污水处理厂方案.docx
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污水处理厂方案
第一章系统概述与需求分析
一、项目概述
随着网络信息技术的发展，网络传输已经不在受到环境、地域的限制。
本项目的设计思想是将污水处理厂的视频、音频、控制、数据等等相关信号连接到网络视频服务器经过编码压缩后通过网络传输到厂区控制中心服务器，可以通过中心服务器对信号进行浏览、存储并且可以通过连接的广域网向任何地方传输。
真正实现了网络集中管理和资源共享的目标。
二、系统需求与功能实现
将污水处理厂内部各各地方采集的视频信号、音频信号、数据信号、报警信号通过厂区铺设的光纤传输到主控中心，对传输的信号进行存储和浏览，并且可以与广域网、无线网络连接。
为了保证图像的效果，我们选择日夜两用的高清晰摄像机进行图像采集，镜头选择12mm自动光圈镜头，确保不受环境、天气的影响；另外能够把厂区内的所有需要采集的包括温度、湿度、报警信号等等进行采集；最后我们通过网络视频服务器分区域的将所有信号统一采集和光纤连接传输到控制中心。
实现本地监控、数据的管理，然后通过无线网络与其它网络环境连接。
系统组网结构示意图
从安全防范的角度，保障污水处理厂空间范围内的建筑、设备的安全、防盗、防火，具体所要实现的功能有：
1、围墙、大门等通过摄像、微波、红外探头，监视非法闯入；
2、在建筑物门窗安装报警探头，如门磁、红外、玻璃破碎探测器，可联动报警；
3、重点部位摄像机的安装，起到24小时不间断视频监控，可报警联动录像，有些部位可采用红外或夜视摄像机；
4、声光电告警设备的联动；
5、对云台的控制等辅助设备的控制；
6、可以实现双向语音对讲；
1.1总体需求
厂区网络视频监控系统的功能，主要体现在以下几个方面：
1）监控摄像机采集各个前端监控点实时的视频信号，通过视频线缆（即同轴电缆）连接到AV1320e-T（视频编码器）上，进行数字压缩、编码，然后通过AV1320e-T（视频编码器）的10/100Base-T（RJ-45）接口汇集到HUB或交换机上，通过厂区内部的局域网传输传到物业管理中心（即监控中心），相关部门和人员通过连接到厂区局域网上的计算机（需安装专业用软件并且被授权）实时浏览任意或其辖区内的视频图像、遥控云台；同时，图像可在监控中心的电视墙上实时显示（与计算机显示同步）。
2）通过图像监控系统，结合现场管理人员和操作人员操作经验的优势，力求避免误处理、误操作；
3）通过图像监控报警联动功能，起到对突发事件及时预警和及时处理的作用；
4）通过图像监控录像回放功能，做到准确处理、避免失误，提高科技化管理能力；
5）配合其他系统的工作，集中管理，分散处理。
1.2用户主要需求规范
监控对象
1）厂区内各道路及路口，可观察到道路上的车流和人流的情况；
2）厂内生活区，可观察围墙周围人员的非法进入情况；
系统功能
1）权限设置
系统具有分级权限设置功能，具备有效的安全管理措施，防止非法操作。
可以进行多级密码权限控制。
各相关部门只能浏览管辖范围内的摄像机视频图像。
2）图像要求
●图像分辨率至少352x288（CIF）；
●单路图像25帧/秒（PAL制）；
●每个浏览终端至少可以同时显示16路不同视频图像；
●图像可缩放；
●云台可遥控；
●对单路、多路图像清晰度、色调饱和度、对比度、分辨率等设置连续可调，每一路图像单独调整清晰度、灰度等级、色彩饱和度、分辨率等。
3）联网功能
●视频图像能够通过任意网络远传；
●监控网点实时浏览视频图像，监控中心可随时进行视频浏览；
●远程多个用户可同时浏览；
●系统满足业务需要，保证系统扩容及联网操作简便灵活。
4）系统功能设置简便，易于操作，建立图形化界面
技术特点
1）产品质量符合国家有关标准
