CN100502500C - 基于全数字无线通信的电梯视频监控装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于全数字无线通信的电梯视频监控装置，包括安装在电梯轿厢顶部的视频传感器、监控中心计算机，监控中心计算机包括用于实时显示电梯视频的显示模块，视频传感器连接微处理器，微处理器包括图像记录模块，用于记录电梯轿厢内的视频信息；图像处理模块，用于将记录下来的视频数据进行压缩编码、复用以及调制成压缩视频数据；第一无线收发模块，用于依照通信标准，发送压缩的视频数据；监控中心计算机包括第二无线收发模块，用于依照通信标准，接收压缩的视频数据；图像解压处理模块，用于将接收的数据进行解压缩、解复用以及解调，恢复成视频数据。本发明实用性好、安装精度低、成本低。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种电梯视频监控装置。
(二)背景技术
随着我国高层建筑的增多，人们使用电梯的频率增大，电梯的安全隐患问题也日显突出，每年我国在电梯事故中死伤人数已达4位数以上，由于电梯事故发生被困在电梯中的人数那就更多，甚至出现了同一个人在一周内被困在电梯中数次，被困时间达数小时以上，这些电梯安全事故给电梯的使用者造成了严重的心理创伤；另外一些犯罪份子也利用电梯这个特殊的空间来进行作案，并正严重地危害着人们的生命和生活安全。可谓电梯事故“猛于虎”。
电梯安全事故的种类按发生事故的系统位置，可分为门系统事故、冲顶或蹲底事故、其他事故。据统计，各类事故发生的起数占电梯事故总起数的概率分别为：门系统事故占80％左右，冲顶或蹲底事故占15％左右，其他事故占5％左右。门系统事故占电梯事故的比重最大，发生也最为频繁。其中电梯常发生问题主要表现为：困人(主要因停电、设备出故障所致)；轿厢与平台错位；冲顶(电梯不停，直上直下不听控制)；溜车(没有选层便启动)；开门走梯(电梯门开启时突然启动，最危险的现象)。
电梯暴力事件的种类可分为电梯内的劫财、劫色和其他暴力事件。
目前对于上述电梯安全事故和电梯暴力事件这两种电梯安全防范主要是通过人工的方式来进行检测和监控的，前者主要通过维护检测来保证电梯的正常运行，后者有些地方配备有专职人员监视是否有可疑的人进出入电梯，有些地方在电梯中安装了摄像监控装置通过监视中心的监视屏来监视轿厢内是否有暴力事件发生，目前所采用的摄像监控装置都是模拟式的摄像装置，模拟的视频信息容易受到干扰而导致图像传输质量不高，另外在移动的电梯的轿厢与在井道中配线与维护也是一件不容易的事情。
图像是人类视觉的延伸。通过视觉，可以立即准确地发现电梯内部所发生的事件，图像监测快速性的基础是视觉所接受的信息以光为传播媒介；而图像信息的丰富和直观，更为电梯内可疑情况的辨识和判断奠定了基础，其它任何检测技术均不能提供如此丰富和直观的信息。
如专利申请号为：200410025150.4的中国发明专利申请，公开了一种用于电梯的视频信号传输装置，它包括一个双绞线发送器、一个双绞线接收器，所述双绞线发送器和双绞线接收器之间用双绞线连接，其中在电梯井道中布设的双绞线为屏蔽双绞线。本发明可以消除来自电梯的电磁干扰，并且传输电缆不易损坏，成本也较低。
数字化无线视频传输系统与传统的有线、模拟传输系统相比，具有如下特点：①便于进行压缩、分析、存储和显示：②数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响等。正是由于数字视频传输具有传统模拟传输无法比拟的优点，而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频传输正在逐步取代模拟传输，广泛应用于各行各业。
