视频监控无线传输方案

视频监控无线传输方案视频监控无线传输方案CDMA无线传输在远程图像监控系统中的应用 摘要：本文提出了一种基于CDMA的无线图像传输系统设计原理和实现方案，简要介绍了CDMA技术的基本知识，描述了CDMA无线传输应用于远程图像监控的实现方法。通过在实验室构建了该无线图像监控系统，获得了理想的效果. 关键词： CDMA；CDMA Ruter；Internet；图像监控；监控系统 引言近年来，图像监控以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多重要场合，成为安全监控的主要手段。随着计算机通信技术和网络技术的快速发展，无线网络技术已成为计算机网络中一个至关重要的组成部分，它的应用领域也在飞速的扩大。由于远程图像监控系统实现了对远程目标的监视、遥控等功能，从而为无人值守场合提供了新手段。CDMA技术的出现使成本合理、相对较低技术门槛无线数据传输技术在监控系统中实现现场到远程监控中心的实时数据传输成为可能。 一 CDMA技术简介 CDMA是(Code Division Multiple Access)即码分多址技术,是近年来用于数字蜂窝移动通信的一种先进的无线扩频通信技术。 CDMA允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。 CDMA数据传输的优点在于: (1)传输速率高，最高理论带宽可达到230.4kb/s； (2)永远在线，可以实时传输数据； (3)按流量收费，价格合理； (4)基于IP协议可以访问整个Internet。 CDMA 网络的远程图像监控系统采用无线传播媒质，摆脱了线缆的约束，在一定范围内可以任意变换位置。不受活动区域的限制，通过CDMA移动通信网络，可以很方便的实现远程移动监控。 二 系统组网方案终端收集到图像数据信息后，要把数据发送到监控中心，而终端部分无线数据传输功能由CDMA RUTER来完成。CDMA RUTER与监控中心的连接总体上有两种方案：CDMA + Internet连接；CDMA内网连接。其系统拓扑结构如图1和图2所示。 （一）系统拓扑结构1 监控中心采用Internet接入,其接入方式有多种方式，只要具有公网IP地址（动态或静态）即可。电信、网通等电讯公司提供的专线接入获得固定IP一般是公网IP地址，也就是Internet上可以访问的IP地址，RUTER与监控中心服务器的连接通过CDMA + Internet，安全级别稍低，但是可以通过由移动运营商经VPN隧道连接至监控中心服务器，这样可以大大提高安全级别并且可以减小时延。 图1 系统拓扑结构1: 通过CDMA + Internet连接 （二）系统拓扑结构2 CDMA 内网连接可采用专线接入或CDMA终端连接。专线接入由移动运营商的PDSN（CDMA 路由器）经数据专线连接至监控中心，监控中心获得内网固定IP地址。获得的内网IP地址与RUTER同在一个网段，其数据安全性好；时延小；成本高。 CDMA终端连接需要移动运营商分配给监控中心CDMA内网固定IP地址；开放CDMA用户端对端数据通讯。RUTER根据配置的监控中心内网IP地址与监控中心建立数据通道。CDMA终端连接技术上还有待更好地的去支持，目前实际应用中很少采用这种方法。 图2 系统拓扑结构2：CDMA 内网连接如何决定使用何种方案，关键由应用的性质决定。本文从最经济的方式来考虑，监控中心采用了“ADSL(动态IP) + 动态域名”解决方案。终端与监控中心的连接是基于Socket通讯的。 三 系统的实现 1 终端部分图像采集终端部分由摄像头 DTU、微处理器和CDMA RUTER组成。摄像头 DTU负责采集图像数据并由微处理器进行收集，微处理器通过CDMA RUTER把数据发送到远程监控中心。 1.1摄像头DTU及接口摄像头 DTU是一个具备视频捕捉和压缩功能的摄像机，它的功能与数码像机也十分相似。摄像头 DTU采用标准压缩算法将原始图像压缩为JPG格式，其压缩功能提高了远程图像监控系统的实用性。 摄像头 DTU的数据接口是RJ45接口，采用+5V电源输入。引脚功能如下： CAPEN：用于允许或禁止摄像头 DTU输出图像。