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视频监控系统是依据轨道交通工程管控技术标准和安全风险管理体系而研制的专业信息化管理平台，综合了轨道交通工程参建各方所提供的数据和资料，利用物联网和云计算等现代高新技术，对工程进度、安全风险进行综合监控，向建设工程的决策层、管理层和实施层提供实时的安全信息，便于各方第一时间了解工程建设的各方面情况，及时而准确地应对安全隐患和突发事件。
2视频监控系统的各子系统功能运用分析
2.1地质地理信息监控
子系统地理信息管理系统是实现地理、地质和施工情况的收集、传送、分配、分析、决策和发放的集成化平台。如下所示:(1)空间数据管理功能。采用人工采集、设计文件格式转换和扫描矢量化等多种输入方式将工程范围内的地形图、设计图、影像图和施工工况等图形数据输进数据库内，其对数据的增加、删除、修改和查询等基本功能，亦可对数据进行准确合理的筛选检查。(2)综合查询功能。基于不同需求，使用地理图显去观看和查询资料两个子模块的功能，根据建筑面积，测量的点编号、项目编号、查询等各种组合条件查询，根据用户的查询结果显示出各种图表和文件输出的地质和地理信息系统。(3)统计分析功能。其主要功能是对施工现场的监测和检查数据，地质和水文数据的统计分析。(4)专题图制作功能。主要包括地质图、工程进度横道图、监测测点布置图、某时刻监测数据统计图等制作。(5)图形输出功能。可以提供专门地图、图表、数据报告在绘图仪文件、打印机输出硬拷贝，同时该系统还可以提供图形输出功能，例如:丰富的等值线图、配置文件、平面图形、图形、三维图。
2.2基础数据处理
子系统基础数据处理子系统的主要功能是提供增加、删除、修改和查询线路和参照过往的案例，点和点的风险事件、风险度量、风险段、支配风险和测量点相关的行径，包括项目管理运作、风险管理、项目风险事件的管理、单元测试管理、参考案例的支配和点的管理选项，属于后台操作模块，此模块中的管理设有权限。
2.3安全风险源视频监控
子系统实时监测的顺轨道项目而异，每个站点周边环境周围现场的照片，来源的风险分类、监测、检验对周围的环境，监测系统的实时监控和动态管理的项目，对周围环境的环境风险源的有效地避免或减少工程施工安全风险。
3视频监控系统运营和监视设备功能
3.1视频监控系统运营
进一步执行网络监测、结合一起处理、有权限者可使用任何一台电脑通过登陆互联网来远程监控、管理、视频播放搜索等手段对施工现场进行监测。还可用于介质管理服务、应用程序服务或使用者、授权管理、网络监控服务、数据的基本服务，前端设备控制服务;应该控制转录的功能而因此数字视频频率存储视频设备、摄相机每25帧/s，实时视频距离未间断块的24小时访问权力，摄像机基本记录的数据范围内这样继续存储为45天周期，一段短的相机监控系统监督记录继续存储15天后再循环，其记录图像达到D1格式以使循环功能视频分辨率较高值。
3.2视频监控设备功
能继续收集的实时视频图像监控点，视频监控系统是通过高速数据网络传输送，以方便用户实时查询。设置集成球类型电视录象上站基式对面角度监测建筑，针对每一个建设工地的施工区统一安放外球类型摄像装置，对该地区进行的实时的图像监控，这个工地地区图形和这地方仓库物料上进行继续记录7天，视频存储使用MPEG4或H．264形式进行存档(效果不是低于D1形式的)。每个电视录象控制由警卫室监控处理设备正常进行实时的操制，但接收的网络传输的各种导频信号来控制云台和电视录象的画面大小。控制台部署在一个平台液晶显示器采用为19英寸的。
3.3视频监控系统的设计
视频监控系统=现场监控设备+网络传输设备+指挥部监控中心设备+客户端+后台运营平台(摄像机、监视器、编码存储设备、网络传输设备、视频监控后台管理平台设备、电视墙等)如:宁波市轨道交通建设视频监控系统整体例如形成一张信息网。
中图分类号：U491 文献标识码：A
一、 数字非压缩传输方式 图像质量清晰，在传输过程中没有失真，多路图像可以复用一芯光纤传输，一定程度上节约了光纤资源，提高资源利用率，节约建设费用，在一定程度上可以满足了高速公路监控系统的需求。但是本质上还是要用到矩阵等设备，图像容量有限，单点同时多路上传方面技术还不完善，各厂家没有统一的通信标准，设备不能很好兼容互通，造成使用的局限性，不利于系统扩容升级和资源共享。
二、网络数字化编码视频传输技术
网络数字化编码视频传输技术是高速公路图像视频传输系统的新阶段，是目前比较先进的图像传输方式。高速公路管理体制对图像传输的要求是现场图像传到收费站，再到路段分中心，到省级监控管理中心。
目前高速公路运营管理需要满足以下条件：（1）及时快速的处理突发事件。通过对现场图像的分析提出解决方案和行动部署。（2）为公众提供图像信息，出行交通道路状况参考，使人们在出行时能及时了解交通情况，避免通过交通拥堵路段，方便实施出行计划，使出行变得顺利通畅。因此，要求高速公路通信网络和视频图像传输网络能够很好地结合，使图像传输实现网路一体化，在全网内都可以调阅查看视频图像，而网络数字化编码视频传输技术正好能够使该需求得以实现。 网络数字化编码视频传输技术优点：（1）简化了系统结构，并且兼有视频矩阵、图像分割器、录像机等设备的多项功能，可通过管理软件对视频进行网络化操作，在媒体服务器实现视频图像面向公众服务，通过网管协议实现对全网及设备的管理，大大提高了网管功能和效率。（2）由于采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控可实现远距离控制。（3） H.264编码压缩技术具有高标准、高质量特点，其能够以更低的数字码流实现更高质量的视频图像，支持高分辨率格式，可在普通电脑上或是监视器中进行观看，效果不亚于DVD的画面效果，也可以同时为交通事件检测设备提供视频图像进行事件的检测，CIF格式可用于视频存储，还采用了大容量的磁盘存盘器和光盘存储器，使得存储空间得以节约，节省了很多磁带介质，对实现系统的信息查询非常有利，带宽适应性较强，能有效减少通信系统带宽的占用，更好的适用网络传输。
虽然数字网络编码图像传输方式有着以上的特性，但在实际应用中，也暴露一些问题，需要下一步继续解决，如：（1）系统进行24小时连续工作，其性能不稳定，硬盘上同时存储着系统文件、应用软件和图像文件，在视频处理时需要输入大量高密度数据，硬盘同时要进行多项工作，因此普通的硬盘已经不能适应高强度工作，致使系统很容易出现不稳定，进而发生死机问题，容易造成通信系统瘫痪。（2）各厂家视频图像编码方式和算法有所不同，编码后图像不能实现共享或互编互解，需要统一。
当采用理化检验技术对食品质量进行检测时，要遵循随机原则对需要检测的食品进行抽样，最好是从具有代表性的各个食品中进行取样。在取样过程中，要确保取样工具的清洁，避免引入有害物质[2]。在抽样过程中，要确保样品保持原有的微生物状态和及其理化指标，同时要使抽样的数量满足检验需求。在样品备制过程中，需要保证样品均匀。对于液体样品，在检测之前，需要充分摇晃，例如酱油、醋等食品，使液体达到均匀状态。而检测可溶性无盐固形物体时，应该震摇，便于接下来的过滤工作。在备制固体样品时，例如挂面、大米等，则需要粉碎和混匀后取样。
1.2控制实验试剂