再如专利申请号为：200510105736.6的中国发明专利申请，公开了一种电梯轿厢内监视系统，具有：监视单元，其使用摄像单元对电梯轿厢内进行拍摄，把视频数据记录在图像记录装置内；遥控器，其通过向前述监视单元发送指令信号，来远程操作前述监视单元；第1通信接口部，其设置在前述监视单元侧；以及第2通信接口部，其设置在前述遥控器侧；前述第1通信接口部具有：数据发送转换部，其把模拟形式的视频数据和与从前述遥控器所发送的指令信号对应的数字形式的文本数据转换成红外无线通信用数据；以及发送部，其把前述红外无线通信用数据转换成红外光进行发送；前述第2通信接口部具有：接收部，其接收从前述发送部所发送的红外光，以及数据接收转换部，其把前述红外光转换成红外无线通信用数据，从红外无线通信用数据分离为前述视频数据和前述文本数据进行输出。采用红外无线传输，抗干扰性能好，不需要布线等操作，设备小巧且不需附带其他设施，存在的缺点是：实现困难、传输的距离太近，安装精度要求高，成本高。
(三)发明内容
为了克服已有的电梯视频监控装置的实用性差、安装精度要求高、成本低的不足，本发明提供一种实用性好、安装精度低、成本低的基于全数字无线通信的电梯视频监控装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于全数字无线通信的电梯视频监控装置，包括安装在电梯轿厢顶部的视频传感器、用于监控电梯的监控中心计算机，所述的视频传感器与监控中心计算机连接，所述得监控中心计算机包括用于实时显示电梯视频数据的显示模块，所述显示模块连接显示装置，所述的视频传感器连接用于将视频数据无线传输的微处理器，所述的微处理器包括：图像记录模块，用于将电梯轿厢内的视频信息记录下来，图像处理模块，用于将记录下来的视频数据进行压缩编码、复用以及调制成压缩视频数据；第一无线收发模块，用于依照通信标准，发送压缩的视频数据；所述的监控中心计算机包括：第二无线收发模块，用于依照通信标准，接收压缩的视频数据；图像解压处理模块，用于将接收的数据进行解压缩、解复用以及解调，恢复成视频数据；所述图像解压处理模块的输出连接显示模块。
进一步，所述的图像记录模块为视频采集芯片，所述的图像处理模块包括用于对图像进行视频压缩的视频压缩芯片、计算每一场图像的量化参数的DSP芯片以及用于对视频采集芯片和DSP芯片进行逻辑控制的可编程控制器，所述的第一无线收发模块、第二无线收发模块为符合无线通信协议的无线收发模块。
或者是：所述的第一无线收发模块为符合通信标准的无线网卡，所述的监控中心计算机包括与所述无线网卡配合的TCP/IP协议、无线网络接口。
再进一步，所述的通信标准为：IEEE802.11b。
目前数字化无线视频传输选择方式来看，主要有三种方案：一是在蓝牙串行口后接一个蓝牙模块；二是选择红外无线遥控；三是用短距离的无线数传芯片。对于蓝牙方案，无线传输距离和芯片价格是值得考虑的地方：蓝牙主要用于短距离传输(最多10米)，且芯片价格一直偏高，虽然目前也有使蓝牙传输距离进一步加大的方案(可达100米)，但不幸的是，其价格也会比原来贵许多，不适应于电梯的轿厢与监控中心之间的音视频信息交换。红外传输虽然没有价格问题，能传输的距离实在太近，只有几米，且对红外发射角度有一定的要求，存在＂必须保证传输信息的两个设备正对，且中间不能有障碍物＂等致命的缺陷，这一点又不适应于电梯的轿厢与监控中心之间的音视频信息交换。采用短距离的无线数据传输芯片进行无线传输则灵活得多，价格上从低端到高端选择余地很大，传输距离从几十米到几百米都有，即使中间有障碍物也能很好地实现轿厢与监控中心之间的音视频信息交换。
全数字无线视频传输系统是将视频信息数字化后经压缩编码、复用、调制以后送信道传输，然后通过解压缩、解复用、解调后送到电梯监控中心的计算机中进行图像处理，整个过程采用的是全数字处理技术，由于采用了数字信号处理技术与前向纠错技术(FEC)，可使其具有较高的信号接收灵敏度并能保证信号的可靠传输，适应在恶劣环境中的应用，特别是在运动中电梯内视频传输抗干扰性能、安装维护等方面的优点更加明显。