CAPEN=1，则允许输出图像，CAPEN=0，则禁止输出图像。 JPEGD7.JPEGD0: 并行数据输出。在这组引脚上输出8位的图像数据。 JPEGINT: 从摄像头 DTU到外部微控制器的中断信号是一个宽度约10us 的正脉冲，微控制器可在此信号的下降沿时触发中断。此中断信号指出已在JPEGD7.JPEGD0 引脚上输出一个新的图像数据。摄像头 DTU上电后内部有一个复位和初始化过程，初始化完成后进入预备状态。在预备状态下，摄像头 DTU循环检查CAPEN引脚，如果CAPEN1，就在JPEGD7.JPEGD0 引脚上连续输出数据，每输出一个数据，就在JPEGINT引脚上产生一个中断信号，以通知微控制器读取数据。摄像头 DTU输出的是一个完整的JPG文件，JPG 文件总是以“0XFF”、“0XD8” 开始，并以“0XFF”、“0XD9”结束。微控制器对接收的数据进行检查，当收到“0XFF” 、“0XD9”时，表明文件结束，本次采集过程完成。随后摄像头 DTU将重新回到预备状态。 微控制器为TMS320LF2407A,主频40M,IOPC口用来读取摄像头 DTU的数据，摄像头 DTU的中断输出（CAPINT）连接到TMS320LF2407的XINT1，下降沿触发；输出允许（CAPEN）接IOPE0。TMS320LF2407扩展了64K字节的SRAM用作图像的缓存。由于摄像头 DTU采用的是5电源供电，TM320LF2407采用的是3.3V电源供电，因此其接口必须解决电平转换。本文采用SN74LVC245A芯片来实现5V电源系统和3.3V电源系统之间的电平转换。 图3 图像采集终端基本构成 1.2 CDMA 传输部分微控制器收集到图像数据信息后，要通过Internet把数据发送到监控中心。而系统中完成微控制器与Internet网通讯工作的就是CDMA RUTER和CDMA网。由于CDMA是基于IP协议的，但普通的CDMA RUTER没有内嵌TCP/IP协议栈，需要用户提供TCP/IP的支持。就是说，需要在使用CDMA RUTER的上位机系统中嵌入TCP/IP,这是一个复杂而繁琐的工作。为了减小应用本身的工作量和增加系统的实用性，本系统采用了厦门桑荣科技工业级CDMA RUTER，型号为Saro 6230R，它内嵌了TCP/IP协议栈，具有Socket通讯功能，并提供透明数据传输通道，用户只需设置一些参数就可实现将嵌入式系统直接与Internet相连，实现网络的互连互通。 CDMA RUTER的主要特点： 使用方便、灵活、可靠； 内嵌了完整的TCP/IP协议栈，包括PPP、TCP、UDP、Socket、STMP等； 支持RS-232和Rj45接口； 上电后自动拨号上网，一直在线，断线自动连接； 透明数据传输模式，可对参数自由设置； 支持动态数据中心域名和IP地址； 支持音频接口，方便维护操作； 系统配置和维护接口 ； 电源抗干扰性和散热设计，适应恶劣工作环境； 在使用CDMA RUTER前必须先进行参数设置，以决定进入透明数据传输模式后的工作方式。需要设置的参数有：监控中心IP地址（或动态域名服务器能够解析的域名）及端口号设置；Socket通讯类型（TCP或UDP）；通讯接口参数；触发方式设置等。 CDMA RUTER在每次开机后会自动拨号，接入CDMA并动态获得一个IP地址，此IP地址为CDMA骨干内网地址，在未进入连接状态时，服务器（监控中心）是无法直接与CDMA RUTER通讯的。CDMA RUTER主动向服务器发送数据进行连接。当连接的路由建立以后，服务器和终端才可以双工地进行数据传输。该路由具有时间限制，一般仅有几十秒，为了确保链路一直畅通，CDMA RUTER 具有链路保活功能，通过定时发送：“心跳”数据包，维持终端和服务器间的路由（动态IP由ISP服务商的服务器动态分配，如果长时间不通信，ISP服务器会回收IP，以利于IP资源的有效利用），确保服务器与终端间可以及时互相通讯，所以监控中心可以主动向图像采集终端发出数据采集命令等参数。另外，“心跳”数据包中包含了终端的ID信息，使得服务器可以很容易判别路由和数据包的业源。 