基于電力線載波的視頻監控系統設計

黃筱倩 邵恒康 陳海生

【摘要】 針對現代視頻監控視頻數據的傳輸和線路的架設需要耗費大量的人力、物力問題，利用電力線載波通信技術，設計了一種利用電力線傳輸視頻信號的視頻監控系統。以新一代HomePlug電力線通信芯片QCA6410為核心，通過電力線載波傳輸視頻數據。

【關鍵詞】 電力線載波 QCA6410 視頻監控

視頻監控被廣泛應用到各種生產、管理、檢測領域。目前市場上的監控產品主要分為兩類—模擬攝像機和IPC攝像機。模擬攝像機通過同軸電纜傳輸視頻信號，這種方式的缺點就是支持的像素不高，一般為200W像素以下；另一種就是IPC（網路攝像機），是將視頻流通過有線或無線網絡進行傳輸的攝像機。

以上兩種市場上的監控產品的缺點是視頻監控的視頻數據的傳輸通常使用光纖、寬帶網絡、雙絞線等方式作為傳輸媒介，在生產和安裝過程中需要消耗大量的人力、物力。本文所介紹的電力線載波傳輸技術，利用廣泛存在的電力線網絡作為視頻數據傳輸的媒介，能夠有效節省生產和線路架設的成本。以高通公司QCA6410作為電力線載波視頻傳輸模塊，能夠快速組網實現多點監控和穩定地傳輸視頻數據。該系統能夠免除煩瑣的視頻數據線路的生產、架設安裝，具有節約成本、即插即用等優點。實驗表明，該視頻監控系統具有節省成本、安裝方便、圖像清晰、兼容目前市場IPC等特點。

一、電力線載波視頻監控系統的總體設計

本系統在視頻數據采集端使用目前市場上所使用的IPC攝像頭，主要設計基于QCA6410的電力線載波傳輸模塊，QCA6410支持IEEE 1901/HomePlug AV電力線網絡協議，具備200Mbps的網絡性能，在單芯片內同時整合了內存、10/100以太網PHY、模擬前段/線路驅動和電源管理單元。以下為本系統的整體設計框圖。

二、系統硬件的設計和實現

2.1 視頻采集

在本系統中，攝像頭使用了目前市場上通用的IPC攝像頭。結合實際，目前IPC攝像頭國內發展得已經比較成熟。各大廠商都有自己成熟的解決方案，例如TI的達芬奇平臺、華為海思的Hi3516/Hi3518平臺等等。所以在視頻數據采集到網絡編碼輸出這塊，可以直接使用市場上的成熟產品，這樣開發周期可以明顯減端，成本壓縮，穩定性高。

所以本論文的主要目標是設計一種穩定、高速并且可以兼容各個廠商IPC攝像頭的電力線傳輸方案。在本系統中，視頻使用了華為海思Hi3518E的解決方案。

2.2 電力線載波收發模塊

電力線載波通訊模塊是本設計的核心。該模塊主要負責接收IPC攝像頭發出的視頻網絡包，然后進行正交頻分復用（OFDM）編碼將數據調制到電力線上面。本模主要由QCA6410電力線調制控制芯片和AR1500模擬前端組成。QCA6410是高通公司基于HomePlugAV技術標準研發的EOC芯片，其物理層使用OFDM調制方式，它是將待發送信息碼元通過并換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。同時它使用循環前綴（CP）作為保護間隔大大少甚至消除了碼間干擾，并且保證了各信道間的正交性從而大大減少了信道間干擾。OFDM中個載波頻譜有1/2重疊正交，這樣提高了OFDM調制方式的頻譜利用率。在接收端通過相關解調技術離出各載波同時消除碼間干擾的影響。QCA6410去除低頻干的頻段后，在7.5-30MHz頻段使用917個子載波；功率譜密度可編程，以滿足不同國家的頻率管制；每個子載波可以單獨進行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM調制；采用TurboFEC錯誤校驗；物理層線路速率達到200Mbps，在Cable中，傳輸距離可以達1KM，傳輸效率100Mbps。下圖為電力線載波模塊的結構框圖。

三、系統軟件的設計和實現

本系統中的攝像頭采用海思方案。下圖是該方案的內部軟件處理流程。

1、VI 模塊捕獲視頻圖像，可對其做剪切、縮放、鏡像等處理，并輸出多路不同分辨率的圖像數據

2、解碼模塊對編碼后的視頻碼流進行解碼，并將解析后的圖像數據送 VPSS 進行圖像處理或直接送 VO 顯示?？蓪?H264/VC1/MPEG4/MPEG2/AVS 格式的視頻碼流進行解碼。

3、VPSS 模塊接收 VI 和解碼模塊發送過來的圖像，可對圖像進行去噪、圖像增強、銳化等處理，并實現同源輸出多路不同分辨率的圖像數據用于編碼、預覽或抓拍。

編碼模塊接收 VI 捕獲并經 VPSS 處理后輸出的圖像數據，可疊加用戶通過 Region模塊設置的 OSD 圖像，然后按不同協議進行編碼并輸出相應碼流。

4、VDA 模塊接收 VI 的輸出圖像，并進行移動偵測和遮擋偵測，最后輸出偵測分析結果。

5、VO 模塊接收 VPSS 處理后的輸出圖像，可進行播放控制等處理，最后按用戶配置的輸出協議輸出給外圍視頻設備。

6、AI 模塊捕獲音頻數據，然后 AENC 模塊支持按多種音頻協議對其進行編碼，最后輸出音頻碼流。

用戶從網絡或外圍存儲設備獲取的音頻碼流可直接送給ADEC 模塊， ADEC 支持解碼多種不同的音頻格式碼流，解碼后數據送給 AO 模塊即可播放聲音。

四、結論

基于電力線載波的視頻監控系統利用電力線做為傳輸介質，短距離進行視頻 數據的傳輸，利用廣泛存在的電力線網實現視頻監控。在經濟效應上達到了節約布線成本、人力施工成本等等，在實現效果上，解決了家庭監控系統有線方式布線難、無線方式信號差的問題。。實驗表明該方案可行，能夠應用于停車場、工廠、倉庫、家庭、銀行等領域，具有廣泛的市場應用前景。

參 考 文 獻

[1]童方圓，于強.基于Android的實時視頻流傳輸系統[J].計算機工程與設計，2012；

[2]付 聰，王志良. Linux 嵌入式視頻直播監控系統[J]. 微計算機信息，2008；

[3]黃俊偉，巴義.基于V4L2移動視頻監控系統的研究與設計[J].電視技術，2012；

[4]祝世平，張玲.基于分形和H.264的視頻編碼系統[J].光學精密工程，2013；

[5] 美國 Intellon 公司. Intellon 技術資料光盤[CD]. 美國 Intel-lon 公司，2004.