化学试剂的质量直接影响食品安全检测实验中的化学结果，因此需要对试剂的存放与保存有足够重视。在食品理化检验实验室中，有些化学试剂溶液有“保质期”要求，例如，金属元素的标准溶液的存放时间是一年；标准的滴定溶液需要两个月进行一次标定；而对于淀粉和碘化钾等溶液则需要在使用时当场调配。还有些溶液有特殊的储存要求，比如在测定食品中亚硝酸盐时使用的萘胺盐酸盐溶液，就需要在低温环境下存放，而且当这种显色剂的颜色变深时则不能继续使用，需要重新进行配制[3]。另外，对于那些容易发生氧化反应的溶液，则需要定期对其进行检查，并要根据实际需要合理配制。例如，在测定纯净水中高锰酸钾耗氧量时，需用到草酸钠标准溶液和高锰酸钾标准溶液，但这两种溶液存放时间过长，就会发生氧化反应，其浓度也会发生改变，当样品中加入是适量的草酸钠标准溶液之后，不会出现正常的化学现象，从而影响了检测实验的顺利进行。再如，对当检测食品中的SO2进行检测时，则应该尽量避免碘标准滴定溶液接触到空气，否则试验的差异就会超出标准规定的限制要求。
1.3控制分析方法
在食品理化检验实验中，要根据实验的目的与要求科学选择分析方法。无论使用何种方法，都必须使用国家统一规定的方法。在常规的食品质量控制检验时，对样品实验结果进行分析时，需要采用空白试验、平行样品测定以及加标回收率的测定方法来对检测质量来进行控制[4]。
1.3.1空白试验测定
空白试验的主要目的是分析出食品样品中被测物质外的各种因素的影响，并将这种影响进行排除，从而保证检验结果的准确与可靠性。通常空白试验可以用水来替代被测溶液进行测定。
1.3.2平行样品测定
在食品测定过程中，为了防止随机误差性过大，需要增加对同一个样品进行测定的次数，从而使平行样品的测定结果，出现的偏差应能够保持在最大允许值范围之内。2.3.3加标回收率测定这种方法是需要向样品中放入一定数量的标准物质，这样可以与样品测定形成对照，进而可以观察到新加入的需要检测物品的回收率。通常情况下，加标回收率应控制在95%～105%。
1.4实验环境控制
在进行理化实验时，需要对实验室进行合理布局，要最大程度的避免不一样的食品测试项目出现交叉污染、进而相互干扰。不同类型的检验设备应该按照检验分析的要求，放置在不同的检验场所或者合适的环境中，同时食品检测实验室内及其周围环境要时刻保持整洁，而且实验室内的空气洁净度、温度、湿度等相关要素都应该符合相应检验与分析的要求，从而为食品理化检测实验的顺利进行创造出安全的环境。
1.5检验分析后的控制
当食品样品检测完成之后，需要对检查分析数据进行检查，判断其记录是否准确，查看计算结果是否保持在误差允许范围内，分析计算结果有效数据的处理程序是否符合相关规则，检验报告是否准确出具和签名等，确保食品安全检测的结果有效。
一、引言
随着网络通信技术的发展，自动化控制系统的要求也越来越高，从过去的集散式自动化控制发展到分布式自动化控制，再发展到目前流行的现场总线自动化控制，以及逐步成为趋势的工业以太网自动化控制，目前基于网络实现的远程无人值守自动化控制逐步得到了广泛的关注、研究和应用。由于网络带宽的扩充，使得基于网络的远程无人值守成为了可能，但是这也对监控平台提出了更高的要求，除了传统的依靠传感器监测机电设备的生产状态、工作状态之外，还必须要对整个环境实施全方位的监控，因而视频监控也要实现基于网络化的远程控制。
过去传统的视频监控都是就近接线实现就近监控，随着数字化管控、一体化管控概念的提出，远程视频监控也逐渐成为了当前安全监控、自动化监控的必然需求，因此，如何基于以太网构建远程视频监控系统，是当前远程监控系统必须要解决的技术问题之一。本论文主要结合工业以太网的实际功能，对基于网络的视频监控平台展开系统的分析设计与研究，以期能够从中找到面向网络的远程视频监控系统的设计应用方法，并以此和广大同行分享。
二、基于网络的视频监控平台的总体分析
2.1设计原则
基于网络实现的远程视频监控平台，在设计时除了要满足其基本的视频监控功能外，还必须结合实际的应用需求进行设计，确保功能满足的同时实现最佳的经济效益，为此，需要确立以下几个设计原则：（1）先进性。基于网络的视频监控系统必须要足够先进，要能够满足当前网络系统、视频监控设备的接口类型，整体采用性能优良的监控装备，确保整个系统在相当一段时间内能够保持领先的水平。（2）可靠性。从系统设计、部件选型、系统装配、软硬件配置等各个角度入手，都要确保系统的高可靠性，在任何恶劣环境以及网络资源有限的情况下，监控系统都能够稳定可靠工作。（3）方便性。整个监控管理界面应当具有良好的人机交互性，即使不具备计算机操作知识的人员依然能够方便的实现远程视频监控和相关数据记录的查阅、调取和管理，同时从系统的后期维护保养的角度来说，也要方便整个系统的维护和维修。（4）扩展性。系统除了要满足当前的监控功能外，还必须设计一定的功能冗余，一方面要能够实现将来新监控设备的补充，以实现新的监控功能；另一方面还要设计适当的扩容接口，以满足系统日后的升级，包括更换更新的设备、网络扩容以及增加其他必要的控制模块等。
2.2功能需求分析
（1）图像视频监控功能。基于网络的远程视频监控平台，首要功能自然是图像视频监控功能，该平台系统应当能够提供24小时不间断的视频监控功能，同时自动存储图像视频资料，以供后期查阅和调用管理。（2）数据管理功能。对于存储的图像视频数据，应当按照时间节点自动存储管理，通过所设计的数据库管理软件能够对庞大的视频图像数据方便的进行直接管理，按照用户的管理需求进行数据管理。（3）用户安全管理功能。由于视频监控系统实现了网络化和远程化，因此系统的网络安全性必须要着重设计，确保整个网络系统的安全，对于用户登录的权限，也必须加强管理，确保实现不同权限等级的用户拥有不同的数据管理功能。
三、基于网络的视频监控平台的实现
3.1系统网络结构设计
（1）网络介质的选择。现在网络铺设的介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。目前双绞线应用的已经比较少了，同轴电缆在远距离传输方面并没有突出的优势，而光纤目前是主流的网络传输介质，一方面因为光纤传输速率快，失真少，更重要的是光纤传输尤其适合应用于远程监控，况且视频图像监控所形成的视频数据都是大流量数据，极易造成网络的拥塞，而采用光纤作为传输介质，极大的避免了网络拥塞的发生。（2）网络拓扑结构的选择。网络拓扑结构一般有星型结构、树型结构、网状结构、环型结构以及总线型结构等。各种类型的网络物理拓扑结构的性能对比见下表1。从表1可见，环型网络拓扑结构适宜应用于远程视频监控系统，而且环形网络由于具有链路冗余功能，因此能够确保远程视频监控系统的稳定可靠运行。
3.2系统层次分析
基于网络的远程视频监控平台系统，从前端摄像头到后台控制中心，其网络架构层次设计如下：（1）网络摄像头层。作为远程视频监控平台的最前端，采用网络摄像头的最大好处是避免了因接口转换而带来的成本上升的问题，直接采用RJ45接口将摄像头拍摄到的视频图像画面以通用的TCP/IP网络传输协议进行传输，简化了网络层次和结构。（2）网络传输层。采用光纤构建的千兆工业以太网是整个远程视频监控平台系统的关键部分，承担着视频图像数据的网络传输。在网络传输层，网络传输平台通过环形拓扑实现控制网络冗余连接，即控制网上任何一点的单一链路连接意外断开，系统都能通过环网的反方向提供后备链路，保证系统可用性的同时兼顾经济性，环网主干链路全部采用单模光纤，保证故障切换时间均