全数字实时无线视频传输系统除了具有优越的抗干扰性能、保持图象信息清晰稳定以外，还具有设备小巧不需附带其他设施、价格适中等优点，可以通过适当的地址编码控制实现点对点、点对多点、单向和双向实时的多媒体通信。由于全数字实时无线视频传输系统不需附带其他设施且独立性好，不需要任何布线等安装过程，因此采用全数字实时无线视频传输技术能方便地实现对单梯以及群梯的安全防范检测和控制，更适用于目前使用中的电梯的控制技术和安全防范技术的改造。
本发明的有益效果主要表现在：1、实用性好，安装精度低，成本低；2、速度快-2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mb/s，无须直线传播；3、具有动态速率转换功能-当射频情况变差时，可将数据传输速率降低为5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s；4、使用范围广-支持的范围是在室外为300米，在室内环境中最长为100米，只要将网络桥接器安装在大楼的中间层靠近电梯井道附近，能满足50层左右的楼层电梯的无线视音频传输；5、可靠性高-使用与以太网类似的连接协议和数据包确认，来提供可靠的无线视音频数据传送和网络带宽的有效使用；6、互用性好-只允许一种标准的信号发送技术，WECA将认证产品的互用性；7、漫游支持功能-当电梯在各个层间之间上下移动时进行无缝连接；8、可伸缩性好-最多三个访问点可以同时定位于有效使用范围中，以支持上百个用户，足以能使整个大楼中的电梯监控点正常工作；9、不需任何布线就能方便地实现对单梯以及群梯的安全防范监控，更适用于目前使用中的电梯的控制技术和安全防范技术的改造；10、组网方便，能与大楼中的任何网进行连接，也可以与外界的因特网进行连接，实现电梯的远程监控或者远程维护，在发生困人、轿厢与平台错位、冲顶、溜车、开门走梯等电梯事故时能在第一时间通知有关人员采取救援措施。
(四)附图说明
图1为基于全数字无线通信的电梯视频监控装置的结构框图；
图2为基于全数字无线通信的电梯视频监控装置的原理框图；
图3为采用视频采集芯片、DSP芯片以及高复杂度可编程逻辑器件进行全数字无线视音频通信的原理图；
图4为采用嵌入式软硬件以及无线收发模块进行全数字无线视音频通信的原理图；
图5为将无线网络桥接器安装在大楼的中间层靠近电梯井道附近的示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例1
参照图1、图2、图4、图5，一种基于全数字无线通信的电梯视频监控装置，包括安装在电梯轿厢顶部的视频传感器1、用于监控电梯的监控中心计算机2，所述的视频传感器1与监控中心计算机2连接，所述得监控中心计算机2包括用于实时显示电梯视频数据的显示模块9，所述显示模块9连接显示装置，所述的视频传感器1连接用于将视频数据无线传输的微处理器3，所述的微处理器3包括：图像记录模块4，用于将电梯轿厢内的视频信息记录下来；图像处理模块5，用于将记录下来的视频数据进行压缩编码、复用以及调制成压缩视频数据；第一无线收发模块6，用于依照通信标准，发送压缩的视频数据；所述的监控中心计算机2包括：第二无线收发模块7，用于依照通信标准，接收压缩的视频数据；图像解压处理模块8，用于将接收的数据进行解压缩、解复用以及解调，恢复成视频数据；所述图像解压处理模块8的输出连接显示模块9。
第一无线收发模块7和第二无线收发模块8，用于无线局域网内的无线通信，无线通信模块遵守IEEE802.11b无线通信协议。
