一体化便携式视频监控器的设计与实现

程付超

（成都大学，四川 成都 610106）

1 引言

目前，视频监控系统在我国各行各业都已经得到了较广泛的应用，享誉世界的天网工程已经实现了跨越省市区县的固定区域实时监控和信息记录。但这类固定式的监控系统，部署复杂，往往存在盲区，并且对于具有临时性和移动性的监控需求，比如公共交通设施内部，季节性的自然灾害易发点，仍在建设中的区域，监控区域停电后的应急监控等，难以通过现有固定监控技术来进行解决，存在以下三点问题：

（1）安装部署工程浩大。固定式监控的部署一般需要进行布网布线，涉及到比较大的工程量，不适用于一些临时性的监控场所。

（2）需要外接供电。固定式监控系统，大多采用外部供电，而一些需要监控的场地对施工有严格限制，不允许改网改线。比如客机和列车，出于安全原因，在出厂之后不允许对供电线路进行修改，这就导致了固定式监控难以部署成功。

（3）数据存储需要外部系统支持。固定式监控，监控数据一般存储在后台专用的服务器或电脑上，对于一些临时性的监控场所，不具备这样的条件，比如需要监控的区域仍在建设中。

针对上述问题，本文设计并实现了一种一体化便携式视频监控器（简称“监控器”），运用陀螺仪防抖动、智能电池供电等技术，集采集、存储、供电于一体，提供实施方便、应用灵活、续航稳定的视频监控服务。该设备安装方便，应用灵活，且具有较好的续航能力，能够应对具有临时性和移动性的监控需求，从而与固定式监控实现较好的互补。

2 监控器设计

2.1 组成结构

本文设计的一体化便携式视频监控器主要由三部分构成，如图1所示。

图1 一体化便携式视频监控器组成结构

（1）高强度金属防护罩：金属防护罩采用高强度金属罩设计，可以防止外界人为破坏产品，以及强行盗取资料。

（2）便携式视频采集存储单元：视频采集存储单元负责对监控区域内进行实时化、常态化的视频采集录制，并将录制的视频数据进行压缩处理后进行本地持久化保存。

（3）大容量智能电源保障单元：采用两种规格的大容量锂电池，并通过IC管理芯片对电池进行管理，智能分析当前状态耗电量，从而延长电池使用时间。

2.2 工作机制

一体化便携式视频监控器的主要工作机制包括视频采集、视频压缩、视频存储和视频转存。

（1）视频采集。监控器通过高分辨率微型摄像头对监控区域内情况进行视频采集。针对公共交通工具这样的应用场景，在视频采集中，为了缓解振动造成的图像抖动，摄像头还内嵌了电子陀螺仪，能够对视频采集过程进行防抖辅助，提高视频采集质量。

（2）视频压缩。监控器能够通过内嵌的H.264芯片对采集的视频数据进行压缩处理。压缩后的视频数据图像效果能够达到VGA标准（640*480）。

（3）视频存储。监控器将压缩后的视频数据存储到本地存储卡上。一体化便携式视频监控器具备两个标准TF卡插槽，最大能够支持256 GB容量存储卡。

（4）数据转存。一体化便携式视频监控器采用数据转存的方式进行视频数据的导出。可以通过专用的多路读卡设备，实现监控器存储卡的批量转存。

2.3 关键技术

（1）大容量电池智能供电。本文提出的一体化便携式视频监控器采用电池供电方式，避免了外接电源对电路和网线的改造，从而扩大的本监控器的应用范围，使之可以应用到客机、高铁等严禁改造的应用场景中。监控器采用的大容量电池能够通过IC管理芯片对电池余量进行管理，智能分析当前状态耗电量，从而延长电池使用时间。在测试中，监控开机的情况下，监控器可连续工作30-60小时（根据电池容量的不同），能够满足较长时间运行的需要。

