遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉春輝

河北省崗南水庫管理局

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信以及數(shù)字信息處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與嵌入式技術(shù)完美結(jié)合下的催生產(chǎn)物，它是現(xiàn)代高科技信息產(chǎn)業(yè)的結(jié)晶。基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)把視頻圖像的處理和Web功能都集成到一個(gè)體積很小的設(shè)備之內(nèi)，通過接入Internet網(wǎng)絡(luò)，利用Web瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的視頻圖像進(jìn)行查看，這樣也就省掉了對(duì)傳統(tǒng)的有線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備鋪設(shè)很多復(fù)雜的電纜這個(gè)煩瑣過程，而且系統(tǒng)的安裝非常方便，因而使得基于遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲得人們的一致肯定和廣泛應(yīng)用[1]。

1 系統(tǒng)工作原理

遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由采集、傳輸、監(jiān)控三個(gè)模塊構(gòu)成，其中采集模塊主要是利用IP攝像機(jī)或IP視頻服務(wù)器加模擬攝像機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后將采集到的視頻數(shù)據(jù)信息進(jìn)行壓縮編碼后，通過無線網(wǎng)絡(luò)將編碼后視頻數(shù)據(jù)信息傳輸給無線網(wǎng)絡(luò)中心（局域網(wǎng)服務(wù)器），最后通過傳輸模塊傳輸給監(jiān)控中心（云端服務(wù)器），監(jiān)控中心的視頻經(jīng)過處理后可通過終端立刻觀看。其中，監(jiān)控模塊主要采用的是服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器接收到視頻數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，再由客戶進(jìn)入監(jiān)控中心服務(wù)器后進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控[2-3]。

2 遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控平臺(tái)是一個(gè)開放性的系統(tǒng)，多業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊并行運(yùn)行，同時(shí)還要保證各模塊信息共享，數(shù)據(jù)一致。因此，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控平臺(tái)是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，采用了在J2EE三層體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上構(gòu)建的面向業(yè)務(wù)的4層體系結(jié)構(gòu)[4]，分為應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層、中間服務(wù)層和現(xiàn)場設(shè)備接入層。第一層為應(yīng)用層，是面向于用戶實(shí)際操作的客戶端，是通過對(duì)安全管理具體業(yè)務(wù)的歸納、抽象，生成各種應(yīng)用模塊，通過模塊組織，支持不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用。第二層為業(yè)務(wù)層，呈現(xiàn)給用戶專業(yè)化、個(gè)性化的具體業(yè)務(wù)流程和工具，是智能化的最終體現(xiàn)，是業(yè)務(wù)智能的最終表現(xiàn)形式。第三層為中間服務(wù)層，是軟件平臺(tái)系統(tǒng)的核心，采用高性能的應(yīng)用服務(wù)器中間件、各種智能引擎和系統(tǒng)管理工具，為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)服務(wù)、管理策略和方法工具，同時(shí)按照所提供的服務(wù)來管理、組織和調(diào)度設(shè)備和信息資源。第四層為現(xiàn)場設(shè)備接入層，實(shí)現(xiàn)了安防設(shè)備和音視頻、圖片和文本等信息的歸納抽象，通過平臺(tái)統(tǒng)一管理，使用戶無需關(guān)心所使用設(shè)備和信息資源的具體位置和形態(tài)，便于設(shè)備信息資源的組織和調(diào)度，更好地為業(yè)務(wù)服務(wù)。如DVR、DVS、IPCamera、高清攝像機(jī)、第三方系統(tǒng)等。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