2 监控中心的构建本文监控中心采用ADSL连接，由于每次接入所获得的IP地址不是固定的，CDMA RUTER无法直接指向远程监控中心。为了解决服务器每次接入IP地址的不固定，本文采用了动态域名解决办法。动态域名的功能，就是实现固定域名到动态IP地址之间的解析。监控中心每次上网得到新的IP地址之后，安装在监控中心计算机里的动态域名软件就会把这个IP地址发送到动态域名解析服务器，更新域名解析数据库。CDMA RUTER 通过这个域名发起Socket连接时，动态域名解析服务器会返回正确的IP地址给它。监控中心和Internet之间的防火墙要屏蔽掉不使用的所有端口，这样保证监控中心的安全性，防火墙机可以是软件防火墙，也可以是硬件防火墙。 图4 监控中心软件基本流程图 本文监控中心的软件可采用VC/VB/Delphi编写，内部调用桑荣科技的动态链接库，用来完成Socket程序的编写。监控中心的基本软件流程图如图4所示。监控中心的Socket端口监听程序负责监听图像采集终端的连接请求，当监听到连接请求后，建立通信链路，原来负责监听Socket仍进行监听，通信链路建立后就可任意交换数据了。监控中心软件应具有在监视器屏幕上显示终端的ID及显示多路不同终端的图像，并将图像存储在硬盘上。通过对图像进行分析处理，如出现异常给出报警信号并将报警信息传到远程终端以启动报警装置，以防止人为破坏、偷窃等。相关管理人员可直接观看被监视场所，并随时调看每个终端的当前状况。 四 结束语随着生产管理水平的不断提高，远程图像监控系统得到了广泛的应用，也越来越成熟，而且正朝着网络化、智能化的方向发展。采用CDMA无线传输数据通讯方法解决了远程监控系统的通讯问题，比起其它有线通讯方式有着不可比拟的优越性。由于传送的是图像数据，数据量大且较为频繁，可选择不限量使用的商务套餐较为经济。我们在实验室构建了该无线图像监控系统，获得了理想的效果。而且，随着CDMA网络的逐渐完善和应用技术的不断成熟，CDMA的应用领域也会越来越广阔。本文介绍的CDMA无线传输系统可推广至各种需要检测、监控与安防的环境之中。无线视频监控远程视频监控系统的发展经历了以矩阵为代表的模拟监控系统，跨越了以硬盘录像机为代表的数字化监控系统，目前正在以网络视频服务器为代表的第三代网络视频监控系统作为发展的主旋律，并且得到了广大用户和工程商的信赖。远程视频监控技术一旦进入了网络时代，它就驶入了应用发展的高速路，同时在有线网络和无线网络中并驾齐驱。虽然目前有线网络应用仍然占据绝对优势，但在可遇见的未来，无线网络以其显著的便捷性和优越的发展环境为视频监控系统描绘了一个美丽的蓝图。一、无线远程视频监控系统的发展历程 无线远程视频监控系统的发展经历了模拟信号传输和数字信号传输两个时代。在远程视频监控系统还处在模拟监控时代，就出现了第一代无线视频监控系统。这时的视频监控系统以微波的方式发送模拟的视频信号。但这种技术已经逐渐淡出了市场。 随着视频压缩技术的发展，网络视频监控技术实现了模拟视频的数字化处理，将连续的模拟信号通过AD芯片采集后交由专用数字信号处理器处理，并按照IP包的格式进行数据封装，以网络信号发送出去。这样在无线网络中的传输设备就被引进到视频监控系统当中。对于无线网络设备，它可以透明地传输网络视频信号，进而实现无线的网络视频传输技术。这方面的代表是无线微波扩频技术。这种传输方式可以实现54M的汇聚带宽，传输距离可以达到几十公里，在林区监控、油田监控等一些特殊的应用现场应用广泛。 近些年来随着国内主流IT厂商的推动，第三代无线通讯技术逐渐成熟，包括SCDMA技术和WIMAX技术。这些技术将视频监控系统带进了更广阔的应用领域。实现了信号城区覆盖，可以为一个城市提供无线解决方案，也为无线远程视频监控技术的民用化铺平了道路。 二、无线监控系统的类型 无线微波扩频技术 5.8GHz是2002年7月无线电管理委员会刚刚核准运营的频段，5.8G频段频率支持工作在5.7255.850GHz的IEEE 802.11a标准，支持6、9、12、18、24、36、48以及54Mbit/s动态速率调整，在增压工作模式下，可获得高达108Mbit/s的带宽。由于5.8GHz设备频段开放、费用低廉而受到了广泛推崇。