ДИПЛОМ. Пояснительная записка проекта включает общую часть, расчетнопроектную часть, конструкторскотехнологическую часть, организационноэкономическую часть, раздел безопасность и экологичность проекта, чертежи

• Название: Пояснительная записка проекта включает общую часть, расчетнопроектную часть, конструкторскотехнологическую часть, организационноэкономическую часть, раздел безопасность и экологичность проекта, чертежи
• Дата: 13.12.2022
• Размер: 1.68 Mb.
• Имя файла: ДИПЛОМ.docx
• Тип: Пояснительная записка; #843908
• страница: 5 из 9

2.4 Анализ стандарта сжатия видеоизображения
Одним из главных условий является наименьшая ширина полосы на выходе камер при заданном качестве изображения. То есть необходимо максимально уменьшить, сжать объем информации.

В качестве вычислительного ядра выбранная уличная камера использует фирменный процессор компрессии третьего поколения ARTPEC-2, который осуществляет оцифровку видеосигнала, сжатие его в форматы MJPEG и MPEG-4 и отправку по сети. Благодаря процессору ARTPEC-2 камера осуществляет в режиме реального времени параллельное сжатие и передачу по сети потоков MJPEG и MPEG-4, что позволяет максимально эффективно использовать ресурсы локальной сети. Для удаленного просмотра «живого» видео оптимально подходит MPEG-4; если же возникает необходимость в детальном анализе видео, то можно использовать более ресурсоемкий формат MJPEG.   

Использование определенного стандарта сжатия информации осуществляется, основываясь на следующих требованиях:

- повышение степени сжатия при сохранении качества, что влечет за собой выигрыш в битрейте;

- приемлемое качество видео;

- критичность к задержке данных при передаче.

Для обеспечения наименьшей битовой скорости необходимо определить какой из предлагаемых камерой стандартов сжатия лучше («сильнее») сжимает.

При сжатии происходит устранение пространственной и временной избыточности.

В данной системе видеоконтроля наблюдение осуществляется за грузопассажирским движением. При расчете зон обзора и расстановки видеокамер было определено, что камеры не оснащены поворотными устройствами и как в следствии находятся в статическом состоянии. Следует, на наблюдаемом перекрестке происходит слабое движение, задний план не меняется. Изменения будут только при движении автотранспорта или людей. Ввиду простоты движения, видеоинформация при обработке не вызовет каких-либо затруднений у кодеков. Таким образом, в каждом кадре видеопотока существует временная избыточность. Для ее устранения используют кодирование видеопотока по стандарту MPEG. Также при такой видеосъемке существует пространственная избыточность, которую в свою очередь устраняют кодированием по стандарту M-JPEG.

Рассмотрим следующие стандарты кодирования видеопоследовательностей: M-JPEG и MPEG. Для определения различия между ними, введем три типа кадров I, P, B:

- I- interframe (внутрикадровое кодирование);

- P-predicted (предсказывание кадра);

- B-bidirectional (двунаправленное кодирование).

В стандарте M-JPEG все кадры I типа, то есть происходит только внутрикадровое кодирование. В стандарте MPEG же используются все три типа кадров. Таким образом, в стандарте MPEG помимо внутрикадрового кодирования происходит предсказывание кадра, в котором определяется вектор движения и разность кадров, и двунаправленное кодирование, в котором производится усреднение интенсивности кадров. Таким образом, происходит выигрыш в скорости в несколько раз, то есть повышается степень сжатия при сохранении качества.
2.4.1 Критичность к задержке данных при передаче информации
В процессе передачи информации в элементах системы контроля в полке ГАИ возникает задержка поступления их в точку назначения. Влияние задержки данных по времени проявляется в возможности (невозможности) восприятия оператором (человеком) того или иного фрагмента сообщения, в данном случае, цельного видеофрагмента. Так, по субъективным оценкам, для указанных сообщений максимальная величина задержки информации от видеокамер до полка ГАИ не должна превышать 400 мс. Задержка строго определяется восприятием человека и требует передачи пакетов в реальном масштабе времени (с предельно малой задержкой).

Для выполнения этого условия необходимо определить задержку, за время сжатия данных, и обеспечить ее минимизацию, то есть при выборе кодека помимо скорости и качества выбрать наименьшее время сжатия.

Основным критерием оценки времени сжатия является неравенство (12):

, (12)

где - длительность процесса сжатия информации, сек.;

- длительность информации, cек.

Т.е. время сжатия информации должно быть меньше самой длительности информации. Иначе компрессор не будет успевать сжимать поток видеоданных, следует информация для обработки будет накапливаться, а это значит, что условие передачи информации в масштабе реального времени нарушается.