3.3系统软件配置
（1）终端显示层程序。作为远程视频监控平台系统的终端，其显示程序采用了人机交互性友好的组态软件进行开发，能够借助于三维图形逼真的还原监控现场的场景；另一方面，该显示程序除了要能够实现不同视频摄像头监测画面之间的切换，还必须要能够对画面进行存储管理。下面重点分析视频采集程序的实现。（2）视频采集软件子程序。视频采集模块主要是通过相关函数接收来自摄像头传输过来的视频信息。在程序设计中调用ReadStreamData（HANDLE hChannelHandle，void* DataBuf， DWORD*Length，int* FrameType）函数来读取参数hChannelHandle对应的视频通道的音视频数据流，并按照参数Length指定的缓冲区大小，将数据流读取到数组DataBuf中，同时返回当前读取的数据流的帧长度。这样系统就可以对数组中的数据流信息进行后续的处理，如本地音视频的预览等。
四、结语
由于图形视频监控具有直观、醒目的特点，因此在现代化的自动化控制系统中逐渐凸显出特殊的监控作用，对于确保整个生产环境的安全具有至关重要的作用。基于工业以太网实现的远程视频监控平台，是将远程测控技术和计算机网络通信结合的又一个典型应用，本论文重点针对远程视频监控平台的结构与实现，给出系统的设计和实现方案，对于其他技术领域内应用远程视频监控技术提供了很好的范本，是值得推广应用的。
参考文献
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1. 引言
城市交通视频监控模型是行车组织和客运组织重要的辅助设备，是保证运输安全、应对紧急事态的重要解决手段。目前主要采用两种组网监控系统，即模拟视频监控和数字视频监控。前者技术发展已经非常成熟，并且在工程中也得到了广泛的应用，但由于该视频监控系统中信息流是模拟的视频信号，系统的网络结构采用单功能、单向、集总方式的信息采集网络，介质专用，具有一定的局限性，要满足更高的要求，须采用数字视频监控系统。
与模拟视频监控相比，数字视频监控更加便于计算机进行视频信息的压缩、储存、分析和显示。通过各种视频和图像的算法分析，实现自动接警处理，达到无人值守；同时，借助网络平台实现远距离监控，即使是数千公里外也能达到亲临现场的效果，并且能够更加快速的了解现场情况。论文参考。
利用先进的软件系统在几分钟内便可完成传统视频监控中大量的数据分析，获得更为逼真、清晰的数字化图像，提高监控效率。达到非常实用的监控管理和远程维护。
2. 系统构成及功能
城市交通视频监控模型采用纯IP部署，配合网络摄像机、编码器及存储设备，实现了网络摄像机与编码器直接写存储功能，且网络摄像机与编码器对中心存储具备冗余备份功能，在实现网络视频接入、浏览、录像、回放、管理和转发等功能的同时，还能对系统进行二次应用开发，与其它图像信息系统整合，提供颇具特色的增值业务，如车牌识别、人脸识别和人数统计等。
系统应用级采用基于GIS（Gographic Information Systems）可视化展现，并且利用空间分析与空间定位，借助高清卡口的监控信息，进行车辆路线分析，实现各种肇事车辆行驶路线的自动绘制。
在部署、应用、管理及安全等各方面都提供了全新的、创新的解决方案，拥有前所未有的网络化优势。其中，主干网设计采用FDDI，保障了网络传输的可靠性和传输效率。论文参考。
整个交通行业视频监控模型主要包括四部分：视频存储管理、监控中心、传输网络以及前端系统。系统部署视图如图1所示：
图1 交通行业视频监控模型系统部署视图
系统总体架构如下图2所示：
图2 交通行业视频监控模型总体架构
视频存储管理平台主要实现平台管理、智能存储管理和客户端管理等。监控中心主要完成用户管理、设备管理、系统管理、安全管理、增值业务管理和认证管理，从而实现对监控平台中的各个站点和用户的管理及用户权限的分配。
监控中心通过接入认证请求，实现对前端视频图像的实时监控，对前端云台的实时控制，以便快速响应异常情况。同时，支持对存储的历史图像调用和查看等功能。由大屏幕显示系统、软/硬件解码器、主控台及监控管理软件组成，供专业用户使用。用户在得到授权的情况下，可以通过前端系统完成各种系统功能的访问。
传输网络提供了可以通过任意支持TCP/IP的承载网络（城域网、局域网以及各类接入网络）进行视频业务的传输。在行业市场，用户更关注的是以太网、PON网络、无线网络以及ATM网络。
前端系统主要包括视频编码器、摄像机及报警探头等设备。其中，编码器用于实现音视频信号编码、传输以及辅助设备的控制。目前交通行业视频监控系统能兼容国内主流厂商的DVR、DVS和网络摄像机产品，同时可以提供SDK支持二次开发，接入更多的前端厂家的设备。
3. 模型领域分析
自2000年的中国第一台DVR（Digital Video Recorder）数字硬盘录像机设备问世并进入安防领域以来，截至2009年已经占据了视频监控领域接近65％的市场份额，其实现的主要功能是视频和音频信号采集以及本地数字化存储，但由于其自身架构设计的原因，始终无法解决网络远程监控的长延时、无法多路同时监控、无法实现前端存储、集中监控和建设维护成本高等问题。
随着网络化、数字化的发展，NVR（Network Video Recorder）技术频繁被国内外厂商提及，在国外已经将此技术应用到某些高端安防领域了。交通行业视频监控解决方案中的智能存储管理设计基于NVR技术，提供视频图像存储、回放、检索和视频图像的转发功能。前端编码器或者网络摄像机通过与智能存储设备之间确定的协议，直接将前端的视频图像写入智能存储设备，而不需要再单独提供存储服务器。对于接收到的视频图像，可以回放给客户端进行查看和调用。同时，与前端编码器或网络摄像机形成冗余备份保护方案，当编码器与智能存储设备间的网络中断后，编码器或网络摄像机启动本地存储；当网络恢复通信后，智能存储设备会自动将编码器或网络摄像机存储在本地的录像数据取到智能存储设备上进行集中保存。通过智能存储管理设备转发时，访问方只要访问智能存储管理单元并告知要访问的前端设备，智能存储管理设备可代为取到视频流并转发给该访问方；通过智能存储管理设备分发时，一路视频通过存储设备可以被复制成多路送达不同的访问方。
4. 模型特点
交通行业视频监控模型的特点如下：
Ø先进的网络部署以及网络的智能保护：采用前端系统直接将视频信息写入存储单元，当网络传输出现问题时，前端设备的本地存储启动；当网络恢复后，系统会自动将前端设备存储的录像数据取到存储设备上进行集中保存。同时主干网设计采用FDDI，提高主干网的可靠性和安全性；
Ø弹性组网更灵活：可实现分布式部署集中式管理，也可以通过系统设置实现分级部署和分级管理；
Ø开发兼容性更强：采用开放式的协议兼容国内主流厂商的前端设备；开放性结构设计，提供有丰富的API和SDK包，便于第三方程序的集成；
Ø高度智能效率更高：通过对存储的视频信息智能分析，提供多种检索方式，快速准确进行图像定位和调用；
Ø可视化监控标绘提供直观分析：可以根据监控网络在GIS上可视化的展现监控地点和监控图像，并且对肇事车辆进行路线的自动绘制，便于更加直观的分析其行驶路线；
Ø交通行业视频监控系统为行业提供了一套标准的、开放的、智能的网络视频监控解决方案。
5. 结束语
