能够做到在通讯网络支持下实现集中管理，使得整个系统的结构完整，保证系统可靠运行。

●经济性：

在保证合理系统性能的情况下，选用最经济的设备。

各子系统结构应采用模块化结构，这样系统的维护和扩展极为方便。

●先进性：

确保本系统在行业内的先进地位。

在经济性合理的情况下，力争世界先进水平。

系统强调图像、数据、声音的多媒体综合功能与质量，以此与未来的技术发展相衔接，可长期适用而不过时。

●兼容性：

系统应在不改变原有结构的基础上兼容各类镜头，通讯模块，数据库管理系统，和不同的应用开发软件。

●扩展性：

本系统应具有开放式网络结构，以适应新技术和未来社会发展的需要。

2.2设计方案工程依据

本方案项目设计执行下列技术标准：

计算机场地安全要求GB9361-88

计算机场地技术条件GB2887-89

国际商务建筑布线标准TIA/EIA-568A

《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》CECS72-97

快速以太网标准IEEE802.3U（接口线色标准TIA/EIA-568A）

建筑物通用布线标准ISO/IEC11801

ISOMPEG4

本方案产品和工程参照执行下列相关标准：

    GA/T70——1994安全防范工程费用概预算编制办法。

    GA/74——1994安全防范系统通用图形符号。

    GA/T75——1994安全防范工程程序与要求。

三、酒钢监控系统具体设计

3.1核心技术比较

3.1.1数字图象压缩的目标与方法

在对视频图象进行数字化时，将生成大量的数字信息。

例如一帧720X576点阵、16位色的数字图象占用1.35MB（字节）的存储空间，所以全活动（每秒25帧）图象所占用的带宽将达到每秒33.75MB，只有少数配置成RAID-0的SCSI硬盘阵列可能跟上这个存储速度。

照此速度，常用的CD-R盘片只能存储16秒这种活动图象。

因此，为了进入实际应用，必然需要对视频信号进行压缩。

压缩分为无损压缩与有损压缩两类。

无损压缩是指回放压缩文件时，能够准确无误地恢复原始数据。

这常用于数据文件的压缩，例如ZIP文件。

无损压缩常用的算法是Huffman方法和可变游程编码。

Huffman统计码字出现的概率，按照频率高的码字分配较短编码位数这一编码原则，减小平均字长，达到压缩数据的效果。

这种压缩算法需要预先统计图像中颜色值出现的概率，编码方案每幅图像都不相同，编码效率不高。

可变游程编码使用一对参数，颜色和长度，来代替一连串连续存储的相同颜色值，从而减小相同颜色所占用的存储空间。

这种压缩算法压缩黑白图片时非常有用，但是对活动的彩色图象压缩时并不实用，它受图象复杂度的影响太大，造成压缩率过低，很难超过3：

1。

有损压缩算法靠丢掉大量冗余信息来降低数字图象所占的空间，回放时也不能完整地恢复原始图象，而将有选择地损失一些细节，损失多少信息由需要多高的压缩率决定。

对同一种压缩算法来讲，所需压缩率越高，损失的图象信息越多。

一般采用的算法为变换编码+运动检测。

现在通用的变换编码有DCT（离散余弦变换）和小波变换，运动检测采用块搜索算法。

还有其他一些编码算法：

对象编码，基于模型的编码，分形编码等。

现在所用的MPEG，H.263等压缩标准，都是基于变换编码+运动检测的方法，都属于有损算法。

3.1.2常见压缩算法的特点比较

MPEG系列是目前使用最多的压缩标准。

MPEG（MovingPictureExpertGroup）是在1988年由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）和国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）联合成立的专家组，负责开发电视图像数据和声音数据的编码、解码和它们的同步等标准。