2.5 Расчет радиоканала
2.5.1 Расчет необходимого уровня сигнала на входе приемника
При расчете уровня сигнала на входе радиоприемника важны три фактора:

- полученный сигнал должен обладать мощностью, достаточной для его обнаружения и интерпретации приемником;

- чтобы при получении отсутствовали ошибки, мощность сигнала должна поддерживаться на уровне, в достаточной мере превышающем шум;

- при повышении частоты сигнала затухание возрастает, что приводит к

искажению.

Первые два фактора связаны с затуханием интенсивности сигнала и использованием усилителей или ретрансляторов. Для канала связи мощность сигнала передатчика должна быть достаточной для четкого приема. В то же время интенсивность сигнала не должна быть слишком большой, так как в этом случае контуры передатчика или приемника могут оказаться перегруженными, что также приведет к искажению сигнала. Если расстояние между приемником и передатчиком превышает определенную постоянную, свыше которой затухание становится неприемлемо высоким, для усиления сигнала в заданных точках пространства располагаются ретрансляторы, усилители и антенны. Задача усиления сигнала значительно усложняется, если существует множество приемников, особенно если расстояние между ними и передатчиками непостоянно.

Третий фактор списка известен как амплитудное искажение. Вследствие того, что затухание является функцией частоты, полученный сигнал искажается по сравнению с переданным, что снижает четкость приема. Для устранения этой проблемы используются методы выравнивания искажения в определенной полосе частот. Одним из возможных подходов может быть использование устройств, усиливающих высокие частоты в большей мере, чем низкие.

Размеры зоны покрытия передатчика будут определяться дальностью связи между передатчиком и приемником bluetooth, уровнем мощности приемника и передатчика.

Уровень мощности сигнала на входе приемной антенны определяется выражением (13):

, дБ/мВт, (13)

где - уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика, дБ/мВт;

- затухание сигнала при распространении, определяемое по формуле (17) и (20), дБ;

L_доп ≈ 15 - дополнительные потери сигнала при распространении на трассе, дБ;

B_э ≈ 11,5 - дополнительные потери сигнала при распространении в здании, дБ.

Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика рассчитывается по формуле (14):

, (14)

где p_прд = 20 – уровень мощности передатчика, дБм;

В_{ф прд}= 0 - потери в фидере антенны передатчика, дБ;

В_{Д прд} = 0 - потери в дуплексном фильтре на передачу, дБ;

В_к = 0 - потери в комбайнере (устройство сложения), дБ;

G_прд= 2 - коэффициент усиления антенны передатчика в направлении связи, дБ.

Тогда уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика составит:

дБ

Основным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности Р_{прм мин} в дБм, определяемого техническими характеристиками приемника и вычисляемого по формуле (15):

, (15)

где ρ_прм = -80 - чувствительность приемника, дБм;

В_{ф прм} = 0 - потери в фидере антенны передатчика, дБ;

В_{Д прм} = 0 - потери в дуплексном фильтре на прием, дБ;

К_МШУ = 0 - коэффициент усиления антенного тракта для приема, дБ;

G_прм= 2 - коэффициент усиления антенны приемника в направлении связи, дБи;

В_и = 90 - уровень индустриальных помех, дБм.

Тогда минимально необходимый уровень мощности приемника составит:

дБ

Для того чтобы мощность сигнала на входе приемной антенны Р_прм, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны Р_{прм мин}, исходя из чувствительности приемника, необходимо, чтобы выполнялось условие (16):

, (16)

где L_доп - дополнительные потери в радиоканале.

Они учитываются с целью повышения вероятности обеспечения связи требуемого качества. Дополнительные потери обусловлены целым комплексом причин, включая ослабление сигнала в соединительных разъемах, потери из-за неточного совпадения плоскостей поляризации антенн (5-10 дБ); запас помехоустойчивости к внешним помехам, величина которого определяется электромагнитной обстановкой в районе размещения радиолинии и обычно задается в пределах от 5 до 15 дБ; атмосферное поглощение. В проектируемой радиолинии достаточно принять L_доп = 15 дБ.

Тогда:

, дБ

Если это условие не выполняется значит необходимо добавить усиления на радиолинию, т.е. выбрать антенны с большим коэффициентом усиления и/или использовать дополнительные усилители.
2.5.2 Расчет зон радиопокрытия технологии bluetooth
В данном пункте дипломного проекта рассчитываются затухания радиоканала приближенно и более точно по моделям Кся – Бертони и Окамура – Хата.