随着网络通信和微电子技术的快速发展，视频监控以其直观、方便和内容丰富等特点，日益受到人们的青睐。论文参考。基于空间地理信息系统的可视化展现，在矢量地图和影像地图的双重结合下可视化视频节点展现使得该项应用逐渐成为城市交通视频监控系统的发展趋势，市场应用将会逐渐扩大，应用前景非常可观。
参考文献：
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[4] 石大立.分布式数字视频监控系统的设计和实现 微电子学与计算机
[5] 王永庆,华竹轩.基于网络的分布式数字视频监控系统的设计与实现广东自动化与信息工程
目前，国内外对基于嵌入式网络视频监控系统的研究，一般集中于嵌入式视频监控系统的设计、嵌入式操作系统的研究、视频图像的网络传输以及视频图像处理等几个方面。
在嵌入式视频监控系统设计方面一般是考虑系统的整体结构和功能，例如小型网络摄像机，系统由图像传感器、嵌入式处理器、图像处理器、网络接口组成，通过压缩优化算法和背景差分算法可以使摄像机实现实时的图像压缩、传输，并能跟踪目标，该系统的主要特点是实时性的提高[1];在嵌入式操作系统方面，一般集中于嵌入式操作系统在视频监控系统中的应用研究。随着压缩编码技术、计算机网络技术和嵌入式系统的发展，以嵌入式视频服务器为核心的视频监控系统开始在市场上崭露头角，该系统不需要处理模拟视频信号的PC，而是把摄像机输出的模拟视频信号通过内置的嵌入式视频编码器直接转换成数字信号，通过计算机网络传输出去，嵌入式视频服务器具备视频编码处理、网络通信、自动控制等强大功能，直接支持网络视频传输和网络管理，使得监控范围达到前所未有的广度[2]。
嵌入式系统设计
嵌入式视频监控系统是一款前端采集并通过网络传输至后台从而实现视频监控功能的嵌入式视频系统，前端采集采用当前流行的嵌入式开发平台实现，后台宿主机为普通PC机，通过宿主机上客户端软件来浏览前端采集的图像数据[3]。
本系统硬件系统设计方法是前端采用S3C2440，由CMoS和DSP集成一体的摄像头通过USB控制器接入至S3C2440，S3C2440在外围电路配合下共同完成前端采集工作，然后通过以太网与宿主机相连最终以实现视频监控功能。摄像头与PC机只要分别通过.USB线与以太网直接与开发平台相应的接口连接即可。所以本系统硬件设计将主要围绕嵌入式处理器与外围电路而进行设计。
本系统对操作系统的要求是需要有网络的支持，并且有良好的实时性，嵌入式Linux符合本系统的这些需求，并且嵌入式Linux是免费的，遍布全球的众多Linux爱好者又能给予Linux开发者强大的技术支持，综合考虑，本系统将采用嵌入式Linux操作系统来进行开发[4]。
经过对本系统的应用背景和具体要求，对硬件和软件的选择进行了周全的考虑，最终制定出一套前端嵌入式采集并基于TCP协议发送至后台显示的网络应用监控系统[5]。
功能实现
本系统采用基于ARM920T的S3C2440。补可以使用常用的ARM交叉编译器。要成功构建完整的交叉编译环境，需要在宿主机上创建一系列的工具，包括C/C++编译器，汇编器，链接器，嵌入式系统的标准C库和GDB代码级调试器。成功建立好开发环境后便可以运用这些工具进行嵌入式系统开发了[6]。
BootLoader采用由友善之臂提供的supervivi,ivi 的源代码包vivi.tgz 位于光盘的/OpenSourceBootloader 目录，把vivi.tgz 复制到某一个目录，进入该目录，运行以下命令：
#tar xvzf vivi.tgz –C /opt/FriendlyARM/mini2440
执行该命令将把vivi 源代码解压到/opt/FriendlyARM/mini2440 目录，进入vivi 源代码目录，执行：
#cd /opt/FriendlyARM/mini2440/vivi
#make clean
#make menuconfig
采用的Linux内核版本为Linux-2.6.13进入内核源代码目录，然后执行“make menuconfig”输入以下命令，开始编译内核：
#make zImage
编译结束后，会在 arch/arm/boot 目录下生成linux 内核映象文件：zImage
制作 yaffs 文件系统映象需要使用mkyaffsimage 工具程序统映象的制作。
(1)把mkyaffsimage.tgz 文件拷贝到某一个目录，进入该目录，然后执行以下命令：
#tar xvzf mkyaffsimage.tgz -C /usr/sbin
这将把制作工具 mkyaffsimage 安装到系统的可执行路径/usr/sbin
(2) 拷贝光盘中的root_default.tgz 到某一个目录，进入该目录，然后执行以下解压命令：
#tar xvzf root_default.tgz -C /opt/FriendlyARM/mini2440该命令将把root_default 文件系统目录解压到/opt/FriendlyARM/mini2440 目录[7]。
USB摄像头的驱动应当与内核提供的视频驱动挂钩。即首先在驱动中声明一个vidco_device结构，并为其指定文件操作函数指针数组FOPS，向系统注册。在应用程序发出文件操作的相关命令时，核心根据这些指针调用相应函数，并将该结构作为参数传递给它们。这样，就完成了驱动和核心之间的通信[8]。
将配制完成的系统移植入硬件平台中，测试的结果如下图所示：
结语
基于嵌入式技术的网络视频监控是当前一门十分活跃的技术，它包括了嵌入式技术、网络技术、信息技术等多种前沿学科。目前有多种的应用方案，没有形成统一的技术标准，因此对于其中关键技术，如网络视频监控系统的设计、嵌入式操作系统在系统中的应用、视频图像的压缩传输等都是当前迫切需要研究的。
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中图分类号：TU855
智能家居的定义为家庭住宅作为一个单独的平台，依托网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术等一系列现代化技术，建设完成一种能够远程管理家庭事务的一种管理系统。该系统提高了家居的安全性、舒适性以及艺术性等特征。为人民提供了更加环保舒适的家居环境。通俗的说也可以称之为智能住宅，它的产生主要原因在于人们对居住环境有了更高的要求，同时也是当前信息化时代的必然趋势。本系统设计中的控制主要采用嵌入式进行完成，所谓的嵌入式系统主要是指把相关应用软件以及操作系统同计算机硬件设备联系起来的系统。近年来嵌入式系统不断发展，再不久的将来必会成为计算机和互联网之后另外一个十分伟大的发明。根据当前情况下的我国具体国情，本论文提出了一种新型的基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系统，并详细的介绍了其总体结构框架、设计思想和实现步骤，并分析了该系统的具体特点。
1 功能需求
