基于Wi-Fi的移動視頻監控平臺

溫挺華，林 琴，王 強，徐曉輝 ，周 萌

（河北工業大學 信息工程學院,天津 300401）

隨著技術的發展，無線監控方面的產品不斷更新換代。目前市面上的監控產品雖然解決了繁瑣的布線，但是仍然拘泥于特定的位置和安裝環境，不能做到移動監控，也不能做到監控現場環境數據的同時對現場進行視頻監控，而僅僅只是專注于一個方面。

隨著監控技術的發展，移動監控將成為監控方向的重點，具有重要的作用。多通道視頻監控可以在一個監控界面上，同時觀察多個區域的情況。這樣減少了對人員數量的需求，減少了開支，增大了監控力度。PC客戶端還可以對移動平臺的移動方向和移動幅度進行控制，很好地解決了對移動平臺的控制問題。

1 系統設計概述

該無線視頻監控系統分為3部分：移動平臺，視頻接收數據轉發AP（路由器）以及PC客戶端。系統總體框圖如圖1所示，移動平臺采用雙CPU結構，實現平臺移動、信息采集和數據傳輸。

路由器當做數據轉發AP來實現移動平臺與PC客戶端的連接。PC客戶端進行圖像、環境信息的顯示并對移動平臺進行控制。系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖Fig.1 system overall block diagram

2 系統硬件設計

2.1 移動平臺組成

移動平臺采用雙CPU結構，如圖2所示，CPU1為STC89C52芯片，CPU2采用三星公司的S3C6410芯片。使用USB攝像頭、溫度、超聲波等多種傳感器對圖像數據和環境信息進行采集。Wi-Fi模塊進行圖像數據和環境信息的傳輸。

圖2 移動平臺Fig.2 Mobile platform

2.1.1 雙CPU系統

該系統采用MCS－51內核的STC89C52和ARMv6架構處理器S3C6410作為控制芯片和視頻采集傳輸芯片，實現對移動平臺的控制以及高效視頻傳輸。STC89C52芯片控制平臺的移動，以及傳感器對周圍環境數據的采集。S3C6410芯片進行圖像采集、處理和Wi－Fi傳輸[1]。兩個CPU通過串口進行數據的交換，STC89C52將采集到的環境信息傳送給S3C6410，S3C6410將 PC客戶端送達的控制指令傳送給STC89C52。雙CPU系統結構方便移動平臺的更換，使得系統具有很強的移植性。

2.1.2 數據采集

數據采集模塊包括攝像頭模塊、超聲波模塊和溫度模塊。

攝像頭采用的型號為ZC301，該攝像頭配有圖像傳感器，數字信號處理芯片，模數轉換器和視頻壓縮等模塊。數模轉換模塊將大容量的模擬信號轉換為小容量的數字信號，通過DSP模塊壓縮成JPEG格式。核心板可直接將JPED格式的圖片信息上傳到上位機，從而完成視頻信息的傳輸[2]。

HC－SR04超聲波測距模塊可提供2～400 cm的非接觸式距離感測功能，可以測得障礙物的距離。

溫度模塊選用DS18B20，它的測量溫度從－55～125℃，該模塊對周圍環境溫度進行采集。

2.1.3 數據傳輸

數據傳輸模塊選用Wi－Fi模塊。該模塊采用雷凌公司的RT3070芯片，使用USB接口與核心板進行連接。該模塊兼容IEEE 802.11b/g/n三種標準協議，傳輸速率達到150 Mbps，完全滿足視頻傳輸的需要。

2.2 數據轉發AP

數據轉發AP選用無線路由器。移動平臺的Wi－Fi模塊將圖像和環境信息數據以socket的方式發送到數據轉發AP,然后數據轉發AP將這些socket傳送給PC客戶端。客戶端將控制指令打包以socket的方式發送給數據轉發AP，數據轉發AP再通過Wi－Fi將socket發送給移動平臺[3]。

2.3 PC客戶端

客戶端采用C#語言編寫[4]。系統登錄主要用于對進入視頻監控系統的用戶進行安全性檢查，防止非法用戶進入該系統。用戶可通過手動輸入，來對所使用的端口進行登錄。當計算機通過路由器接收到連接指令后，將監控平臺登錄序號，用戶名等注冊信息顯示在主界面。登錄界面如圖3所示。

圖3 客戶端登錄界面Fig.3 The client login screen

該客戶端可以實現多通道監測 。檢測TCP端口，根據協議判別是哪個客戶端發送過來的，然后分別進行處理，從而顯示出多個窗口。監控界面如圖4所示。

圖4 監控界面Fig.4 Monitoring interface

用戶可通過監控界面來給移動平臺發送動作指令，“up”、“down”、“left”、“right”、“stop” 分別表示前進、 后退、左轉、右轉、停止。“Level”選項表示動作指令的動作幅度，目前分為4個等級，4級為幅度最大。“raise”表示抬起攝像頭，“reduce”表示降低攝像頭角度。同時界面上可以顯示出實時監測到的環境信息。

3 系統軟件設計

3.1 移動平臺的實現

CPU1用于采集環境信息和控制平臺的移動，通過串口同CPU2進行數據交換。流程為平臺啟動后進行初始化，隨后以80 ms為周期循環檢測環境變量，在運動過程中，若超聲波返回的數據低于設定的下限，移動平臺前方有障礙物，則啟動LED和蜂鳴器進行報警并且停止前進。平臺通過串口接收指令，并對指令進行判斷，根據指令的不同做出相應的反應[6]。該分程序流程圖如圖5所示。

圖5 環境信息采集及移動平臺的控制Fig.5 Environmental information collection and control of the mobile platform

3.2 視頻采集的實現

視頻采集與傳輸部分以S3C6410作為核心，采用Linux系統作為程序的運行環境。視頻采集與傳輸平臺程序采用多線程的設計方法，使得程序可以同時進行串口、Wi-Fi的數據收發和攝像頭圖像信息的讀取。

平臺通電后，Linux系統先對設備和采集的圖像格式等屬性進行初始化[7]，然后建立套接字等待客戶端的連接請求。CPU2驅動攝像頭進行圖像采集。如果Wi-Fi模塊配置正確并且成功連接路由器，則向客戶端發送一幀圖像數據。在未接到停止指令之前一直處于采集，傳輸和顯示的循環狀態。視頻圖像采集與傳輸系統軟件流程圖如圖6所示。

圖6 視頻采集及數據傳輸Fig.6 Video acquisition and data transmission

4 結束語

采用雙CPU系統做了一套嵌入式產品，很好地解決了現有視頻監控產品中攝像頭一直處于靜止狀態且采集信息較少等問題，并且嵌入式產品擁有體積小、運算速度快等特點。PC客戶端采用多通道的設計方案，可以同時監控多個地點。

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[3]張鑫鋒.嵌入式多媒體終端的Wi-Fi功能研究與設計[D].上海：華東師范大學，2009.

[4]鄭阿奇等.C#實用教程[M].北京:電子工業出版社，2008.

[5]小科，王軍，趙會東.C#項目開發案例全程實錄[M].北京:清華大學出版社，2011.

[6]李偉.倉儲智能車的設計及路徑規劃的研究[D].安徽：安徽大學，2012.

[7]莊宿國，羅鵬，侯寧濤，等.基于Pro/E平臺的誘導輪參數化造型軟件開發[J].火箭推進 ，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.