基于Wi-Fi的移动视频监控平台

温挺华，林 琴，王 强，徐晓辉 ，周 萌

（河北工业大学 信息工程学院,天津 300401）

随着技术的发展，无线监控方面的产品不断更新换代。目前市面上的监控产品虽然解决了繁琐的布线，但是仍然拘泥于特定的位置和安装环境，不能做到移动监控，也不能做到监控现场环境数据的同时对现场进行视频监控，而仅仅只是专注于一个方面。

随着监控技术的发展，移动监控将成为监控方向的重点，具有重要的作用。多通道视频监控可以在一个监控界面上，同时观察多个区域的情况。这样减少了对人员数量的需求，减少了开支，增大了监控力度。PC客户端还可以对移动平台的移动方向和移动幅度进行控制，很好地解决了对移动平台的控制问题。

1 系统设计概述

该无线视频监控系统分为3部分：移动平台，视频接收数据转发AP（路由器）以及PC客户端。系统总体框图如图1所示，移动平台采用双CPU结构，实现平台移动、信息采集和数据传输。

路由器当做数据转发AP来实现移动平台与PC客户端的连接。PC客户端进行图像、环境信息的显示并对移动平台进行控制。系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图Fig.1 system overall block diagram

2 系统硬件设计

2.1 移动平台组成

移动平台采用双CPU结构，如图2所示，CPU1为STC89C52芯片，CPU2采用三星公司的S3C6410芯片。使用USB摄像头、温度、超声波等多种传感器对图像数据和环境信息进行采集。Wi-Fi模块进行图像数据和环境信息的传输。

图2 移动平台Fig.2 Mobile platform

2.1.1 双CPU系统

该系统采用MCS－51内核的STC89C52和ARMv6架构处理器S3C6410作为控制芯片和视频采集传输芯片，实现对移动平台的控制以及高效视频传输。STC89C52芯片控制平台的移动，以及传感器对周围环境数据的采集。S3C6410芯片进行图像采集、处理和Wi－Fi传输[1]。两个CPU通过串口进行数据的交换，STC89C52将采集到的环境信息传送给S3C6410，S3C6410将 PC客户端送达的控制指令传送给STC89C52。双CPU系统结构方便移动平台的更换，使得系统具有很强的移植性。

2.1.2 数据采集

数据采集模块包括摄像头模块、超声波模块和温度模块。

摄像头采用的型号为ZC301，该摄像头配有图像传感器，数字信号处理芯片，模数转换器和视频压缩等模块。数模转换模块将大容量的模拟信号转换为小容量的数字信号，通过DSP模块压缩成JPEG格式。核心板可直接将JPED格式的图片信息上传到上位机，从而完成视频信息的传输[2]。

HC－SR04超声波测距模块可提供2～400 cm的非接触式距离感测功能，可以测得障碍物的距离。

温度模块选用DS18B20，它的测量温度从－55～125℃，该模块对周围环境温度进行采集。

2.1.3 数据传输

数据传输模块选用Wi－Fi模块。该模块采用雷凌公司的RT3070芯片，使用USB接口与核心板进行连接。该模块兼容IEEE 802.11b/g/n三种标准协议，传输速率达到150 Mbps，完全满足视频传输的需要。

2.2 数据转发AP

数据转发AP选用无线路由器。移动平台的Wi－Fi模块将图像和环境信息数据以socket的方式发送到数据转发AP,然后数据转发AP将这些socket传送给PC客户端。客户端将控制指令打包以socket的方式发送给数据转发AP，数据转发AP再通过Wi－Fi将socket发送给移动平台[3]。

2.3 PC客户端

客户端采用C#语言编写[4]。系统登录主要用于对进入视频监控系统的用户进行安全性检查，防止非法用户进入该系统。用户可通过手动输入，来对所使用的端口进行登录。当计算机通过路由器接收到连接指令后，将监控平台登录序号，用户名等注册信息显示在主界面。登录界面如图3所示。

图3 客户端登录界面Fig.3 The client login screen

该客户端可以实现多通道监测 。检测TCP端口，根据协议判别是哪个客户端发送过来的，然后分别进行处理，从而显示出多个窗口。监控界面如图4所示。

图4 监控界面Fig.4 Monitoring interface

用户可通过监控界面来给移动平台发送动作指令，“up”、“down”、“left”、“right”、“stop” 分别表示前进、 后退、左转、右转、停止。“Level”选项表示动作指令的动作幅度，目前分为4个等级，4级为幅度最大。“raise”表示抬起摄像头，“reduce”表示降低摄像头角度。同时界面上可以显示出实时监测到的环境信息。

3 系统软件设计

3.1 移动平台的实现

CPU1用于采集环境信息和控制平台的移动，通过串口同CPU2进行数据交换。流程为平台启动后进行初始化，随后以80 ms为周期循环检测环境变量，在运动过程中，若超声波返回的数据低于设定的下限，移动平台前方有障碍物，则启动LED和蜂鸣器进行报警并且停止前进。平台通过串口接收指令，并对指令进行判断，根据指令的不同做出相应的反应[6]。该分程序流程图如图5所示。

图5 环境信息采集及移动平台的控制Fig.5 Environmental information collection and control of the mobile platform

3.2 视频采集的实现

视频采集与传输部分以S3C6410作为核心，采用Linux系统作为程序的运行环境。视频采集与传输平台程序采用多线程的设计方法，使得程序可以同时进行串口、Wi-Fi的数据收发和摄像头图像信息的读取。

平台通电后，Linux系统先对设备和采集的图像格式等属性进行初始化[7]，然后建立套接字等待客户端的连接请求。CPU2驱动摄像头进行图像采集。如果Wi-Fi模块配置正确并且成功连接路由器，则向客户端发送一帧图像数据。在未接到停止指令之前一直处于采集，传输和显示的循环状态。视频图像采集与传输系统软件流程图如图6所示。

图6 视频采集及数据传输Fig.6 Video acquisition and data transmission

4 结束语

采用双CPU系统做了一套嵌入式产品，很好地解决了现有视频监控产品中摄像头一直处于静止状态且采集信息较少等问题，并且嵌入式产品拥有体积小、运算速度快等特点。PC客户端采用多通道的设计方案，可以同时监控多个地点。

[1]薛源，刘卫东.一种多通道实时数据采集监控系统设计与实现[J].计算测量与控制,2011,19(4):863-865.XUE Yuan,LIU Wei-dong.Amulti-channel real-time data acquisition system design and implementation of[J].Journal of Measurement and Control,2011,19(4):863-865.

[2]张小华，占妮.MPEG-4视频编码技术的研究与发现[J].自动化与仪器仪表，2009（4）：14-24.ZHANG Xiao-hua,ZHAN Ni.MPEG-4 video coding technology research and discovery[J].Automation and Instrumentation,2009(4):14-24.

[3]张鑫锋.嵌入式多媒体终端的Wi-Fi功能研究与设计[D].上海：华东师范大学，2009.

[4]郑阿奇等.C#实用教程[M].北京:电子工业出版社，2008.

[5]小科，王军，赵会东.C#项目开发案例全程实录[M].北京:清华大学出版社，2011.

[6]李伟.仓储智能车的设计及路径规划的研究[D].安徽：安徽大学，2012.

[7]庄宿国，罗鹏，侯宁涛，等.基于Pro/E平台的诱导轮参数化造型软件开发[J].火箭推进 ，2014（3）：68-72.ZHUANG Su-guo，LUO Peng，HOU Ning-tao，et al.Parameetrization sculpting software development for inducer based on Pro/E[J].Journal of Rocket Propulsion,2014（3）：68-72.