根据当前我国的国情，在进行该系统的设计过程中应当遵守以下原则设计：使系统具有较高可靠性和稳定性，同时要是系统中的各项功能具有高效率的特点、使系统的低成本更低，操作更加方便简单。更加以上设计原则，进行设计的智能家居系统的业务功能一般包含有：第一，住宅内部的视频监控，用户能够自己定义住宅内部的监控设备，并对相关参数进行设置，远程打开监控设备，关闭监控设备，选择查看某个监控设备监控信息等；第二，社区管理，实现对社区的管理，包含有社区内部居民管理、居民住宅管理、水电费以及物业费的收费管理以及安全防护管理等；第三，社区信息，实现向社区信息的功能，例如社区新闻、公告或者通知等；第四，社区服务，主要实现在网上向社区提供服务的申请的功能，比如说家政服务、住宅托管服务等。
2 系统实现
2.1 系统整体框架
智能家居系统中一个主要的组成部分就是智能家居系统的安全防护功能，而利用视频监控的来进行安全防护是一个较为有效的方法。该系统的视频监控利用先进的计算机网络技术、网络通信和其他智能家居相关的子系统相互联系进行管理，来提高智能家居中的安全系数。从智能家居系统的主要业务方面来讲，该部分设计应当包括视频监控服务、客户端和服务器端等部分，首先客户端向服务器发出服务请求，服务器接收到指令以后进行接受请求，随后实现视频监控的作用。
2.2 系统设计
本部分主要利用嵌入式系统实现智能家居的视频监控功能，在本论文所讲的系统中，所使用的主要硬件系统包含有嵌入式系统GX-ARM9-2410EP以及监控设备驱动；使用的软件系统操作包含了对Linux操作系统进行的整合与移动。如果要最终完成视频监控的设计，同时还要把ARM核处理器嵌入到Linux的内核中以及该系统的用户中，用户可以通过浏览器获取相关服务的信息和监控，主要的系统结构框架如下图所示：
图1 系统结构图
（1）硬件设计。在硬件设计部分主要需要用到的硬件包含有存储器与传感器等部分，本系统的设计中采用的处理器为S3C241是由三星公司生产的处理器。该硬件的选择是根据系统的需求，能够保证系统的稳定可靠地工作，同时其可以外接ROM，SRAM存储器。该系统设计中利用连接DM9000芯片可以转成一个以太网接口，而且这一芯片就有功耗低、成本低的特点。视频监控采用的摄像头是采用的V2000摄像头，利用USB与处理器相连接，具有安装简单、使用方便、清晰度高的特点。
（2）软件设计。在我们打开Linux的宿主机的应用程序时候，需要通过汇编或者链接等工具形成一种只可以在目标计算机上面使用的二进制代码，同时对该二进制代码下单，使它可以在目标计算机上正常使用，从而完成最初的目的。通过Windows系统实现虚拟机的完整安装，并安装完成后的虚拟机上接入RedHat 9.0最终完成环境的构建。
2.3 系统整体实现
该系统实际上是完成了嵌入式服务器的设计基础之上来实现的，客户端能够通过网络设备以及手机等实现视频监控的整个过程。而如果要实现利用网络来进行监控，第一步要采用B/S开发模式的架构，即是该系统实现支持CGI功能的服务器，同时利用这该服务器还可以实现的动态画面的采集与传输，所以要实现这一过程，要做的就是要在客户端设置WEB浏览器，便能够完成对嵌入式设备进行管理。
实际上，Web服务器设置在客户端用于对服务器的内容进行读取。客户端与服务器端的关系实际上是一种信息的相互传递的关系本身是一种信息的传递的关系，两者之间的请求或者应答方法都会在HTTP协议中有相对应的定义。所以，在浏览器和服务器正常连接，在请求传输信息之时，服务端能够及时的将所请求相关信息发送到客户端。其传递过程如下图所示：
图2 服务器工作原理
3 结束语
总的来说，以嵌入式技术为核心智能家居系统中的视频监控系统包含了现代网络技术、计算机信息等网络化中的各项技术，同时把嵌入式为核心的智能家居安保系统的设计能够为新时代的居民提供一种简单方便的平台，他们需要做的只是拿出手机或者其他网络设备接入网络，便能够查看自己住宅内部的安全情况。
参考文献：
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[5]向军，谢赞福.基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系统模型及实现[J].计算机工程与设计，2005（09）：2425-2427.
1概述
为满足长输管线安全生产和 科学 系统化管理的需要，对意外情况能迅速做出准确判断和处理，拟在管道沿线建设安全监控系统，及时地把生产设备运行状况和险情图像资料传送到各站场控制室和管道调控中心，使险情或隐患被扼制在萌芽状态，确保人员生命、财产安全。
2方案选择
根据现场条件及工艺站场的实际需求，并充分考虑技术的实用性，管道安全监控系统主要采用视频监近系统和周界报警系统来组网。
2．1视频监控系统
视频监控系统的应用目前主要有三种形式：模拟视频监控、基于微机平台／嵌入式系统的(半)数字视频监控和基于网络视频服务器技术的数字化网络视频监控。
2．1．1模拟视频监控系统(第1代监控技术)视频信号采用同轴电缆进行传输，并由模拟矩阵主机进行信号处理。从摄像机到控制主机再到录像机、监视器，全部以模拟视频信号进行传输与图像存储。而控制信号以数字信号进行传输。
2．1．2半数字视频监控系统(第2代监控技术)1)基于微机平台的dvr(第2代监控技术)。dvr系统采用微机和windows平台，在 计算 机中安装视频压缩卡和相应的dvr软件，支持实时视频和音频，是第一代模拟监控系统升级至数字化的可选方案。
视频信号仍采用同轴电缆进行传输，控制信号以数字信号进行传输，由多媒体控制主机或硬盘录像主机(dvr)进行数字处理与图像存储。从摄像机到控制主机和监视器以模拟视频信号进行传输，而控制主机的处理、控制及存储是以数字信号进行的，故准确的讲应为"半数字监控"技术。
(2)嵌入式dvr(第2．5代监控技术)。嵌入式dvr指的是在传统dvk的基础上扩展了网络功能的dvr产品，使得更多的用户可以进行访问。正是由于这种产品开发的理念，使得带网络功能的dvr产品还是传统意义上的dvr，其主要功能仍然是dv存储，这也决定了其市场定位是在小范围的网络环境中，监控点也有限。
2．1．3网络视频监控系统(第3代监控技术)网络视频监控系统是目前业内最先进的监控技术，视频从前端图像采集设备输出时即为数字信号，并以网络为传输媒介，基于tcp／ip协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，并通过网络数字矩阵主机(ipm)来实现对整个监控系统的调度、存储和控制等功能。此外，周界报警、门禁等设备输出的数字信号也可采用多网合一的方式，通过网络复用进行传输，并在同一平台上进行管理与控制。
2．2监控方案比选
(1)第1代模拟监控技术，由于技术落后，正在逐渐退出 历史 舞台，因此不考虑用该技术组网。
(2)第2代dvr技术，由于前端还是模拟传输方式，而模拟视频线和控制线的有效传输距离为300m以内，对于规模较大的工艺站场，有少量的监控点与控制室的距离较远，必须再加线放才能满足传输需求，增加了传输成本。
(3)第3代网络监控技术，优势就在于传输不受距离限制，组网方便灵活，更适宜于网络传输和远程控制。
根据监控系统的实时性、有效性和 经济 性，并充分考虑到管道视频图像信号的远传需求，结合各站场的实际情况，推荐采用网络视频监控技术来实现管道工程监控图像的采集、传输、实时监看、存储和上传。
2．3周界报警系统
周界防范报警系统作为视频监控系统的一个有效补充，与监控系统共同构成统一的安防网络。周界报警系统主要是在周界围墙上安装红外探头，类似于在围墙上布设了一道看不见的 电子 墙，当有人非法穿越围墙进入站场时，触发报警并输出信号进行报警联动。