图像记录模块4是将电梯轿箱内的视频信息记录下来和发送出去；语音通话接口模块是将安置在电梯侨箱内的麦克风以及受音器与全数字无线通信的电梯视音频监控装置建立轿箱内外的语音通话；通话连接模块是将全数字无线通信的电梯视音频监控装置通过无线网络与外界进行通话连接。记录装置检测模块用于记录和检测电梯的运行情况，并与正常运行时电梯的运行参数进行比较，发现电梯的安全隐患或者故障情况；服务中心连接模块用于将记录装置检测模块中发现的电梯的安全隐患或者故障情况发送给电梯服务中心，以便及时得到维护和修理，电梯服务中心连接模块中包括了电梯服务中心的各种通信信息并将电梯的故障信息和电梯的所有人、地理位置、联系方式等信息进行打包传输。
视音频监控装置的应用软件中除了包括图像记录模块，语音通话接口模块，通话连接模块，记录装置检测模块，服务中心连接模块以及无线通信模块之外，还包括安全防范检测模块，安全防范中心连接模块，电梯异常检测模块，电梯控制中心连接模块；
所述的安全防范检测模块主要用于电梯内的暴力监测，暴力监测的手段主要是通过4个方面来进行综合判断，判断指标分为：1)时间段；2)延续时间；3)乘坐电梯的人数以及人体的活动频繁程度；4)恐吓、惊叫救助等语音特征。从发生电梯暴力事件的时间段来看一般都是处在电梯利用者比较少或者深夜时间，从发生过程延续时间来看要比一般正常电梯利用者乘坐电梯的时间来的长些，从视频的角度来说在电梯移动时间内人体的活动频繁并出现人体之间迅速靠近或者人体面积迅速变化等特征，从音频的角度来说会出现一些恐吓、惊叫救助等语音特征。
所述的安全防范中心连接模块是根据上述安全防范检测模块中综合判断的结果，综合判断的结果分为7个不同层次，即，正常、有些反常继续观察、可疑活动对象发现、异常发生、有发生暴力倾向、暴力发生、暴力情况严重，从上述的7个不同层次看出如果有暴力行为发生，它是随着时间的推移不断发展的过程，在安全防范中心连接模块中，当异常发生以上层次判断结果出现时，将判定的结果、现场视音频信息和电梯的所有人、地理位置、联系方式等信息进行打包传输；及时将信息发送给安全防范中心或者公安部门；
所述的电梯异常检测模块用于通过视音频手段检测电梯的各种异常现象，当电梯发生困人时，从视频角度来说检测到轿厢内有人，并长时间检测到电梯门没有动作就判断为电梯发生困人；当轿厢与平台错位时，从视频角度来说，首先要获得轿厢与平台正常位置的视频信息，一般轿厢出门处有一条直线，轿厢门外平台处也有一条直线，轿厢与平台处在正常位置时，这两条直线之间的距离作为正常距离，在下错位发生时，这两条直线之间的距离要比正常距离长；在上错位发生时，这两条直线之间的距离要比正常距离长或者只能看见一条轿厢内的直线；当电梯发生冲顶时，从视频角度来说检测到轿厢内有人.并且检测到轿厢内的控制面板上有停靠按钮灯在点亮情况时，电梯不停，直上直下；当电梯发生溜车，从视频角度来说检测到轿厢内有人，没有检测到轿厢内的控制面板上有停靠按钮灯在点亮情况时，电梯就启动；当电梯发生开门走梯，从视频角度来说电梯门部位发现上下方向的整批活动区域；当电梯发生其他机械故障时，从音频角度来说，能检测到周期性的振动音，其频率比较低一般都在1赫兹以下，通过检测声音的频率以及声强来判断是否有机械故障发生。
所述的电梯控制中心连接模块，用于将电梯异常检测模块判断得到的异常信息发送给电梯控制中心，将判定的结果、现场视音频信息和电梯号等信息进行打包传输，以便电梯控制中心能及时采取措施。
所述的全数字无线通信的电梯视频监控装置的一种传感、通信、移动组合方案是嵌入式系统与无线收发模块的配合，具体选择三星S3C2410X为嵌入式微处理器，结合无线局域网技术，设计基于全数字无线通信的电梯视频监控装置，实现视频数据采集和无线传输。嵌入式系统中包括了软件与硬件技术，其中嵌入式Linux软件是核心技术，它能实现视频服务器的功能。