2）可靠性
图像监控系统的采用不影响被其他监控设备的正常运行。
图像监控系统的局部故障不影响整个监控系统的正常工作。
图像监控系统具有自恢复功能。
系统运行可靠、设备性能可靠、保存和恢复设计方便，有容错功能。
3）可扩充性
图像监控系统的软、硬件应便于图像监控系统的扩容和智能化升级，为适应将来与第二、三期的监控系统相融合作下准备，同时要求具备多级监控的需求，图像监控系统应具有灵活的多级组网功能。
4）先进实用及实时性
智能化、多媒体化、网络化、成功的应用性、合理的配置性、良好的操作性。
从告警发生到有人值班的监控中心接到信息的时间≤500毫秒。
5）图像传输带宽
以太网络，每路图象的带宽在8K～2M可以根据实际情况任意调节。
当带宽在512K时，图象可达到实时显示。
6）视频信号制式
符合国家（国际）标准视频制式。
7）硬件：
硬件设计考虑可做到防磁、抗干扰、能长时间稳定工作。
8）软件
操作简单，模块化结构，能应用于Windows2000/NT，XP操作系统。
第二章系统设计原则与参考标准
一、系统设计原则
系统设计充分体现了先进性、智能性、高性价比的原则。
1.1可扩展性
1.1.1为了适宜未来系统扩展的要求，系统在满足现有功能的基础上预留足够的设备容纳性以便系统扩充之用。
系统中控制部件（软、硬件）采用集中式结构、嵌入式等技术措施，可以方便灵活的进行扩充，充分保证系统在将来的适应性。
1.1.2灵活的组网方式，方便被监控点的增加。
1.1.3几个视频监控系统可以作为子系统组成更大的视频监控系统，可按多级组网的方式，形成大规模的监控网络，高一级监控中心能管理和监控低一级监控中心的运行。
1.2灵活性
1.2.1系统可以很方便进行软件升级，保证用户投资。
系统采用的软件，包括：
服务器软件和客户端软件，均为客户提供升级服务。
1.2.2可调节图像质量与带宽占用，系统采用MPEG4硬件编解码，可以根据用户需求调节帧数、分辨率、图像质量等。
1.2.3多种图像浏览方式，包括单画面、四画面、九画面、十六画面多种浏览方式。
1.2.4系统建立基于B/S架构的组网技术，可以方便灵活的使用。
1.3先进性
采用国际最新的MPEG-4图像压缩处理技术，图像清晰，画面质量高，占用带宽小，实时性强。
1.4实时性
视频延时小于0.5S。
1.5可靠性
1.5.1具有设计独到的视频流量管理功能，保证网络通畅。
1.5.2实行操作权限管理，保证统一、规范管理。
1.5.3系统具有自诊断功能。
1.5.4系统的平均无故障工作时间MTBF>100000小时。
1.6完善性
1.6.1具有强大的视频、音频和数据告警功能。
当某台摄像机发生移动侦测报警时，系统可实时启动录像，或驱动云台前往预置位实时监视。
当发生报警时，能把报警信息以短消息形式发送到指定客户端，或以E-mail方式发送到指定管理员的信箱中。
1.6.2功能完善的录像管理体系。
系统可选用手动、移动侦测、告警、定时录像四种录像方式；提供指定周期的滚动删除功能，有效防止存储空间耗尽。
同时可提供分布式网络存储功能，与网络内其他服务器，或NAS紧密结合。
1.6.3系统具备完善的控制功能：
系统设权限管理，对不同级别的用户给予不同的权限，有效防止越权操作。
不同分控中心（各分局）可被授权管理不同监视区域，同时，被授权的网上任一操作人员可对任一监控点进行监视，实现对摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深的调整。
进行云台的预置和控制。
1.7良好的硬件平台
系统硬件平台为嵌入式设计，高实现高度一体化、高度工程化，便于施工、安装、调试。
1.8良好的软件平台
系统的软件操作简便、模块化结构，能应用于Windows2000/NT/XP等操作系统。
二、参考标准