3方案设计
3．1监控系统
3．1．1图像采集系统设计
前端摄像部分是整个监控系统的前沿部分，主要包括摄像机、镜头、云台和防护罩等。前端的任务是对现场进行摄像，把摄得的光信号转换成电信号，并进行数字压缩处理。
在各工艺站场根据实际情况设计 网络 摄像机若干台。在站场的工艺装置区安装防爆型枪式摄像机和视频服务器，在所有出入口、道路、围墙和其他重点部位安装网络智能球型一体化摄像机(集成视频服务器)，内置低照度彩转黑多倍摄像机或宽动态低照度彩转黑一体机，可根据需要远程控制镜头拉伸，进行全方位多角度的监控。
3．1．2传输系统设计
传输部分就是系统图像和控制信号的传输信道。把现场摄像机发出的电信号及报警信号(转换后的数字信息)传送到控制室，一般包括通讯线缆(双绞线或光纤)和线路驱动设备(网络交换机、光纤收发器)等。
为保证传输信号质量，前端网络摄像机通过敷设光缆线路以及两端配置光纤收发器将视频、控制信号传人站场控制室，再通过交换机连接主控 计算 机进行图像监视和信号控制。
3．1．3控制系统设计
控制部分是实现整个系统功能的指挥中心。控制部分主要的功能有：①视频信号放大与分配；②图像信号的校正与补偿；③图像信号的切换、分割、记录和打印等；④对前端设备的摄像机、电动变焦镜头及全方位云台等进行控制，以完成对现场全面详细的监视。
拟在各站场监控室配置1～2台监控计算机进行现场视频的显示和控制；并通过管道mstp光传输系统将图像和报警信号传给调控中心，在调控中心通过数字矩阵设备实现远程控制。
管道传输网里的任何一台计算机都可以经过授权进行现场图象浏览，以及时准确地获得现场信息。
3．1．4显示及存储系统设计
监控设备置于各站场及调控中心的控制室内，不需另建监控室。在监控室采用液晶显示器和大屏幕液晶平板电视组合为电视墙，进行实时监视；录像系统采用普通pc或数据服务器，设计整个录像系统可以连续保存录像资料半个月，并支持录像与回放。
3．2周界报警系统
周界防范报警系统由前端的对射探头(安装于站场围墙上)、报警主机(安装于站场控制室)及一些辅助设备(电源、显示地图和警铃等)构成。
0 引言
以数字视频的采集、压缩、处理为核心的现代视频监控技术，采用先进图像处理芯片对视频进行压缩处理，把智能图像处理技术用于图像显示、监控成为嵌入式视频监控系统的重点研究方向[1]。无论是MPEG1、MPEG2或者是MPEG4、H.263都已经无法满足运动图像压缩的要求，这时新一代的H.264标准便被制定，H.264作为新一代的编码方式，有效提升了视频压缩率，仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频，而且视频编码的码率更加灵活，架构主要包括，帧内预测、帧间预测、转换、量化、去区块滤波器、熵编码等模块，下面将研究H.264视频编码的关键技术及其应用前景。[2]
1 H.264压缩标准
H.264是两个组织专家ITU-T和ISO为多媒体传输设计的数字视频编码标准[3]，全称是MPEG-4AVC，翻译成中文意思是“活动图像专家组-4的高等视频编码”，或称为MPEG-4Part10。各种分辨率的视频图像格式都可以被H.264视频编码标准支持，包括sub-QCIF、QCIF、CIF、4CIF、16CIF等[4]。H.264是一种视频压缩标准，同时也是一种被广泛使用的高精度视频的录制、压缩和格式。H.264比其他编码标准有着更高的视频质量和更低的码率，被广泛用于网络流媒体数据、各种高清晰度电视陆地广播以及卫星电视广播等领域。H.264的特点是能低码率、高清晰持续提供较高的视频质量，能大大加强图像的编码效率和改善图像数据在网络中的传输效率。[1]，使网络更加灵活、适应性更强，最大的好处就是节约了成本，弥补了技术差距，让存储与视频管理变得更高效。
2 H.264编码器的结构和特点
H.264只是规定了输入码流的格式及编码之后输出比特流的句法结构，其标准的编码思路是混合编码模式，以帧间和帧内预测来清除空间和时间的冗余分量，用变换和量化编码来清除频域冗余分量。H.264视频编码在一定情况下提高了视频压缩编码性，其视频解码与编码实现的过程相反，依据帧内编码进行逆量化，反变换，重构帧，最后经块滤波器平滑滤波后得到重建图像，[1]H.264编码器的功能组成框图如1。
3 H.264编码器关键环节分析
3.1 帧内预测 比起H.263，H.264提供了更多不同的工具来降低码率，以编码单位来说，h.264中每个宏块（macroblock/mb）大小都是固定的16×16像素，能够实现高分辨率视频的压缩，对于帧间编码来说，它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整；对于帧内编码来说，它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。
3.2 帧间预测 H.264标准与早期标准不同之处在于，它所使用的是块结构运动补偿，运算精度精确到1/4像素点上。[8]不仅如此，H.264标准还使用了多帧预测的方法，能够明显改善预测增益。[5]
3.3 整数变换与量化 H.264中整型变换与之前的MPEG系列标准所采用的DCT变换都有区别：
①它是整形变换（所有的操作都为整数运算，不存在解码精度损失）。②用整数算术变换可以确保编解码之间实现零失配。③变换的核心运算部分只用到加法和移位运算，不需要乘除运算。④到量化器的缩放乘积因子为整数，减少了乘积因子的数据位数。[4]量化的目的是减小信号的值域，以更少的比特来表示信号，从而达到减少数据量的目的。H.264中量化的步长总共有52种，其按照12.5%递增，并且变换系数的读取有双扫描和之字形两种方式。
3.4 熵编码 熵编码是对数据的冗余信息进行压缩的方法，变长编码和Huffman编码相结合进行，以较短的字长表示出现概率较大的数据，较长的字长表示出现概率较小的数据来达到降低数据量的目的。
CAVLC是一种变长编码。先对变换系数进行zig-zag扫描。用行程码（L，V）表示扫描以后的数据，V代表数值，L代表该数出现的次数。因为视频块在整形变换和量化后，大部分变换系数成为0，只有很少的数据在低频部分，用行程数L代表连续出现的0的个数，V代表0串后挨着的非零值，接着对L和V分别采用Huffman编码进一步压缩，有不同的码表可以查询亮度块和色度块。行程编码大大降低了编码的码字字长。CABAC是一种二进制算术编码，其通过构建模型来预测当前的视频信号。相对于CAVLC编码，CABAC的编码效率更高，更节省码率。[4]
3.5 码率控制 H.264视频编码标准虽然对于编码器的结构实现模式没有具体的规定，但编码器实现的核心问题要解决编码器的结构、相应的视频编码如何控制。H.264编码器采用基于拉各朗日Lagrangian优化算法的率失真优化模型实现视频编码的控制，其实现方法简单而且效率高。[5]
H.264编码标准由于以上关键技术的支持，获得了较高性能编码，但编码器复杂度增加，约为MPEG2的4倍，MPEG4的2倍。其高复杂度原因有两个方面，一是编码选项复杂，二是计算量高。具体内容有宏块的划分及搜索模式的组合的选取、高精度亚像素运动补偿和多参考顿预测，H.264更细化，更精确的数据压缩导致了计算量高。[6]
4 应用前景