（1）視頻采集與壓縮處理。在遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件中系統(tǒng)前端的攝像機(jī)采集模塊收集輸入模擬視頻信號(hào)，再由壓縮模塊對(duì)視頻進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換后進(jìn)行壓縮處理，并通過視頻的形式儲(chǔ)存。在視頻圖像格式選擇時(shí)，需要考慮使用高效率、低帶寬需求的IP視頻圖像編碼格式，目前業(yè)界常用的格式有M-JEPG和MPEG4。此模塊完全采用了硬件技術(shù)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行編碼處理，處理后的視頻以及壓縮碼流直接由板卡傳輸至顯卡，不用通過主機(jī)接入，極大地減少了主機(jī)資源的浪費(fèi)。

（2）圖像數(shù)據(jù)無線傳輸。系統(tǒng)傳輸模塊承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔茫到y(tǒng)采用無線傳輸模塊，并直接提供IP網(wǎng)絡(luò)接口，通過WLAN無線橋接器提供無線局域網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換，擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。采用支持以太網(wǎng)接口到802.11b/g無線局域網(wǎng)接口及外接天線接口，以滿足不同安裝條件下，外接擴(kuò)展天線的需求。在傳輸?shù)倪^程中通過PC端與以太網(wǎng)進(jìn)行連接，工控機(jī)以此將接收到的視頻進(jìn)行壓縮編碼處理，再利用互聯(lián)網(wǎng)輸送到服務(wù)器，具有較強(qiáng)的時(shí)效性。

（3）攝像機(jī)云臺(tái)控制。遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)云臺(tái)控制的接口通常使用的是RS485通信，但是由于系統(tǒng)的主控制器只有RS232這一個(gè)串口，因此需要在RS232串口與RS485接口之間設(shè)置一個(gè)新的轉(zhuǎn)換接口，從而使得攝像機(jī)云臺(tái)控制與攝像機(jī)間的通信實(shí)現(xiàn)異步半雙工串行通訊，從而提高通信的質(zhì)量和效率。

（4）太陽能光電系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由太陽能控制器、組件、蓄電池以及電源轉(zhuǎn)化組成，通過太陽能組件將太陽輻射中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能，然后通過蓄電池將電能儲(chǔ)存在其中，從而推動(dòng)遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，而太陽能控制器主要是保護(hù)蓄電池。

3 遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1Telnet技術(shù)

Telnet是利用Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式，Telnet協(xié)議屬于TCP/IP協(xié)議族中的重要一員。通過Telnet技術(shù)，遠(yuǎn)程用戶實(shí)現(xiàn)了在本地計(jì)算機(jī)對(duì)嵌入式遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程登錄和遠(yuǎn)程控制。用戶在本地計(jì)算機(jī)上輸入操作命令，然后這些操作命令將會(huì)在嵌入式系統(tǒng)上執(zhí)行，就如同遠(yuǎn)程用戶在現(xiàn)場嵌入式系統(tǒng)的控制臺(tái)上直接進(jìn)行操控一樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能。

3.2 系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)試

在測(cè)試系統(tǒng)方面，系統(tǒng)調(diào)試能夠發(fā)揮很高的積極作用。為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，還要重點(diǎn)調(diào)試驗(yàn)證網(wǎng)關(guān)與客戶端的連接狀況。可以通過網(wǎng)關(guān)軟件進(jìn)行微博平臺(tái)登錄，在登陸后，根據(jù)客戶的不同需要，設(shè)置不同的權(quán)限。為了驗(yàn)證系統(tǒng)功能的有效性，可在調(diào)試時(shí)對(duì)用戶的權(quán)限進(jìn)行修改。

4 結(jié)語

本文中安遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控平臺(tái)已在水利行業(yè)得到推廣和應(yīng)用，尤其在水資源保護(hù)、水利工程安保及防汛搶險(xiǎn)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，為水利管理工作提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警信息，幫助管理人員及時(shí)掌握了解水利工程及防汛工作的現(xiàn)場實(shí)時(shí)視頻信息，達(dá)到“事前預(yù)防”“事中控制”“事后處理”，實(shí)現(xiàn)水利管理工作網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化，為水利管理現(xiàn)代化提供輔助決策和技術(shù)支撐[5]。