（2）双卡循环录像存储。由于监控器将数据存储在存储卡上，为了提高整体存储容量，监控器采用双卡循环式的录像方式，自行判断存储卡容量，并将数据存储到空闲空间较大的存储卡中，当双卡空间耗尽时，监控器会按照时间顺序对监控数据进行循环覆盖，保证监控器不会因为存储耗尽而停止工作。双存储卡提高了整体存储空间，延长了数据的保存时间；而循环存储，保证了监控器能够在无人工干预的情况下长时间正常工作。

（3）电子陀螺仪。它是一种用于获取物体相对位移的传感器，其本质是一个简单易用的基于自由空间移动的定位和控制系统。在一体化便携式视频监控器中，通过电子陀螺仪来实现视频采集的防抖辅助功能，其基本原理是：通过电子陀螺仪，可以记录摄像头抖动的相对位置偏移量，将这个数量值传递给摄像头的主控芯片，主控芯片就可以通过该值对采集到的视频数据进行一定的修正，从而减少摄像头抖动对视频采集质量的影响。

2.4 技术参数

监控器详细技术参数如表1。

表1 监控器技术参数

3 监控器应用

3.1 安装与应用效果

目前，一体化便携式视频监控器已在某铁路局下属高铁列车上投入应用，其安装效果及视频采集效果如图2所示。监控器安装可根据安装环境的不同，采用强磁吸、强力胶等方式，安装便捷，并且易于拆卸。

图2 一体化便携式视频监控器安装与视频采集效果图

3.2 实测参数

（1）电池续航能力。监控器在设计时按照大小两种电池容量进行设计，其中小容量电池设计续航时间30小时，大容量电池设计续航时间60小时。对5个监控器分别使用大小两种电池在监控开机状态下的续航时间进行了记录，各自续航时间如表2所示。实际测试中小容量电池的平均续航时间达到29.1小时，大容量电池的平均续航时间达到60.1小时，与设计时长误差在±1之内。

（2）视频采集数据量。分时段对5个监控器的视频采集数据量进行了统计，如表3所示。从测试结果看，一台监控器平均每小时产生的视频数据量约为860 MB。

表2 监控器电池续航时长

表3 监控器视频采集数据统计

上述测试结果说明，本文设计的一体化便携式视频监控器能够达到设计工作要求，在采用电池供电的基础上具备较长的工作续航时间，同时安装方便，应用灵活，能够应对具有临时性和移动性的监控需求，从而兼顾固定式监控难以覆盖的监控区域。

4 结论

本文针对传统固定式视频监控系统需要外部供电且部署以后难以迁移的缺点，设计并实现了一种一体化便携式视频监控器，集采集、存储、供电于一体，提供实施方便、应用灵活、续航稳定的视频监控服务。该监控器已在某铁路局下属高铁列车上投入应用，从应用效果来看，监控器采集的视频清晰稳定，工作安全可靠，具有以下显著的优势与特点：

（1）采用电池供电，具备高续航能力。为了实现监控器的便携性，同时解决部分应用场景无法提供外部供电的现状，采用了大容量锂电池进行供电，并通过智能电源管理模块有效降低电源的损耗，提高电源的续航时间，使监控器续航时间达到了60小时，能够充分满足各类应用场景的需要。

（2）体积小巧，方便携带。一体化便携式视频监控器在设计中尽可能地考虑了如何减少体积尺寸和重量，目前监控器尺寸约145 mm*80 mm*45 mm，质量约200g，能够较好地应用于各种需要对设备尺寸要求较高的应用场景，也能够方便地进行单人携带。

（3）安装便捷，易于拆卸。固定式视频监控系统的部署往往需要布线布网等繁琐的工作，工程量较大，而本文研制的一体化便携式视频监控器只需将外壳固定到监控区域的合适位置即完成安装，固定方式可采用磁吸或胶固，极大地简化了系统安装部署流程，同时也提高了监控器的适用范围。

（4）具备视频采集防抖辅助。针对公共交通工具等存在震动的监控场景，为了避免视频质量受到影响，监控器采用电子陀螺仪进行防抖处理，实现对视频数据的矫正，从而达到视频防抖的目的。

基于以上优势，本文设计的一体化便携式视频监控器能够覆盖固定化监控无法达到的区域和场景，从而与传统监控系统形成有效的互补，具有广泛的应用场景。

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