H.264作为一种具有高效压缩性能的视频压缩编码技术，其在制定的过程中就充分参考和吸收了H系列和MPEG系列的优秀研究成果，修改或重新制定了其中不合理的部分，使其有很好的压缩性能。H.264能够比H.263和MPEG-4大约省去50%的码率。[7]H.264的高效的视频压缩能力和优异的网络适应性，为视频数据传输的可靠性提供了保障，其可广泛应用于数字摄像、英特网、数字视频录像、DVD及电视广播等领域的图像压缩。
5 结束语
网络视频监控系统要达到良好的监控效果，仅提高摄像头的分辨率是不行的，只有通过改善数字视频的压缩技术，降低视频传输的误码率，提高视频的质量，才能推动网络视频走向智能化。[1]H.264标准的推出是视频编码标准的一次重要的进步，尽管其算法复杂，但是能够大幅度提高编码效率，使得应用范围更加的广泛。
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【关键词】嵌入式Linux 视频监控 ARM9 SOCKET
1 引言
随着信息化技术的不断发展，各行各业对视频监控系统的需求越来越广泛，如交通监控、家庭防盗、企业安防等各个领域。视频监控不仅能够起到事前防范的作用，而且还有事后取证的功效。
嵌入式的视频采集以其独特的优势被广泛采用。如具有较强的网络支持功能、强大的移植性、完全开放的源代码等特点。因此，本系统选择嵌入式Linux的ubuntu操作系统为开发环境，以三星公司的ARM9处理器S3C2440为核心开发板，通过建立Client/Server工作模型来实现远程视频监控。
2 系统硬件组成
本系统具有以下功能：
（1）终端能够进行视频数据的采集并传送回PC机；
（2）用户可以通过客户端软件观看监控终端采集到的视频数据；
（3）存储采集到的视频数据以便播放历史录像。
基于此，本系统的硬件功能框图如图1所示。平台以三星公司的S3C2440处理器为核心开发板。配置了64MB的NandFlash存储器和64MB 32位的SDRAM。用户将代码存储在NandFlash中，并从NandFlash启动，之后自动将代码加载到SDRAM中运行如图1。
视频数据的采集通过在USB接口上外接一个USB摄像头，将视频数据接收到核心板。开发板通过5线异步UART串口与目标系统通信，获取开发板调试信息、下载镜像文件等，波特率可达115200bps。引出JTAG接口，用来烧写BootLoader，并通过JTAG接口调试程序。同时外接一个网络芯片与主机相连，用于传送采集到的视频数据，终端接收到视频流进行转码，最终显示到客户端上。
3 系统软件实现
本系统采用模块化设计，从功能上可以划分为如图2所示四个模块：视频采集模块、编码压缩模块、网络传输模块和视频播放模块。
视频采集模块完成视频数据的采集，通过在ARM板上安装USB摄像头进行数据采集。编码压缩模块对视频数据进行编码以减少数据量。网络传输模块将压缩后的视频数据传送回客户端。视频播放模块不仅要实现实时播放监控画面，而且能够回放历史视频。
3.1 视频采集模块
视频采集模块通过调用V4L和底层设备驱动程序实现。V4L为各种视频设备提供了统一的接口，是Linux中的内核驱动程序。应用程序通过调用这些接口函数就可以对不同的设备进行控制。视频采集步骤如下：
（1）打开视频设备。使用open（）函数打开所需设备并获取设备标识符。
（2）获取图像信息和设备参数信息。调用v4l_get_capability（）函数获取设备参数，如是否具有捕获图像能力、每秒帧数等；通过v4l_get_picture（）函数获取图像格式，如：图像大小等。
（3）内存映射。调用mmap（）函数实现将设备文件的内容映射到内存空间进行读写操作。
（4）采集视频数据。调用ioctl（）函数采集一帧图像并存储到内存空间。
3.2 图像压缩模块
通过摄像头采集到的图像是YUV格式的图像，数据量大，但网络带宽有限，所以要经过视频编码压缩处理后才能进行网络传输。本系统采用目前比较流行的H264编码压缩算法实现，H264压缩算法具有画面质量高、网络适应性强、压缩比高等优点，压缩率可以达到100：1，压缩后的视频数据能够实现快速传输。
3.3 网络传输模块
系统中经过压缩的视频数据需要通过网络传送到PC机上。本系统选用可靠的TCP/IP编程模式，服务器端编程步骤如下：
（1）调用socket（）函数创建套接字；
（2）调用bind（）函数绑定套接字与地址信息；
（3）调用listen（）函数进行监听；
（4）调用accept（）函数等待接收连接；
（5）接收视频帧；
（6）关闭socket。
3.4 视频播放模块
视频播放通过客户端实现，客户端将接收到的视频流进行解码，即将视频流转换到rgb空间显示。本系统利用QT技术编写界面，调用QImage将传送回来的压缩视频流显示到QLabel上实现实时播放；同时将视频流转码存储为avi格式，通过Opencv提供的接口去读取视频以便播放历史画面。
客户端监控界面如图3所示，点击“连接”按钮可观看实时监控画面，点击“播放历史”按钮可选择历史记录进行回放。
4 结论
本文实现了一个基于ARM9和嵌入式Linux的单画面网络视频监控系统，经测试，该系统不仅可以实现实时监控，还可以对历史画面进行查看播放。具有成本低、易于安装和维护、稳定性好等优点。对于各种监控需求场合具有很好的应用价值。
参考文献
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作者简介
中图分类号:TN915文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)19-017-03
Video Supervision System of People′s Armed Police Based on WiMAX Technique
ZHOU Rongrong
(Fire Department of Shaanxi Province,Xi′an,710018,China)
Abstract:Broadband wireless access technology WiMAX has such features as high transmission rate,long transmission distance and wide cover.The advantage and architecture of WiMAX are described,the design scheme of video supervision system based on WiMAX technique is introduced combined with the requirements of the People′s Armed Police.Then,functional component and working principle are discussed.Finally the important factors that affected engineering construction are analyzed.The scheme not only can be used in People′s Armed Police,but can be used in other place.