所述的嵌入式微处理器S3C2410X是一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，该处理器是为手持设备以及高性价比、低功耗微控制器而设计的。它采用了一种叫做AMBA(AdvancedMicrocontroller Bus Architecture)的新总线架构。S3C2410X内部的主要资源有内存管理单元MMU、系统管理器、各为16KB的指令和数据缓存、LCD控制器(STN&TFT)、NAND FLASH Boot Loader、3通道UART、4通道DMA、4个PWM时钟、1个内部时钟、8通道10为ADC、触摸屏接口、多媒体卡接口、I2C和I2S总线接口、2个USB主机接口、1个USB设备接口、SD主接口、2SPI接口、PLL时钟发生器以及通用I/O端口等。
所述的嵌入式微处理器S3C2410X内部包含一个叫MMU的内存管理单元，可以实现虚拟存储空间到物理存储空间的映射。通常嵌入式系统的程序存放在ROM/FLASH中，系统断电后程序能够得到保存，但ROM/FLASH与SDRAM相比，速度要慢的多，而且嵌入式系统中通常把异常中断向量表存放在RAM中，利用内存映射机构可以解决这种需要。
所述的ROM/FLASH采用三星公司64MB的K9S1208VOM。它可进行10万次的编程/擦除，数据保存长达10年，被用来装载操作系统镜像和大容量的数据。
所述的SDRAM是采用三星公司的K4S561632C，用来运行操作系统和存储程序运行过程中所需要的数据，它是4M*16bit*4bank的同步DRAM，容量为32MB。用两片K4S561632C实现位扩展，使数据总线宽度为32bit。
所述的嵌入式软件系统主要包括操作系统、TCP/IP协议的移植、驱动程序的安装以及用户应用程序的编写等。
本发明中采用了Linux作为嵌入式操作系统，Linux是从UNIX发展而来，继承了UNIX大多数的优点，Linux公开的内核源代码使得它成为目前最流行的操作系统，并且Linux可以从应用出发裁剪其硬件软件，这对面向基于全数字无线通信的电梯视频监控装置这种特殊需要来说十分必要，这里我们将其称为定制操作系统，定制步骤如下：(1)编写板基支持包BSP；(2)裁剪和配置操作系统的各个部件，并修改相应的配置文件；(3)编译Kernel、组件和BSP，生成操作系统镜像文件；(4)将镜像文件下载到目标板上，进行调试。
进一步，电梯内视频监控信息是要通过TCP/IP协议经无线局域网以数据打包、发送的方式来进行传输的，因此要在操作系统支持下实现TCP/IP协议，就需要进行任务划分，可以将TCP/IP的实现划分为4个任务来实现：①IP任务，主要用来解决IP分片的重组；②TCP输入任务，主要用来处理接收到的TCP报文段；③TCP输出任务，主要用来将要输出的数据打包、发送；④TCP定时器任务，主要用来为各种时延事件(如重发事件)提供时钟。
更进一步，基于全数字无线通信的电梯视频监控装置中需要有两个USB接口，其中一个USB接口是将监控摄像头与S3C2410X进行连接，另一个USB接口是将无线网卡与S3C2410X进行连接，由于S3C2410X自带USB主从接口，不需要专门的USB芯片支持，只要对其安装驱动程序即可进行USB传输数据。
所述的USB驱动程序包含如下几个部分：(1)创建设备，创建设备函数带两个参数调用，一个参数是指向驱动程序对象的指针，另一个参数是指向物理设备对象的指针；(2)关闭设备；(3)读取设备数据，当客户应用程序有读取设备数据的要求时，系统将此要求以IRP_MJ_READ的IRP形式传递给功能驱动程序，由设备的D12Meter_Read程序执行，然后再由D12Meter_Read指定USB总线驱动程序直接与设备实现信息交互；(4)对设备写入数据，当客户应用程序有写设备数据的要求时，系统将此要求以IRP_MJ_WRITE的IRP形式传递给功能驱动程序，并由D12Meter_Write执行，然后再由D12Meter_Write指定USB总线驱动程序直接与设备实现信息交互。USB驱动程序通过安装文件(.inf文件)中PID(产品识别号)和VID(厂商识别号)识别USB设备。
