井下远程数据传输与处理系统研究

论文摘要

煤炭是我国非常重要的战略资源，在我国的一次能源消费中约占70%。但是在煤矿安全生产方面，我国煤矿事故时有发生，人员伤亡较大。产生这种现象的原因，一方面，我国矿井分布范围广，参与人员多，安全隐患相对集中；另一方面，事故发生后，不能得到有效救援也是造成人员伤亡较大的原因，在救援设备研究方面起步较晚，救援设备相对落后。针对这一现状，本课题以煤矿应急救援为背景，设计一种具有和井下现场人员进行实时交互的可视化多媒体救援指挥监控通信系统。系统涉及到网络通信技术、多媒体技术、计算机技术等多种技术，实现了井下人员与指挥人员之间的双向语音通信和视频的单向传输功能。为了让救援人员更专注于救援工作，本系统采用Wi-Fi为短距离通信作为网络延伸，设计一种以SDSL电话双绞线为主干网快速组网方式，实现能快速组网的实时多媒体远程通信系统。在整个系统中，本作者主要工作是视频信号的传输以及监控终端软件系统的设计与实现，完成视频、多种气体参数的显示，以及语音的接收与发送功能。在网络传输方面，为了解决应急通信中实时性的问题，本文通过对RFC3016标准进行分析，结合RTP的MPEG-4的分片机制给出了MPEG-4视频流的RTP打包算法实现和传输模型设计。网络接口编程采用WinSock实现；在PC监控软件方面，监控终端软件框架主要通过DirectShow技术进行构建，给出了监控终端软件的整体结构，并把其中的网络接收源滤波器设计和MPEG-4的解码的滤波器设计作为设计的重点进行详细介绍，最后完成滤波器图表管理器的构建，实现网络接收和回放功能。本系统在VS2005平台上通过MFC框架实现整个监控软件的设计。本文所设计的矿井应急救援系统，实现了多媒体数据的实时传输和显示，通过模拟煤矿巷道环境对无线传输进行测试。无线传输在10-20m的范围内图像和声音能流畅播放，基本满足多媒体实时传输的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 煤矿救援的国内外现状
• 1.3 课题研究的内容
• 1.4 论文的主要工作和结构安排
• 2. 井下应急救援通信系统方案设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.2 系统组成
• 2.2.1 救护前端
• 2.2.2 PC 监控终端
• 2.3 井下救援通信系统研究方案规划
• 2.3.1 井下通信系统的特点和要求
• 2.3.2 井下有线通信方式分析
• 2.3.3 无线通信方式概述
• 2.3.4 井下应急救援方案设计
• 2.4 本章小结
• 3. DirectShow 技术
• 3.1 DirectShow 技术
• 3.1.1 DirectShow 系统
• 3.1.2 DirectShow 框架
• 3.2 DirectShow 的传输机制
• 3.2.1 媒体类型
• 3.2.2 样本（samples）和分配器（Allocators）
• 3.2.3 DirectShow 的传送模式
• 3.3 DirectShow 开发流程
• 3.3.1 开发环境配置
• 3.3.2 Filter Graph Manager
• 3.3.3 通用开发步骤
• 3.4 本章小结
• 4. 视频传输及监控终端软件设计
• 4.1 视频压缩算法分析
• 4.1.1 MPEG-4 视频压缩算法
• 4.1.2 H.264 视频压缩算法
• 4.1.3 压缩算法选择
• 4.2 实时传输协议选择
• 4.2.1 UDP 与 TCP 比较
• 4.2.2 实时传输/控制协议简介
• 4.3 基于 RTP 的 MPEG-4 视频流的封装实现
• 4.3.1 MPEG-4 的 RTP 封装策略选择
• 4.3.2 MPEG-4 的 RTP 封包以及算法实现
• 4.3.3 MPEG-4 视频流的软件传输模型
• 4.4 PC 监控终端软件设计
• 4.4.1 PC 监控终端多线程设计
• 4.4.2 PC 监控终端软件框架设计
• 4.5 本章小结
• 5. PC 监控终端关键技术实现
• 5.1 监控终端数据接收实现
• 5.1.1 网络编程技术实现
• 5.1.2 网络接收滤波器设计
• 5.1.3 缓冲技术应用及实现
• 5.2 解码滤波器实现
• 5.2.1 Xvid codec 编解码算法分析
• 5.2.2 MPEG-4 的解码算法实现
• 5.2.3 视频解码滤波器设计
• 5.2.4 构建 Filter Graph
• 5.3 监控端界面设计
• 5.4 系统测试
• 5.5 小结
• 6. 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