Keywords:WiMAX;IEEE 802.16;video supervision;wireless access technology
0 引 言
视频监控系统已广泛用于武警部队,有力提升了武警部队的执勤备战能力。但武警部队驻扎范围广,如水坝、重要仓库、矿产资源基地、桥梁、隧道等,监控点分散且与监控中心距离较远,利用传统有线网络的视频监控往往成本高且难以实现,其次实时视频监控的需求越来越多,对同一套系统的覆盖面和实施距离也提出了更高的要求。在这些情况下,基于多种无线传输手段的移动视频监控体现出了不可替代的优势。无线局域网和无线宽带接入技术,可以将多个监控点和远端控制中心连接起来,可以在最短的时间内快速建立起无线监控网络。
目前常用的无线接入技术包括Wi-Fi、微波以及WiMAX等。与其他技术相比,WiMAX具有传输距离远、接入速率高、带宽高等优点,可以保证视频流的传输质量,同时使监控系统在接入层的部署更为快速、简便[1]。本文结合武警部队特点,提出了一种基于WiMAX无线宽带接入技术的监控系统设计方案,也适用于其他应急状态下组建监控网络,并给出了系统建设中注意事项。
1 WiMAX技术特点和优势
WiMAX是一项新型的无线通信技术,全名为微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access),是基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网(Broadband Wireless Access Metropolitan Area Network,BWAMAN),能提供面向互联网的高速连接。WiMAX技术具有较高的数据传输速率,最高可达到75 Mb/s;传输距离远,最大传输半径50 km,其网络覆盖面积是3G基站的10倍[2,3]。
1.1 WiMAX系统组成
WiMAX网络体系结构如图1所示[4],其由核心网络、基站、用户基站、接力站、用户终端设备及网管组成。通常的WiMAX系统包括一个基站和多个用户基站,也可以根据需要设置若干个接力站,形成单点对多点或多点对多点的体系结构。
核心网络:WiMAX连接的核心网络通常为传统交换网或因特网。WiMAX提供核心网络与基站间的连接接口。
基站:提供用户基站与核心网络间的连接,通常采用扇形天线或全向天线,可提供灵活的子信道部署与配置功能,并根据用户群体状况不断升级扩展网络。
用户基站:属于基站的一种,提供基站与用户终端设备间的中继连接,通常采用固定天线,并被安装在屋顶上。基站与用户基站间采用动态适应性信号调制模式。
接力站:通常用于提高基站的覆盖能力,即充当一个基站和若干个用户基站(或用户终端设备)间信息的中继站。
用户终端设备:完成具体的应用功能,例如视频监控。
网管系统:用于监视和控制网内所有的基站和用户基站,提供查询、状态监控、软件下载、系统参数配置等功能。
图1 WiMAX网络体系结构
1.2 WiMAX技术用于的武警部队无线视频监控系统的优势
武警部队所使用的视频监控系统,一般数百米内设一个监控点,具有覆盖范围广,覆盖点多、质量要求高等特点。而目前无线监控系统多使用基于Wi-Fi的IP无线监控技术,其采用IEEE 802.11作为无线传输标准,传输距离仅几百米[5],其数据传输率较低,QoS机制不够完整,这都限制其在武警部队中的应用。
WiMAX的覆盖能力完全满足视频监控点的分布特点,在一个WiMAX基站覆盖范围内可存在多个连续设置的监控点。同时,WiMAX具有非视距传输的特性,可以满足复杂环境中的传输要求。WiMAX还可以作为有线网络接入(Cable、DSL)的无线扩展[5],方便地实现边远地区的网络连接。
WiMAX采用面向连接方式,定义了完整的QoS机制。其MAC层支持4种业务[6]:非请求的宽带分配业务、实时轮询业务、非实时轮询业务、尽力传输业务,向用户提供具有QoS性能的数据、视频和语音服务,能够满足视频监控所需的QoS要求。
采用802.16d标准工作在频分双工模式(即FDD模式)上的WiMAX,占用一对3.5 MHz频点,一个扇区可提供的上、下行总带宽超过15 Mb/s;每个WiMAX客户端(即WiMAX CPE――Client Produce Equipment,用户端设备产品)可提供最大10 Mb/s的吞吐量,能够满足各种带宽需求的监控要求[7];按照每个监控点1 Mb/s带宽需求,单个WiMAX基站可支持10个左右的监控点视频传输需求。
2 基于WiMAX技术的武警部队无线监控系统
本系统由前端视频采集、网络传输以及视频信息管理三个子系统组成。前端视频采集子系统主要用于信息监控。网络传输子系统以无线和有线方式完成监控中心和前端视频采集的数据交换。视频信息管理子系统主要完成视频信息的存储、转换、加密等。系统的整体结构如图2所示。
图2 系统整体结构图
2.1 前端视频采集子系统
前端视频采集子系统位于监控点,主要进行监控数据的采集,包括无线摄像机、云台、解码器等设备。前端系统的传输接入必须采用数字接入方式,在前端就将图像转化成数字信号再传递到监控中心,以减少传输带宽[8]。
该系统选用的无线摄像机是一种集视频压缩技术、网络技术、嵌入式等多种先进技术于一体的数字摄像设备。集成了镜头、光学过滤器、影像感应器、视频压缩卡、无线网卡等设备,能够实现视频采集、视频压缩以及无线网络传输等诸多功能,这样无需计算机的协助便可独立完成监控点的工作。无线摄像机有自己独立的IP 地址,这样监控中心以及城域网上的用户使用标准的浏览器就可以根据IP 地址对网络摄像机进行访问、观看实时图像和监测数据;授权用户可以通过网管系统远程控制摄像机和云台镜头的动作或对系统进行配置,从而可以对目标进行全方位的监控。
云台是安装和支撑摄像头的设备,分为两种固定云台和电动云台。固定云台适用于监视范围不大的情况,在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度,达到最好的工作姿态后,只要锁定调整状态就可以了。电动云台适用于对大范围进行扫描监视,它可以扩大摄像机的监视范围,通过接收来自控制器的信号精确地运行定位。
由于不同厂家的云台和控制设备所使用的协议都各不相同,解码器主要用于中转控制端发出的数字信号。
2.2 网络传输子系统
网络传输子系统由WiMAX CPE、无线基站和IP承载网组成。WiMAX CPE作为WiMAX网络的无线客户终端,布设于监控点,使用小波束角定向天线,完成与基站的数据相互交换。无线基站主要接入多个WiMAX CPE设备,同时完成与IP承载网的数据交换。单WiMAX扇区站下可支持多CPE,每个CPE负责接入一个或多个视频监控前端,CPE的射频模块将信号变频到适宜的频率经天线发送到WiMAX基站[9],实现对多个监控点视频信号的汇聚。
2.3 视频信息管理子系统
视频信息管理子系统设在监控中心,主要由视频存储服务器和监控管理服务器组成,完成视频信息的存储、管理、查询、系统配置和实时监控等任务。监控管理服务器为整个视频监控系统提供业务逻辑控制,完成监控中心的视频图像切换或分发,对WiMAX CPE进行参数配置、实时查看指定点监控信息,是视频监控的核心业务实现平台。数据库服务器完成视频监控信息的存储、管理与备份,并为局域网的其他服务器和授权用户提供历史数据浏览、检索等服务。
当视频信息传送到监控中心后,监控管理服务器首先对视频信息进行分析,判断是否是授权用户所需要实时浏览的监控信息,如果是则将其转发至指定用户,例如电视墙或者网内其他用户,同时将视频信息传送至视频存储服务器进行归档管理。同时,监控管理服务器接收管理人员的管理指令,并将指令发送至指定的CPE设备,进行监控点参数配置等工作,如图3所示。
图3 视频信息管理子系统
3 系统建设的注意事项
系统在建设和使用过程中还需要注意以下四点,确保系统的顺利应用。
基站选址 应根据业务分布实际情况,选择业务密集区中心的制高点(某铁塔上或山顶)作为中心基站的站址,尽量提高无线链路的可靠性,避免因地形及遮挡物等不良因素,保证视频信息传输质量[10]。
无线系统抗干扰能力 地面无线接入系统往往受到来自于其他扇区的邻频或同频干扰。要想有效克服干扰的影响,首先在施工中尽可能选用具有抗干扰技术设计的设备,其次必须合理网络规划,选择基站位置和用户端天线位置、方向等,以确保系统内各用户终端间的相互干扰降低到最低限度。在工程中选用具有BIT/SK,QPSK,16QAM,64QAM等多种调制方式自适应切换技术的系统[7],可充分保证系统大容量数据传输支持能力和无线链路的可靠性。
频率规划和负载均衡[11,12] 系统规划之初要在已有频率的基础上,充分考虑天线配置的灵活性和热点分布特点,在满足覆盖和容量的前提下高效的使用频率。系统开通后,仍需对各基站各扇区的流量进行长期跟踪观测,实时调整修正与实际容量不相适应的扇区。如一扇区按照10 Mb/s的容量进行设计,经观测发现,该扇区的需求量明显小于10 Mb/s,则从该扇区将多余的载波到移到其他流量需求大的扇区使用,以提高整系统的频率利用率,保持负载均衡。
视频图像压缩技术 视频图像信息量庞大,而无线信道带宽相对有限,正确选择压缩标准能够保证视频信息流畅地传输。建议选用H.264技术,比H.263节约50%左右的传出码流,可以大大减小传输的数据,很好地解决图像信息和带宽之间的突出矛盾。
4 结 语
本文提出了基于WiMAX无线宽带接入技术的视频监控系统,具有监控范围广、安装方便、灵活性强等优点,适合于武警部队进行大规模临时场所,需要快速构建监控系统或边缘地区不易进行有线接入的地方应用,对提高武警部队战斗力有着实际的意义。随着WiMAX技术的日趋成熟,它的应用将在实时监控系统中发挥重要的作用。
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