这个专家组开发的标准称为MPEG标准，到目前为止，已经开发和正在开发的MPEG标准有：

MPEG-1：

数字电视标准，1992年正式发布。

MPEG-2：

数字电视标准。

MPEG-3：

已于1992年7月合并到高清晰度电视（High-DefinitionTV，HDTV）工作组。

MPEG-4：

多媒体应用标准（1999年发布）。

MPEG-5：

直至1998年9月还没有见到定义。

MPEG-6：

直至1998年9月还没有见到定义。

MPEG-7：

多媒体内容描述接口标准（正在研究）。

MPEG-1和-2标准已经正式发布，并且得到广泛应用。

例如，CD-交互系统，在网络上的数字声音广播、数字电视广播和影视点播等。

下面是MPEG-1和-2的典型编码参数。

1.MPEG-1

MPEG-1标准于1993年发布。

它的设计思想是在1Mbit/s到1.5Mbit/s的低带宽条件下，提供尽可能高的图象质量（包括音频，以下所指图象均包括音频）。

对家庭录影与商务资料存档来说，MPEG-1所提供的质量已经足够好。

VCD使用MPEG-1标准，图象尺寸为352X288，标准带宽为1.2Mbit/s。

2.MPEG-2数字电视标准

MPEG-2标准从1990年开始研究，1994发布DIS。

它是一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准。

MPEG-2可以说是MPEG-1的扩充，因为它们的基本编码算法都相同。

但MPEG-2增加了许多MPEG-1所没有的功能，例如运动向量的精确度提高到半个像素；由于关键帧里存在特殊向量，扩展了错误冗余；离散余弦变换中可选择精度；超前预测模式；质量伸缩性（在同一视频流中可容忍不同质量的图象）；支持VBR，提供了位速率的可变性能（scalability）功能；增加了隔行扫描电视的编码。

MPEG-2要达到的最基本目标是：

位速率为4～9Mbit/s，最高达15Mbit/s。

MPEG-2的标准号为ISO/IEC13818，标准名称为"信息技术�电视图像和伴音信息的通用编码（Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation）"。

MPEG-2包含9个部分：

①MPEG-2系统，写成MPEG-2Systems，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步，标准名是ISO/IEC13818-1：

1996Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation：

Systems。

MPEG-2的系统模型标准主要是用来定义电视图像数据、声音数据和其他数据的组合，把这些数据组合成一个或者多个适合于存储或者传输的基本数据流。

数据流有两种形式，一种称为程序数据流（ProgramStream，PS），另一种称为传输数据流（TransportStream，TS）。

程序数据流是组合一个或者多个规格化的即包化基本数据流（PacketisedElementaryStreams，PES）而生成的一种数据流，用在出现错误相对比较少的环境下，适合使用软件处理的应用；传输数据流也是组合一个或者多个PES而生成的一种数据流，它用在出现错误相对比较多的环境下，例如在有损失或者有噪声的传输系统中。

②MPEG-2电视图像，写成MPEG-2Video，规定电视数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC13818-2：

1996Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation：

Video。

③MPEG-2声音，写成MPEG-2Audio，规定声音数据的编码和解码，是MPEG-1Audio的扩充，支持多个声道，标准名是ISO/IEC13818-3：

1998Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation-Part3：

Audio。

④MPEG-2一致性测试，写成MPEG-2Conformancetesting，标准名是ISO/IECDIS13818-4Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation-Part4：

Conformancetesting。

⑤MPEG-2软件模拟，写成MPEG-2Softwaresimulation，标准名是ISO/IECTR13818-5：

1997Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation-Part5：

Softwaresimulation。

⑥MPEG-2数字存储媒体命令和控制扩展协议，写成MPEG-2ExtensionsforDSM-CC，标准名是ISO/IECDIS13818-6Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation-Part6：

ExtensionsforDSM-CC。

这是一个数字存储媒体命令和控制（DigitalStorageMediaCommandandControl，DSM-CC）扩展协议，用于管理MPEG-1和MPEG-2的数据流，使数据流既可在单机上运行，又可在异构网络（即用类似设备构造但运行不同协议的网络）环境下运行。

在DSM-CC模型中，服务器（server）和客户器（client）都被认为是DSM-CC网络的用户（user），DSM-CC定义了一个称为会话和资源管理（SessionandResourceManager，SRM）的实体，用来集中管理网络中的会话和资源。

⑦MPEG-2先进声音编码，写成MPEG-2AAC，是多声道声音编码算法标准。

这个标准除后向兼容MPEG-1Audio标准之外，还有非后向兼容的声音标准。

标准名是ISO/IEC13818-7：

1997Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation-Part7：

AdvancedAudioCoding（AAC）。

⑧MPEG-2系统解码器实时接口扩展标准，标准名是ISO/IEC13818-9：

1996Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation-Part9：

Extensionforrealtimeinterfaceforsystemsdecoders。

这是与传输数据流（TransportStream）的实时接口（real-timeinterface，RTI）标准，

它可以用来适应来自网络的传输数据流。

⑨MPEG-2DSM-CC一致性扩展测试，标准名是ISO/IECDIS13818-10Informationtechnology-Genericcodingofmovingpicturesandassociatedaudioinformation-Part10：