Модель Окамура – Хата не учитывает специфику зоны развертывания сети связи, т.е. этажность зданий, ширину улиц. Модель Кся – Бертони более точная, учитывающая потери при распространении в свободном пространстве, затухания при дефракции от крыш близлежащих зданий, потери при многократном переотражении от стен зданий.
Первое приближение (модель Окамура – Хата)
Для районов типично городской застройки потери будут определяться выражением (17):

, дБ, (17)

где f – рабочий диапазон частот, МГц;

h_прм и h_прд – высоты подвеса приемной и передающей антенн, м;

– поправочный коэффициент зависящий от типа местности в которой действует система связи;

R– расстояние между антеннами, м.
Для г. Уфа (большой город) поправочный коэффициент определяется выражением (18):

(18)

Данные для расчета потерь и результаты вычислений сведены в таблицу 14.

Таблица 14 - Данные для расчета потерь и результаты вычислений

	Место расположения камер		hпрм, м	hпрд, м	R, м		L, дБ
Перекресток ул. Пушкина – ул. Театральная		камера 1	4,5	4	20	-11,349	13,8
		камера 2	4,5	4	6	-11,349	7,6
		камера 3	4,5	4	21	-11,349	14,7
Перекресток ул. Ленина – ул. Октябрьской Революции		камера 1	4,5	3	15	-11,349	11,4
		камера 2	4,5	3	3	-11,349	17,8
		камера 3	4,5	3	15	-11,349	11,4
Перекресток ул. Менделеева – ул. Бакалинская		камера 1	4,5	3	25	-11,349	20,6
		камера 2	4,5	3	30	-11,349	23,9
		камера 3	4,5	4	34	-11,349	23,2

Таблица 15 - Результаты вычислений уровня мощности сигнала на входе приемника по модели Окамура-Хата

Место расположения камер		L, дБ	R, м	Pпрм, дБ
Перекресток ул. Пушкина – ул. Театральная	камера 1	13,8	20	-18,3
	камера 2	7,6	6	-12,1
	камера 3	14,7	21	-19,2
Перекресток ул. Ленина – ул. Октябрьской Революции	камера 1	11,4	15	-15,9
	камера 2	17,8	3	-22,3
	камера 3	11,4	15	-15,9
Перекресток ул. Менделеева – ул. Бакалинская	камера 1	20,6	25	-25,1
	камера 2	23,9	30	-28,4
	камера 3	23,2	34	-27,7

Уточнение зон радиопокрытия (модель Кся – Бертони)



Рисунок 9- К определению ослабления радиосигнала

Ослабление сигнала в свободном пространстве в случае, когда антенна передатчика располагается ниже среднего уровня крыш (столбы) определяется по формуле (19):

, дБ (19)

Суммарное ослабление в дБ на радиолинии определяется из соотношения (20):

, (20)

где R - расстояние между антеннами, м;

λ = 1,25·10⁵ - длина волны, м;

- высота подвеса антенны передатчика относительно средней высоты здания, м;

h₀ = 10 - средний уровень крыш, м;

- среднее погружение антенны приемника относительно средней высоты окружающих зданий, м;

,

где х ≈ 20 – расстояние по горизонтали между антенной приемника и кромкой крыши, на которой дефрагментирует волна, м.

,

где d = 0 - средний интервал между кварталами, м.

Данные для расчета потерь и результаты вычислений сведены в таблицу 16.

Таблица 16 - Данные для расчета потерь и результаты вычислений

	Место расположения камер		hпрм, м		hпрд, м		R, м		∆hв/ ∆hм, м		L, дБ
Перекресток ул. Пушкина – ул. Театральная		камера 1		4,5		4		20		-20/19,5		78,7
		камера 2		4,5		4		6		-20/19,5		89,2
		камера 3		4,5		4		21		-20/19,5		78,3
Перекресток ул. Ленина – ул. Октябрьской Революции		камера 1		4,5		3		15		-21/19,5		81,2
		камера 2		4,5		3		3		-21/19,5		95,2
		камера 3		4,5		3		15		-21/19,5		81,2

Продолжение таблицы 16

Перекресток ул. Менделеева – ул. Бакалинская	камера 1	4,5	3	25	-21/19,5	76,8
	камера 2	4,5	3	30	-21/19,5	75,2
	камера 3	4,5	4	34	-20/19,5	74,1

Таблица 17 - Результаты вычислений уровня мощности сигнала на входе приемника по модели Кся – Бертони

Место расположения камер		L, дБ	R, м	Pпрм, дБ
Перекресток ул. Пушкина – ул. Театральная	камера 1	78,7	20	-83
	камера 2	89,2	6	-94
	камера 3	78,3	21	-83
Перекресток ул. Ленина – ул. Октябрьской Революции	камера 1	81,2	15	-86
	камера 2	95,2	3	-100
	камера 3	81,2	15	-86
Перекресток ул. Менделеева – ул. Бакалинская	камера 1	76,8	25	-81
	камера 2	75,2	30	-80
	камера 3	74,1	34	-79

Результаты расчетов зон радиопокрытия технологии bluetooth представлены в приложениях М, Н, П, Р, С, Т, У, Ф, Х.