AVINFO网络视频监控系统设计的主要参考标准有：
（1）GBJll5—87《工业电视系统工程设计规范》
（2）GB/T16435-1996《远动设备终端通用技术条件》
（3）《中华人民共和国安全行业管理规范》
（4）《软件工程国家标准》
（5）《中国电气安装工程施工及验收规范》
（6）GA/T75-94《安全防范工程程序与要求》
（7）GA/T74-94《安全检查防范系统通用图形符号》
（8）《社会公共场所安全防范工种设计规范》
（9）JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》
（10）公安部、公安厅技防办有关文件规定。
三、视音频压缩技术标准简要说明
视音频是流特性业务，数据量很大未压缩的视频在Internet/Intranet上传输的效果是无法容忍的，而且会很容易地将网络资源吞没，造成网络拥塞甚至崩溃。
因此，IP视频通信的第一步就是视频压缩。
视频压缩编码的理论基础是信息论。
压缩就是从时域、空域两方面去除冗余信息，即将可推知的确定信息去掉。
编码方法大致可分为三类：
1.考虑到图像信源的统计特性采用的预测编码方法、变换编码方法、矢量量化编码方法、子带-小波编码方法及神经网络编码方法等；
2.考虑到视觉特性采用的基于方向滤波的图像编码方法、基于图像轮廓/纹理的编码方法；
3.考虑到图像传递的景物特征，采用的分形编码、基于模块的编码方法。
在IP视音频通信应用中，编码方法的选择不但要考虑到压缩比、信噪比，还要考虑到算法的复杂性。
太复杂的编码算法可能会产生较高的压缩比，但也会带来较大的计算开销，软件实现时会影响通信的实时性。
目前，在众多视频编码算法中，影响最大并被广泛应用的算法标准是ISO/IECMPEG和ITU-TH.26x。
A.1MPEG标准概况
A.1.1MPEG-1
ISO的活动图像专家组（MPEG）在1991年11月提出了ISO/IECⅡ172标准草案，通称MPEG-1标准。
该标准于1992年11月通过，1993年8月公布。
它是为工业级标准而设计的，可适用于不同带宽的设备，如CD-ROM、Video-CD、CD-I等。
MPEG-1的编码速率最高可达4-5Mbits／s。
A.1.2MPEG-2
1995年出台的MPEG-2（ISO／IEC13818），它所追求的是CCIR601建议的图像质量，即为DVB、HDTV和DVD等制定的3Mbps-10Mbps的运动图像及其伴音的编码标准。
MPEG-2在NTSC制式下的分辨率可达720×486，MPEG-2还可提供广播级的视像和CD级的音质。
MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道，以及一个重低音声道，和多达7个伴音声道（DVD可有8种语言配音的原因）。
同时，由于MPEG-2的出色性能表现，已能适用于HDTV，使得原打算为HDTV设计的MPEG-3，还没出世就被抛弃了。
对于最终用户来说，由于电视机分辨率限制，MPEG-2所带来的高清晰度画面质量（如DVD画面）在电视上效果并不明显，倒是其音频特性（如重低音，多伴音声道等）更引人注目。
A.1.3MPEG-4
MPEG专家组继成功定义了MPEG-1和MPEG-2之后，于1994年开始制定全新的MPEG-4（IOS/IEC14496）标准。
MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，用于实现音视频（audio-visual）数据的有效编码及更为灵活的存取。
MPEG-4试图达到两个目标：
一是低比特率下的多媒体通信；二是多工业的多媒体通信的综合。
据此目标，MPEG-4引入了AV（Audio／VisaulObjects）对象，使得更多的交互操作成为可能。