ConformanceextensionsforDigitalStorageMediaCommandandControl（DSM-CC）。

⑩MPEG-2先进声音编码标准修正版，标准名是Amendment1toISO/IECTR13818-5：

1997Amendment1toISO/IECTR13818-5：

1997AdvancedAudioCoding（AAA）。

最后要说明的是，MPEG-2的Part8原计划用于采样精度为10比特的电视图像编码，但由于目前工业界对此兴趣不大，因此该标准已暂停开发。

3.MPEG-4多媒体应用标准

MPEG-4标准是目前最新的图象格式标准之一。

完整的MPEG-4是一个多媒体通信的框架和规范协议，其中的视频编码算法的设计思想是在极低带宽和可变输出码率（10Kbit/s到1Mbit/s）的条件下提供尽可能好的图象质量。

此外，对MPEG-4来说，由于网络传输的不确定性，数据传输的完整性、正确性也显得非常重要。

因此MPEG-4在移动多媒体通信中也占据了关键地位（相对地，MPEG-1或MPEG-2在传输时少量地丢帧不会影响图象质量，但是丢失率上升时，错误恢复比MPEG-4要差）。

MPEG-4标准最不同从前编码算法的是基于对象的编码算法。

它按对象组织图象内容。

也就是说，它把图象内容分解成一个个的对象单元，对这些对象单元可以进行单独的存放和处理，并改动他们的相对位置。

MPEG-4现已被用于Internet上传递实时图象，同时也有一些厂家准备用它给手机发送实时图象。

这些应用都将采用MPEG-4来搭建数字传输平台。

历史：

MPEG-4是MPEG（MovingPictureExpertsGroup）制订的一个ISO/IEC标准。

其正式的标准编号是ISO/IEC14496。

MPEG-4从1994年开始工作，1998年10月完成，1999年1月成为国际标准，1999年底MPEG-4的第二版完成，2000年上半年成为国际标准，目前MPEG-4的一些扩展工作仍在进行之中。

目的：

MPEG-1是为了CD-ROM上的交互式视频；MPEG-2是为了数字电视；MPEG-4着眼与三个方面，一是数字电视，二是交互式图形应用，三是交互式多媒体应用。

它是为视听（audio-visual）数据的编码和交互播放开发算法和工具，是一个数据速率很低的多媒体通信标准。

MPEG-4的目标是要在异构网络环境下能够高度可靠地工作，并且具有很强的交互功能。

为了达到这个目标，MPEG-4引入了对象基表达（object-basedrepresentation）的概念，用来表达视听对象（audio/visualobjects，AVO）；MPEG-4扩充了编码的数据类型，由自然数据对象扩展到计算机生成的合成数据对象，采用合成对象/自然对象混合编码（Synthetic/NaturalHybridCoding，SNHC）算法；在实现交互功能和重用对象中引入了组合、合成和编排等重要概念。

MPEG-4中制定了一个称为传输多媒体集成框架（DeliveryMultimediaIntegrationFramework，DMIF）的会话协议，它用来管理多媒体数据流。

该协议在原则上与文件传输协议FTP（FileTransferProtocol）类似，其差别是：

FTP返回的是数据，而DMIF返回的是指向到何处获取数据流的指针。

DMIF覆盖了三种主要技术：

广播技术，交互网络技术和光盘技术。

MPEG-4将应用在移动通信和公用电话交换网（publicswitchedtelephonenetwork，PSTN）上，并支持可视电话（videophone）、电视邮件（videomail）、电子报纸（electronicnewspapers）和其他低数据传输速率场合下的应用。

MPEG-4的标准名是Very-lowbitrateaudio-visualcoding（甚低速率视听编码）。

截止到1998年9月，已作为国际标准草案（DraftInternationalStandard，DIS）的MPEG-4文件有6个部分，它们是：

①MPEG-4系统标准，标准名是ISO/IECDIS14496-1Very-lowbitrateaudio-visualcoding-Part1:

Systems。

②MPEG-4电视图像标准，标准名是ISO/IECDIS14496-2Verylowbitrateaudio-visualcoding-Part2:

Video。

③MPEG-4声音标准，标准名是ISO/IECDIS14496-3Verylowbitrateaudio-visualcoding-Part3:

Audio。

④MPEG-4一致性测试标准，标准名是ISO/IECDIS14496-4Very-lowbitrateaudio-visualcoding-Part4:

ConformanceTesting。

⑤MPEG-4参考软件，标准名是ISO/IECDIS14496-5Very-lowbitrateaudio-visualcoding-Part5:

Referencesoftware

⑥MPEG-4传输多媒体集成框架，标准名是ISO/IECDIS14496-6Very-lowbitrateaudio-visualcoding-Part6:

DeliveryMultimediaIntegrationFramework（DMIF）。

4.MPEG-7多媒体内容描述接口

MPEG-7的工作于1996年启动，名称叫做多媒体内容描述接口（MultimediaContentDescriptionInterface），目的是制定一套描述符标准，用来描述各种类型的多媒体信息及它们之间的关系，以便更快更有效地检索信息。

这些媒体材料可包括静态图像、图形、3D模型、声音、话音、电视以及在多媒体演示中它们之间的组合关系。

在某些情况下，数据类型还可包括面部特性和个人特性的表达。

与其他的MPEG标准一样，MPEG-7是为满足特定需求而制定的视听信息标准。

MPEG-7标准也是建筑在其他的标准之上的，例如，PCM,MPEG-1,MPEG-2和MPEG-4等等。

在MPEG-7中，例如MPEG-4中使用的形状描述符、MPEG-1和MPEG-2中使用的移动矢量（motionvector）等都可能在MPEG-7中用到。

MPEG-7的处理链（processingchain）包含有三个方框：

特征抽取（featureextraction）、标准描述（standarddescription）和检索工具（searchengine）。

特征的自动分析和抽取对MPEG-7是至关重要的，抽象程度越高，自动抽取也越困难，而且不是都能够自动抽取的，因此开发自动的和交互式半自动抽取的算法和工具都是很有用的。

尽管如此，特征抽取和检索工具都不包含在MPEG-7标准中，而是留给大家去竞争，以便得到最好的算法和工具。

MPEG-7的应用领域包括：

数字图书馆（Digitallibrary），例如图像目录、音乐词典等；多媒体目录服务（multimediadirectoryservices），例如黄页（yellowpages）；广播媒体的选择，例如无线电频道，TV频道等；多媒体编辑，例如个人电子新闻服务，多媒体创作等等。

潜在应用的应用领域包括：

教育、娱乐、新闻、旅游、医疗、购物等等。

5.MJPEG

JPEG是一种静止画片标准，MJPEG是"MovionJPEG"的缩写。

所以MJPEG实际上是静止画片与活动图象之间的中间格式。

MJPEG图象流的单元就是一帧一帧的JPEG画片。

因为每帧都可任意存取，所以MJPEG常被用于视频编辑系统。

MJPEG是基于JPEG的一种编码算法，也是由JPEG专家组制订的，其图像格式是对每一帧进行压缩，通常可达到6：

1的压缩率，这个比率相对来说仍然不足。

由于MJPEG不是一个标准化的格式，各厂家都有自己版本的MJPEG，异厂家之间的文件可能无法互相识别。

6.H.261与H.263

H.261是为ISDN的电视/电话会议制定的标准。

它可以根据传输线路的带宽来调整图象质量，以达到刚好吻合的程度。

H.261的传输速率为64Kbit/s、128Kbit/s直到2Mbit/s（P×64Kbit/s,P<31）。

H.263和H.263+是H.261的后续标准。

比之H.261，它提高了运动补偿的精度，常用于超低速率的图象传输，例如可视电话等。

3.1.3MPEG4在网络监控应用中的优势

●节约存储空间：

视音频全同步40M~120M/路/小时，是同质量的MPEG1或MJPEG的1/10；节省硬盘成本投入以及后期的硬盘更换费用；

●占用网络传输带宽少：

由于压缩比是同质量的MPEG1和MJEPG的十倍多，所以网络传输时占用的带宽是同质量的MPEG1和MJEPG的1/10；如在64K的带宽上，MPEG1和MJEPG平均只能传1/2帧，而MPEG4可以传5~7帧；大幅度节省了传输线路租用费；

●错误恢复能力强：

当网络传输有误码或丢包现象时，MPEG4受的影响很小并且能够迅速恢复；如在误码达到1%时，MPEG1已经无法播放，而MPEG4只会有轻微的边缘模糊；再如当网络传输由瞬间丢包现象时，MPEG1恢复至少需要10多秒，而MPEG4只需要1~3秒；

●