基于WLAN的小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計

蔡芳蔚

摘要：文章從視頻監(jiān)控應用出發(fā)，通過無線局域網(wǎng)的通信方式，設計了基于無線局域網(wǎng)的視頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三方通話，而且具有擴展手機等移動終端的功能。

關鍵詞：無線；視頻監(jiān)控；RTP/RTCP協(xié)議

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對居住安全也愈發(fā)重視。目前，大多居住小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但其存在著傳輸距離短、靈活性差、功能單一和結(jié)構復雜等不足。而基于無線局域網(wǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)的不足之處，其傳輸距離和組網(wǎng)靈活性使其成為未來的發(fā)展趨勢。本文將探究基于WLAN的小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。

1 小區(qū)WLAN總體方案選擇設計

1.1 總體架構

該系統(tǒng)由用戶視頻采集層、單元匯總層和小區(qū)中心層組成。視頻采集層主要負責采集小區(qū)內(nèi)關鍵區(qū)域的視頻信息，該部分由IP攝像頭完成；單元匯總層主要負責小區(qū)內(nèi)一個區(qū)域內(nèi)多個視頻采集節(jié)點的WLAN通訊，并將采集到的信息匯總到小區(qū)中心層；小區(qū)中心層主要負責處理全小區(qū)的視頻信息，并將小區(qū)的WLAN網(wǎng)絡與Internet網(wǎng)絡相連接，方便管理人員遠程監(jiān)控小區(qū)安保情況如圖1所示。

1.2 AP接入設計

考慮到部署的AP點與WLAN終端用戶的兼容，同時也顧及到未來無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)應用業(yè)務的擴展，故采用WG302這款運營級別的802.11g設備來實現(xiàn)AP部署。

由于多個AP信號覆蓋區(qū)域相互交叉重疊，因此，各個AP覆蓋區(qū)域所占頻道之間必須要遵守一定的規(guī)范，否則會造成AP在信號傳輸時的相互干擾，從而降低AP的工作效率。在可用的11個頻道中，僅有3個頻道是完全不覆蓋的，立于頻譜的兩端和中央，是非重疊的信道，分別是頻道1、頻道6和頻道11。由于使用區(qū)域相對開闊，一般同一區(qū)域不推薦同時使用3個以上的AP，否則會發(fā)生沖突。如果增加多了一個無線AP，無論該AP選擇那個信道都將與已經(jīng)存在的無線AP的信道重疊，從而干擾對方的正常工作。

1.3 轉(zhuǎn)角等信號盲區(qū)處理

由于現(xiàn)代建筑對美學的要求越來越高，建筑物的造型和布局也是日新月異。同時造成的如轉(zhuǎn)角、景觀阻隔等對無線信號起到衰減作用的因素。這對小區(qū)的無線覆蓋提出了新的要求，可以采用AP的無線中繼模式解決這一問題。

1.4 交互性的視頻系統(tǒng)

本文系統(tǒng)主要使用的是住戶移動終端設備，該終端設備支持監(jiān)控開啟，小區(qū)視頻監(jiān)控查看，語音呼叫，三方對話發(fā)起，視頻數(shù)據(jù)存儲等功能。（1）該終端可以移動，不同于現(xiàn)監(jiān)控終端，安裝位置固定，靈活性差等特點；（2）還可以實現(xiàn)住戶移動終端可擴展，可以用家庭電腦登陸服務器查看監(jiān)控視頻，甚至可以采用手機登陸查看。

2 小區(qū)WLAN視頻系統(tǒng)關鍵技術分析

2.1 WLAN視頻通信技術

WIFI（Wireless Fidelity），Wi-Fi是Wi-Fi聯(lián)盟制造商的商標可作為產(chǎn)品的品牌認證，是一個建立于IEEE 802.11標準的無線局域網(wǎng)絡（WLAN）設備，是目前應用最為普遍的一種短程無線傳輸技術。基于2套系統(tǒng)的密切相關，也常有人把Wi-Fi當做IEEE 802.11標準的同義詞術語。

無線視頻傳輸指的就是視頻信號通過壓縮編碼之后，通過無線信道進行傳輸，并解碼的過程。隨著無線網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，特別是基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)標準技術的突飛猛進，無線數(shù)據(jù)傳輸中，音頻/視頻流將占據(jù)更為關鍵、更為主要的地位。

2.2 RTP/RTCP協(xié)議

RTP傳輸協(xié)議是應用在互聯(lián)網(wǎng)上的多媒體數(shù)據(jù)流的協(xié)議，由IETF作為RFC1889發(fā)布。RTP具有在一個一對一或一對多的功能，因此可以實現(xiàn)時間信息和實現(xiàn)的流的一致性。它可以在UDP上應用，也可工作在TCP或ATM等協(xié)議上。

RTCP是負責管理在目前的應用程序中的控制信息交換的傳輸質(zhì)量。在RTP會話期間，每個參與者都定期地發(fā)送RTCP包，已發(fā)送的數(shù)據(jù)包中包含的數(shù)據(jù)包的數(shù)目、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量和其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)。因此，服務器可以實時的改變傳輸效率根據(jù)數(shù)據(jù)包中的信息，甚至可以改變載荷類型。RTP和RTCP中結(jié)合有效的反饋和最小的開銷以優(yōu)化傳輸效率，它特別適合于實時數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 SIP多方會話協(xié)議