MPEG-4视频格式大大优于MPEG-1与MPEG-2:
视频质量与分辨率高，而数据率相对较低。
主要的原因在MPEG-4采用了ACE（高级译码效率）技术，它是一套首次使用于MPEG-4的编码运算规则。
与ACE有关的目标定向可以启用很低的数据率。
这可以将整部视频电影以完全PAL或者NTSC的分辨率与立体声（16位,48kHz）存储在单个CD-ROM上。
具体而言：
700MB的容量对多数110分钟的电影来说绰绰有余了，而MPEG-2格式的电影在相同的分辨率下需要约11倍以上的储存空间。
当MPEG-2的数据率加倍至接近真正的特性时，MPEG-4可以在声频与视频流上在广泛的领域上升级。
当视频在5Kbit/s与10Mbit/s之间变化时，声频信号可以在2Kbit/s与24Kbit/s之间进行处理。
由于这种可升级性，声频与视频数据可以经专门调整适应真正的环境。
另外，由于MPEG-1和MPEG-2标准均为高层媒体的表示与结构标准，其交互性及灵活性较低。
而计算机网络具有很高的灵活性和交互性，但它遵循的标准却与MPEG标准不兼容。
MPEG-4的制订有效的促进三网的融合。
MPEG-4中一个重要概念是视频对象（VO），一幅图像的编码时分割成很多任意形状的VO，分别对各VO进行帧内、帧间编码。
必要时只传输某些VO，大大地提高了传输效率。
如果视频没进行分割，那么编码结构就退化为只处理标准矩形的一层，这种处理方式与MPEG-1/MPEG-2标准类似，从而达到与MPEG-1/MPEG-2的兼容。
MPEG-4的最低码率可达到5-64kbps。
在开发低码率编码的同时，更注重具体视频对象的交互性和可操作性，并对多媒体应用领域的各种编码进行兼容。
MPEG-4是第一个使用户可在接收端对画面进行操作和交互访问的编码标准。
由于MPEG-4基于对音视频对象（AVO）独立编码，必须同时传送编码对象的组成结构信息棗"场景描述"，它不属于AVO的特征信息，仅表示场景中各AVO对象之间的时空结构关系。
"场景描述"信息是独立传输的，解码时在解码端可改变选定AVO的"场景描述"参数，对图像和声音的有关内容进行编辑和操作。
例如：
增删某个对象、改变某个音视频对象的音调、激活分级编码信息等，编码端无需任何改变。
MPEG-4引入了合成与自然混合编码（SyntheticandNaturalHybridCodingNHC）。
这样的合成编码不仅可极大地提高编码效率（可获得1kbps的超低码率），可用于实现虚拟电视会议系统，丰富用户与场景的交互。
MPEG-4提供了基于内容（对象）的随机存取方式，在有限的时间内能以较高的分辨率，按帧或任意形状对象，对一个音视频序列进行随机存取。
例如，可以一个序列中的某个音视频对象为目标进行快进搜索。
MPEG-4的编码系统是开放的，为各不同的算法。
解码器是可编程的，各种解码工具可与信息内容本身一起下载。
种多媒体应用提供一个灵活的框架和一套开放的编码工具，不同的应用可选取
MPEG-4不仅能满足多媒体应用需求，对互联网、实时多媒体监控、低比特率下的移动多媒体通信、对于内容存储和检索多媒系统、Internet/Intranet上的视频流等应用也必将产生深远影响。
A.2H.261与H.263编码
H.261编码是一种帧间预测减少时域冗余、变换编码减少空域冗余的混合编码方法，具有压缩比高、算法复杂度低等优点，得到较为广泛的应用。
Mbone的重要应用工具之一IVS的视频编码采用的就是H.261编码算法。
在H.261的基础上，1996年ITU-T推出了H.263编码标准。
H.263在许多方面对H.261进行了改进和扩充，如在编码算法复杂度增加很少的基础上，H.263能提供更好的图像质量、更低的速率，十分适合于IP视频会议、可视电话应用。
