ДИПЛОМ. В данной работе представлен проект сети видеомониторинга грузопассажирского движения в Кировском районе г. Уфы
 Скачать 2.67 Mb.
|
|
Наиболее подходящим вариантом по ряду причин является видеомонитор Smartec STM-260W. Его основные преимущества: высокое разрешение, оптимальная цена, оптимальный размер экрана для осуществления видеомониторинга, небольшое время отклика. Технические данные видеомонитора приведены в приложении К. Выбор и обоснование платы видеозахвата Плата видеозахвата это устройство, позволяющее обрабатывать информацию, поступающую с видеокамер. В зависимости от характера и сложности решаемых системой задач могут применяться разные типы плат видеозахвата. Их внешний вид, функции и настройки могут сильно отличаться. Видеосервер на базе компьютера состоит из материнской платы, процессора, видеокарты, оперативной памяти, винчестера и платы видеозахвата. Эти устройства соединены между собой и функционируют как единый комплекс. При выборе платы видеозахвата для проектируемой системы следует обратить внимание на: 1) Разрешение записи платы видеозахвата. Для большинства качественных плат максимальным разрешением будет 720х576, 640x480 пикселей. Запись с меньшим разрешением может быть оправдана, но рассмотреть детали на такой картинке будет очень сложно; 2) Скорость записи платы видеозахвата – количество кадров в секунду на 1 канал. Запись в реальном времени (25 кадров/сек) может быть оправдана там, где много быстро движущихся объектов. В большинстве случаев достаточно скорости записи 10 кадров/сек; 3) Варианты записи плат видеозахвата – по детектору движения, по расписанию, по тревожным входам. У большинства плат присутствуют эти варианты записи. Особое внимание следует уделить качеству и настройкам детектора движения; 4) Удаленный доступ плат видеозахвата к системе видеонаблюдения с разграничением прав доступа. Доступ может осуществляться как по локальной сети, так и из любой точки мира через Интернет; 5) Совместимость платы видеозахвата с компонентами компьютера. Многие производители предъявляют специфические требования к компьютеру, что создает определенные трудности; 6) Поиск и просмотр записанных видеофайлов. Очень важно чтобы поиск был удобен и не занимал много времени. Некоторые платы позволяют одновременно просмотреть сразу несколько камер, что экономит время на поиск и выявление необходимых фрагментов видео; 7) Возможность расширения плат видеозахвата количества видео каналов путем добавления дополнительной платы видеозахвата. Данная возможность позволяет легко и при минимальных затратах расширить систему видеонаблюдения. Платы видеозахвата производят следующие фирмы-производители: Hicap, Comart, Digi-it, ADVANTECH, CANON, Hawell и т.д. Для сравнения представлены 3 платы видеозахвата различных фирм-производителей: Hicap 50 Comart, DIGI-IT DIT-9600, Hawell HW-9104V1. Таблица 13 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам плат видеозахвата
Продолжение таблицы 13
Наиболее подходящим вариантом является плата видеозахвата Hawell HW-9104V1. Она совместима с компьютером, выбранном в пункте 2.3.4, приемлема по цене, имеет необходимое количество каналов видео, достаточную скорость записи, поддерживает методы компрессии MJPEG/MPEG4. Технические данные платы видеозахвата приведены в приложении Л. Функции записи и просмотра выполняет специализированное ПО, поставляемое вместе с платой. Длительность записи видеоданных определяется объемом жесткого диска компьютера. Для нормального функционирования сервера производят его настройку, для этого устанавливают ПО видеокамер, ПО платы видеозахвата, настраивают конфигурацию сетевых карт и при помощи патч-корда соединяют локальную сетевую карту с коммутатором. 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;Lдоп ≈ 15 - дополнительные потери сигнала при распространении на трассе, дБ; Bэ ≈ 11,5 - дополнительные потери сигнала при распространении в здании, дБ. Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика рассчитывается по формуле (14):  , (14)где pпрд = 20 – уровень мощности передатчика, дБм; Вф прд= 0 - потери в фидере антенны передатчика, дБ; ВД прд = 0 - потери в дуплексном фильтре на передачу, дБ; Вк = 0 - потери в комбайнере (устройство сложения), дБ; Gпрд= 2 - коэффициент усиления антенны передатчика в направлении связи, дБ. Тогда уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика составит:  дБОсновным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности Рпрм мин в дБм, определяемого техническими характеристиками приемника и вычисляемого по формуле (15):  , (15)где ρпрм = -80 - чувствительность приемника, дБм; Вф прм = 0 - потери в фидере антенны передатчика, дБ; ВД прм = 0 - потери в дуплексном фильтре на прием, дБ; КМШУ = 0 - коэффициент усиления антенного тракта для приема, дБ; Gпрм= 2 - коэффициент усиления антенны приемника в направлении связи, дБи; Ви = 90 - уровень индустриальных помех, дБм. Тогда минимально необходимый уровень мощности приемника составит:  дБДля того чтобы мощность сигнала на входе приемной антенны Рпрм, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны Рпрм мин, исходя из чувствительности приемника, необходимо, чтобы выполнялось условие (16):  , (16)где Lдоп - 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 Lдоп = 15 дБ. Тогда:  , дБЕсли 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; hпрм и hпрд – 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
Таблица 15 - Результаты вычислений уровня мощности сигнала на входе приемника по модели Окамура-Хата
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
Продолжение таблицы 16
Таблица 17 - Результаты вычислений уровня мощности сигнала на входе приемника по модели Кся – Бертони
Результаты расчетов зон радиопокрытия технологии bluetooth представлены в приложениях М, Н, П, Р, С, Т, У, Ф, Х. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
