远程无线视频监控系统设计

胡白燕

摘要:该文设计了一种基于3G的无线视频监控系统。论述了系统的基本组成及相关工作原理。重点对系统应用的关键技术进行了详细分析。该系统具有压缩比高、布线灵活、经济高效的特点。系统能实现复杂环境下的视频监控。

关键词:视频监控;3G;无线传输;嵌入式;ARM

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)22-pppp-0c

现代视频监控已经进入网络化与数字化时代。在水利施工现场进行视频监控,能保证现场管理的质量,提高施工效率。由于施工现场地理环境较复杂,施工地点分布较为分散,安装设备与布线成为难题。随着无线传输技术的飞速发展,配合不断完善的视频压缩技术,为在地形复杂、布线困难的现场进行远程视频监控带来更大的方便。移动运营商目前在国内搭建的数据通信平台,覆盖范围广,利用公共无线信道进行信号传输成为首选。现在不断在各地开通的3G无线网络,具有比前期以GPRS为代表的2.5G技术和以CDMA1X为代表的2.75G技术更令人满意的传输速度和带宽,提供最高2Mbps、最低144Kbps的传输速度[1]。为建立高质量的远程无线视频监控提供了强有力的保证。本文设计了一种基于3G无线网络的嵌入式无线视频监控系统。该系统同样可以用于交通、物流、工厂等场所。

1 系统工作原理与结构

系统在整体上由前端采集模块、无线传输链路、监控中心三部分组成,如图1。前端嵌入式采集设备将由USB摄像头采集到的视频数据经过压缩编码以后,通过3G无线模块发送到3G无线网络,经过无线传输链路送至远程监控中心。传输至监控中心的视频数据流经过解码以后,能通过监控终端进行实时查看。监控中心采用客户机/服务器结构,服务器接收视频图像后进行视频解码,客户机连入局域网访问服务器,进行图像的监控。无线传输链路与后端监控连接方法有两种:一种是通过3G无线网络直接与远程无线监控终端端,一种是经过3G无线网络与Internet传送至远程视频服务器。本文采用第二种方案。

2 系统硬件组成

前端嵌入式视频采集设备的核心采用基于ARMv5E的Xscale核心的芯片PXA255,连接如图2。PXA255在嵌入式开放领域应用非常广泛,具有功耗小、性能高、高效率的特点。集成了64 Mbytes SDRAM,32 Mbytes Flash,同时它具有丰富的外围接口,如UART串口、USB HOST接口、SD卡接口、JTAG接口、LCD控制器等。数字摄像头通过USB口与芯片相连,UART串口与无线通讯模块相连,负责将信号发送至3G无线网络。

3 系统软件设计

3.1 系统软件组成

嵌入式Linux 是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改,使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式Linux既继承了Interlnet上无限的开放源代码资源,又具有嵌入式操作系统的特性。它被广泛应用在移动电话、个人数字助理(PDA)、媒体播放器、消费性电子产品以及航空航天等领域中,它具有内核小、代码开放的优点。本系统所有软件设计都是基于嵌入式Linux操作系统的。Linux经过配置与裁剪后安装入系统。整个软件系统由图像采集模块、图像压缩模块以及数据传输模块构成。图像经过前端采集后进行压缩,传输模块负责将数据发送至无线网络。视频流解码后在监视中心能进行实时查看。

3.2 图像采集模块

图像采集模块负责采集前端视频采集模块获得的数据。前端视频采集使用的是数字摄像头,免去了将模拟视频信号转为数字的的过程,提高了工作效率,节省了成本。采集到的视频数据以文件的形式存于缓冲区内,供其他模块使用。Linux下的V4L(video for Linux)是进行视频音频数据采集、文字电视广播、VBI数据等的API接口。图像采集模块使用了基于V4L的编程。获取视频的流程一般包括:启动设备、获取设备及图像信息、设备图像格式化、关闭设备。视频采集流程图如图3所示。

3.3 图像压缩模块

USB摄像头获取的视频信号必须经过压缩编码以后才适合在无线网络上进行传输。本系统没有采用专用硬件芯片,而是使用软件对图像进行压缩编码。采用MEPG-4标准。MPEG-4提供高压缩率,采用分层可扩展性编码,可以根据不同的带宽调整质量,根据需要进行模块的添加,支持多种多媒体应用。MPEG-4提供的码率控制技术符合无线信道带宽窄且不停变化的特性[2]。

3.4 数据传输模块

TCP与UDP传输难以支持实时传输和QOS等问题[4]。为实现视频压缩数据在IP上实时传输,需要对数据进行RTP封包。RTP提供端到端的服务,支持在单目标广播和多目标广播网络中传输实时数据。RTP本身不能保证数据传输的次序、及时性和服务质量,要与RTCP一起使用。在RTP会话期间,发端周期性的向收端发送RTCP控制信息包,用来监视服务质量[5]。视频数据封装在RTP信息包中,每个包封装在UDP消息段中,然后封装在IP数据包中进行传输。如图4。

3.5 远程监控模块

远程监控端系统模块基于Socket编程实现,采用多线程方式以进行合理分配资源。监控中心服务器拥有一个固定IP地址,连接入Internet。前端采集模块启动后就自动请求与监控中心IP建立连接。服务器实时监听经由无线网络传来的数据,选择性的接受连接请求,并分配接收数据和解码线程。服务器通过共享端口向各个监控客户端发送数据。

4 小结

本文设计了一种基于3G网络的嵌入式远程无线视频监控系统。目前,该系统正在试用中,监测结果较好,不过仍然需要进一步完善。系统通过搭建好的无线平台和Internet实现远程视频监控,无论身在何地,只需一台固定IP的电脑,便可实现对现场的实时监控。该系统具有视频压缩比高、传输质量好、组建方便灵活的特点。随着3G网络的覆盖在全国范围内不断扩展,该系统的适应性及实用性将有更多的体现。

参考文献:

[1] 白立岗.基于3G网络和H.264标准的公交车无线视频监控系统研究[J].公路交通科技:应用技术版,2009,52(4):1.

[2] 夏汉青.基于IP组播的船载无线视频监控系统[D].武汉:华中科技大学,2005.14-16.

[3] 孔德勇.基于S3C2410的嵌入式无线监控系统的设计[J].微计算机信息,2009,25(2):115-116.

[4] 刘建华.基于GPRS 的无线视频监控[J].计算机工程与设计,2009,30(5):1145-1146.

[5] 张溢华.3G视频监控系统传输部分的设计[J].电视技术,2009,33(2):61-62.

[6] 贺礼.移动视频监控系统的设计与实现[J].电视技术,2007,31(6):59-61.