目前，H.263编码是IP视频通信采用最多的一种编码方法，并已被许多多媒体通信终端标准所吸收,如：
ITU-TH.310（B-ISDN）、H.320（ISDN）、H.324（PSTN）、H.323（LAN、WAN、Internet）。
随着计算机性能的快速提高，对于可视电话和视频会议等应用（一般使用QCIF图像），纯软件编码器（codec）即可以满足应用要求。
H.263纯软件编码器在主频为166MHz的主机上编码帧率可达60帧/秒以上，平均图像质量（用信噪比表示）大于38dB。
1998年ITU-T推出的H.263＋是H.263建议的第二版，它提供了12个新的可协商模式和其他特征，进一步提高了压缩编码性能。
如H.263只有5种视频源格式，H.263＋允许使用更多的源格式，图像形状和时钟频率也有多种选择，拓宽了应用范围；另一重要的改进是可扩展性，它允许多显示率、多速率及多分辨率，增强了视频信息在易误码、易丢包异构网络环境下的传输。
另外，H.263＋的图像分段依赖性也可以是受限的，以减少差错传播。
H.263＋对H.263中的不受限运动矢量模式进行了改进，加上12个新增的可选模式，不仅提高了编码性能，而且增强了应用的灵活性。
A.3不同视频编解码标准性能比较
压缩标准
MPEG1
MPEG2
H.261
H.263
MPEG4
网络占用带宽
1-2Mbps
5-10Mbps
64-1920kbps
28.8-64kbps
小于64Kbps
通信网络
10M/100M以太网及以上
宽带网络
ISDN及以上
普通电话线及以上
普通电话线及以上
图像清晰度
有马赛克现象
较好
有水波纹
有水波纹
很好
图像实时性
25帧/秒
30帧/秒
15-25帧/秒
15-25帧/秒
15-25帧/秒
网络延迟
>2秒
>3秒
>0.5秒
>0.5秒
>0.5秒
应用领域
应用只局限于广播和影视方面
应用只局限于广播和影视方面，在用户带宽有限的情况下，建议使用MPEG4视频编解码标准方式
IP视频会议、可视电话应用
IP视频会议、可视电话应用
动态图象、互联网、实时多媒体监控、低比特率下的移动多媒体通信、内容存储和检索多媒系统、Internet及Intranet上的视频流与可视游戏、基于面部表情模拟的虚拟会议、基于计算机网络的可视化合作实验室场景应用、演播电视
优点
大面积运动图像有很好压缩效果
提供较好的视频和CD级的音频
数据率较低
数据率较低
视频质量与分辨率高，而数据率相对较低
缺点
数据量大,解码后图像质量较差
数据量依然很大,不便存放和传输
图像压缩痕迹明显
运动物体边缘有水波纹
对压缩解码的机器性能要求较高
四、视频监控系统的发展历史
视频监控在我国已有２０多年的发展历史，目前已进入一个高速发展的时期。
如今的视频监控行业不会再有２０世纪９０年代初期奇高的利润空间，更不会有９０年代中期金融行业安装视频监控系统迅猛的热潮。
可以说，视频监控市场已进入了一个相对饱和的状态，新增项目满足不了众多视频监控厂商的需要，价格更为透明，竞争更加激烈。
如何应对这一挑战，传统视频监控企业一片困惑！
打价格战必将损害双方的利益，又使最终用户无法做出正确的选择。
只有不断改进和提高技术水平，以更好的产品服务于最终用户，才是企业发展的选择。
这就使得模拟系统发展成数字化监控系统成为历史的必然。
数字化视频监控系统是二十一世纪视频监控平台的主流趋势，系统的网络化，应用的多媒体化，管理的智能化，合作的专业化，也将成为衡量视频监控系统是否能称之为真正意义上的数字视频监控系统的统一标准。
监控系统的目的就是要在实现强大的监控能力的同时,充分体现出高度的智能化,安全性,可靠性。
系统克服传统系统的不足，使操作更加简单易学，更加直观，日常维护变得更加容易...