当嵌入式操作系统装载完成后，就可以安装无线网卡的驱动程序和其他相应的应用程序。将无线网卡的驱动程序作为一个模块打包到操作系统中，可避免系统掉电后每次都要重装无线网卡驱动程序。
实施例2
参照图1、图2、图4、图5，本实施例的图像记录模4块为视频采集芯片，所述的图像处理模块5包括用于对图像进行视频压缩的视频压缩芯片、计算每一场图像的量化参数的DSP芯片以及用于对视频采集芯片和DSP芯片进行逻辑控制的可编程控制器，所述的第一无线收发模块6、第二无线收发模块7为符合无线通信协议的无线收发模块。
在软件方面主要是通过对DSP芯片以及高复杂度可编程逻辑器件进行编程来实现全数字无线视音频通信的。
所述的微处理器是嵌入式系统，本发明中的用户程序模块是由C和Java语言实现的。
本实施例的其余结构和工作过程与实施例1相同。
Claims (4)
1、一种基于全数字无线通信的电梯视频监控装置，包括安装在电梯轿厢顶部的视频传感器、用于监控电梯的监控中心计算机，所述的视频传感器与监控中心计算机连接，所述的监控中心计算机包括用于实时显示电梯视频数据的显示模块，所述显示模块连接显示装置，所述的视频传感器连接用于将视频数据无线传输的微处理器，所述的微处理器包括：
图像记录模块，用于将电梯轿厢内的视频信息记录下来；
图像处理模块，用于将记录下来的视频数据进行压缩编码、复用以及调制成压缩视频数据；
第一无线收发模块，用于依照通信标准，发送压缩的视频数据；
所述的监控中心计算机包括：
第二无线收发模块，用于依照通信标准，接收压缩的视频数据；
图像解压处理模块，用于将接收的数据进行解压缩、解复用以及解调，恢复成视频数据；
所述图像解压处理模块的输出连接显示模块；其特征在于：所述微处理器还包括：
电梯异常检测模块，用于通过视音频手段检测电梯的异常现象，当电梯发生困人时，从视频角度来说检测到轿厢内有人，并长时间检测到电梯门没有动作就判断为电梯发生困人；当轿厢与平台错位时，从视频角度来说，首先要获得轿厢与平台正常位置的视频信息，轿厢出门处有一条直线，轿厢门外平台处也有一条直线，轿厢与平台处在正常位置时，所述两条直线之间的距离作为正常距离，在下错位发生时，所述两条直线之间的距离要比正常距离长；在上错位发生时，所述两条直线之间的距离要比正常距离长或者只能看见一条轿厢内的直线；当电梯发生冲顶时，从视频角度来说检测到轿厢内有人，并且检测到轿厢内的控制面板上有停靠按钮灯在点亮情况时，电梯不停，直上直下；当电梯发生溜车，从视频角度来说检测到轿厢内有人，没有检测到轿厢内的控制面板上有停靠按钮灯在点亮情况时，电梯就启动；当电梯发生开门走梯，从视频角度来说电梯门部位发现上下方向的整批活动区域；当电梯发生机械故障时，从音频角度来说，能检测到周期性的振动音，其频率在1赫兹以下，通过检测声音的频率以及声强来判断是否有机械故障发生；
电梯控制中心连接模块，用于将电梯异常检测模块判断得到的异常信息发送给电梯控制中心，将判定的结果、现场视音频信息和电梯号信息进行打包传输。
2、如权利要求1所述的基于全数字无线通信的电梯视频监控装置，其特征在于：所述的图像记录模块为视频采集芯片，所述的图像处理模块包括用于对图像进行视频压缩的视频压缩芯片、计算每一场图像的量化参数的DSP芯片以及用于对视频采集芯片和DSP芯片进行逻辑控制的可编程控制器，所述的第一无线收发模块、第二无线收发模块为符合无线通信协议的无线收发模块。
3、如权利要求1所述的基于全数字无线通信的电梯视频监控装置，其特征在于：所述的第一无线收发模块为符合通信标准的无线网卡，所述的监控中心计算机包括与所述无线网卡配合的TCP/IP协议、无线网络接口。
4、如权利要求2或3所述的基于全数字无线通信的电梯视频监控装置，其特征在于：所述的通信标准为：IEEE802.11b。
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