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流技術標準有2個：H.323和SIP。H.323的視頻系統(tǒng)目前已經(jīng)比較成熟，但由于其體系結(jié)構龐大且較為復雜，限制了其在中小企業(yè)的部署。SIP以其簡潔、靈活、易于實現(xiàn)和擴展等特性而迅速得到業(yè)界的推崇。

3 需求分析

3.1 功能需求

本系統(tǒng)需要實現(xiàn)訪客、住戶與保安的三方通話視頻監(jiān)控系統(tǒng)，住戶可以方便快捷的查看小區(qū)內(nèi)所有攝像頭的監(jiān)控情況，以此方便用戶對自己所處的小區(qū)安全狀況進行了解，隨時對其可視化查看。因此，區(qū)的安全狀況除保安可以查看外，住戶也能夠查看，還有住戶居民可通過攝像頭查看自己停在小區(qū)內(nèi)外的車輛等視頻情況，而且保安與訪客、住戶可以三方通話，住戶輕松呼叫保安，且保安也看可方便通過廣播通知所有小區(qū)住戶有用的信息。

3.2 網(wǎng)絡需求

本系統(tǒng)整個網(wǎng)絡的通信方式采用的是無線局域網(wǎng)，前文已經(jīng)介紹了無線局域網(wǎng)的成本優(yōu)勢與靈活性，但跟有線網(wǎng)的穩(wěn)定性相比，布置無線局域網(wǎng)時應充分顧及到對視頻數(shù)據(jù)的可靠穩(wěn)定傳輸，所以布置無線網(wǎng)絡時應該滿足視頻傳輸方面的要求。

3.3 安全需求

本系統(tǒng)實行的機制是部分授權，對無線路由進行加密，用戶的賬戶安全得以保證，同時不同用戶設置的權限不同，基本用戶僅僅能進行監(jiān)控控制，超級用戶則除監(jiān)控控制之外，還能夠查看所有小區(qū)的攝像頭。

4 基于WLAN的小區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

4.1 總體設計

視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括3個部分，前端部分主要是小區(qū)大門的可視化監(jiān)控系統(tǒng)和安裝在小區(qū)的所有攝像頭設備，將監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)和攝像頭數(shù)據(jù)通過嵌入式設備先進行數(shù)據(jù)處理，然后經(jīng)過視頻編解碼后，最后通過無線網(wǎng)絡傳給服務器端如圖2所示。

4.2 嵌入式模塊硬件設計

嵌入式模塊除由存儲器Flash、SDRAM，嵌入式處理器，RS232接口、以太網(wǎng)等嵌入式設備的基本模塊之外，還擴展了無線收發(fā)模塊及LCD屏。嵌入式處理器主芯片一定要具有視頻編解碼的高速計算功能，這樣視頻處理要求才能滿足。同時無線收發(fā)模塊主要是和無線路由進行通信。

4.3 嵌入式模塊軟件設計

4.3.1 視頻采集模塊軟件設計

在Linux系統(tǒng)為視頻和音頻設備的應用程序提供了API接口函數(shù)，其內(nèi)核驅(qū)動非別為V4L和V4L2，本系統(tǒng)綜合考慮，采用后者。

系統(tǒng)實現(xiàn)視頻采集的步驟如下：（1）調(diào)用函數(shù)打開視頻設備；（2）對視頻采集過程中涉及到的設備屬性的參數(shù)進行設置，如捕獲格式、對比度、亮度等；（3）對視頻流進行采集，并對采集的視頻數(shù)據(jù)進行處理：（4）關閉視頻設備。

4.3.2 視頻編解碼模塊軟件設計

視頻編碼技術是視頻處理過的最初條件，只有高效的視頻編碼才能保證在現(xiàn)實的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下提供視頻服務。視頻壓縮編碼技術分為以下3類：無損壓縮編碼技術，有損壓縮編碼技術以及混合壓縮編碼技術。本設計采用的MJPEG技術為有損壓縮技術，但該技術，利用眼睛對色彩域中的高頻信息部分不敏感的特點，使人肉眼不容易察覺到損失的部分。

4.3.3 視頻傳輸模塊軟件設計

系統(tǒng)在視頻采集過程完成以后，由MJPEG編碼將視頻分解成一張張JPEG靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)進行處理。然后，系統(tǒng)將靜態(tài)視頻圖像發(fā)送出去，完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控工作。因此，系統(tǒng)需要建立一個網(wǎng)絡服務器來進行客戶端和服務端之間的數(shù)據(jù)傳輸。

4.4 PC系統(tǒng)客戶端的軟件設計

本系統(tǒng)客戶端軟件是安裝在電腦上運行的，主要是實現(xiàn)用戶登陸管理功能，云臺與鏡頭控制功能，視頻畫面設置、預覽功能，以及回放功能?？蛻舳塑浖饕δ芙Y(jié)構如圖3N示。

5 結(jié)語

本文從視頻監(jiān)控應用出發(fā)，通過無線局域網(wǎng)的通信方式，給出一套完整的基于無線局域網(wǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三方通話，而且具有擴展手機等移動終端的功能。介紹了WLAN視頻通信技術，介紹了RTP協(xié)議與SIP協(xié)議，根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計需求，給出了一套完整的基于無線局域網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案。