1、视频监控系统的发展经历了三个不同阶段：
•模拟视频监控
•多媒体微机平台（嵌入式系统）的数字视频监控
•基于嵌入式网络视频服务器技术的数字化网络视频监控
——第1代:
模拟监控系统
◆有几十年发展历史、设备品种多、图像效果好、技术成熟，系统功能强大、完善
◆视频、音频信号的采集、传输、存储均为模拟形式，质量最高
◆系统由“前端设备”、“监控中心”二个部份组成
◆前端设备包括：
摄像机、球机、云台、解码器等
◆监控中心设备包括：
监视器（电视墙）、视频分割器、切换矩阵、控制键盘、录像机等等。
模拟视频系统存在的问题：
◆只适用于较小的地理范围
◆与信息系统无法交换数据
◆监控仅限于监控中心，应用的灵活性较差
◆不易扩展
◆施工难度大，需要铺设“视频”、“音频”、“控制”等线路。
◆监控系统不易扩展、录像资料不易保存和查找。
◆与现有计算机和网络系统无法结合
——第2代：
数字化监控系统
◆有5年以上发展历史，是“PC（工控机）+视频卡+监控软件”的数字硬盘录像系统，简称DVR，或在计算机中安装视频压缩卡和相应的DVR软件，不同型号视频卡可连接1/2/4路视频，支持实时视频和音频。
◆现有DVR监控软件均是基于Windows95/98/2000开发的，据有关资料称基于Linux操作系统的DVR已经面世，稳定性有较大提高。
◆前端设备与第1代系统相同，所不同的是通过视频卡将模拟信号数字化，在PC上实现多画面显示、切换、控制、录像、录像回放功能、简化了监控中心的设备。
◆近2年非PC的DVR（嵌入式DVR）发展势头迅猛，主要原因是安装使用简单、系统可靠性高。
◆第2代系统适合于模拟系统的数字化改造，解决录像资料的存储和查找等问题。
◆视频、音频信号的采集、存储主要为数字形式，质量较高
◆系统功能较为强大、完善
◆与信息系统可以交换数据
◆应用的灵活性较好
第2代视频系统存在的问题：
DVR系统从监控点到监控中心为模拟方式传输，与第一代系统相似存在许多缺陷，不适合新建的监控系统、及要求实现远程视频传输（超过1-2公里）的系统，要实现远距离视频传输需铺设（租用）光缆、在光缆两端安装视频光端机设备，系统建设成本高，不易维护、且维护费用较大。
随着信息处理技术的不断发展，嵌入式DVR系统近几年异军突起，由于其可靠性高、使用安装方便在银行系统应用特别广泛，我们通常称嵌入式DVR为2.5代监控系统。
——第3代：
网络视频监控系统
1．带网是网络时代又一次革命。
Ø数字化、网络化是IT时代发展的必然趋势，从第1代模拟手机、GSM（GPRS）到第3代3G手机，从VCD、DVD到数码相机，“数码”成为高科技的代名词。
Ø网上电视、电影、视频会议、虚拟社区等宽带网应用将真正改变我们的生活。
Ø总理在“两会”的工作报告中也首次提到：
重点支持建设高速宽带信息业务。
[据报道称]2001年中国电信全年发展180万宽带用户，其中ADSL用户30万，以太网接入用户150万；长城宽带网络服务公司2001年在全国建成宽带社区用户300万，预计投资25亿元人民币；还有网通、联通、吉通、铁通、广电等各路人马大搞“圈地运动”。
Ø网络视频监控是宽带网最直接的应用，也是监控系统发展的最终趋势。
Ø专业化服务是IT时代的显著特点，由宽带网络商提供线路并提供专业的服务，可大幅度地减少建设监控系统的投资。
Ø基于802.11无线局域网（WLAN）、GPRS、3G等无线宽带网将为实现移动视频提供便利。
2．络视频监控系统
近2-3年发展的新技术，基于局域网/城域网/互联网（Internet）的新一代远程网络视频监控系统。
系统由“前端设备”、“服务器”、“客户端”三个部份组成。
前端主要设备由“网络视频服务器”+摄像机组成，或是“网络摄像机（WebCam/NetCam）”、“网络球机（WebDome）”等。
安装了“服务器端软件”的服务器（或PC）及相应的存储设备（磁盘阵列）等组成“网络视频的监控中心”。
连接在网络中的任何一台电脑，只需安装了客户端软件，并授予合法身份和权限就可成为监控系统的终端。
受益于近几年宽带网的发展，网络视频监控系统已经陆续得到应用，是“
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