5.8GHzCanopy无线接入系统建设可以充分利用运营商现有频率资源，在建设5.8GHz无线接入网络的时候，运营商可广泛运用先进、成熟的5.8GHz微波传输技术，可快速、低成本地实现对大城市区域的无线覆盖，为话音、数据、图像、互联网接入等高质量的各种服务，具体应用包括IP电话、视频监控、网吧专线、远程医疗、远程教学等增值服务业务，并使之成为主要的无线接入手段。 目前这种技术在无线视频监控领域仍然具有重要的作用，是解决无线传输的主要方案。它可以提供高达54M的汇聚带宽，适合于开展视频监控业务。可以为企业、行业用户提供专业的解决方案。但这种方案的缺点是天线对环境要求较高，中间不能有建筑物阻挡，天线的方向性敏感。天地伟业在河南森林监控系统当中就采用此种方法。通过摩托罗拉公司的定向天线组建无线网络，在监控前端采用网络视频服务器，将模拟信号转换为数字信号，通过无线网桥进行传输。 TD-SCDMA TDSCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入，该项通信技术也属于一种无线通信的技术标准，它是由中国第一次提出并在此无线传输技术（RTT）的基础上与国际合作，完成了TDSCDMA标准，成为CDMATDD标准的一员。TDSCDMA无线网络可以通过无线网络控制器（RNC）连接到交换网络，如同三代移动通信中对电路和包交换业务所定义的那样。TDSCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有无线环境下对称和非对称的3G业务所设计的，它运行在不成对的射频频谱上。TDSCDMA传输方向的时域自适应资源分配可取得独立于对称业务负载关系的频谱分配的最佳利用率。这是中国自己主推的第三代通讯技术，目前尚处于测试阶段。但中国应用TD技术的决心已经不可动摇，预计在国内市场该项技术将会获得很大的发展空间。WIMAXWiMax(World Interoperability for Microwave Access)意即全球微波接入互操作性，是基于IEEE80216标准的无线城域网技术。其信号传输半径达到50公里，基本上能覆盖到城郊。它可以提供更高速的宽带接入。WiMax所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。同时它还能提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术，它可以将WIFI热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。 WIMAX技术目前已经在国内一些城市进行试点工作，承载视频移动监控业务。预计此项技术将会在民用行业获得较大的推广力度。三、无线远程监控系统应用的特点无线远程监控系统具有显著的优势，但在应用中也有独特的技术特点，在实际使用中要特别注意。环境影响 无线远程监控系统大多受天气影响，风、雨、雷、电都会对无线数据传输系统造成影响。定向天线对方向要求比较严格，对于基站式无线传输系统，如CDMA、WIMAX等无线技术则要求在基站信号范围之内使用。同时建筑物的屏蔽作用和反射作用也会降低信号的强度，一般接收设备都有信号强度指示器，就像手机的信号强度指示一样，可以提示当前环境下，接收设备能够获得的信号强度。 带宽稳定性 由于以上原因，无线网络系统提供的带宽也有可能不够稳定。工程商朋友在组建无线网络视频监控系统的时候也要注意对带宽的监控。一般网络视频监控系统要求达到相应的分辨率，不同的分辨率需要提供不同的带宽，请参见下表： 分辨率 CIF HALF D1带 宽 512kbps 1024kbps 2048kbps 如果网络视频设备被设置到某一个分辨率后其带宽必须达到相应值，否则将出现丢帧、视频质量下降等现象。您可以使用“BANDWITH”等测试软件对两个点之间进行带宽测试，查看带宽是否有波谷，是否稳定。 网络穿透 无线接入产品众多，有的属于数据链路层，有的属于网络层，有的需要配置动态IP，有的需要配置端口映射。这些都为网络视频监控技术的应用带来了诸多不便。如何快速的应用到无线网络中，尤其如何快速地使用三层网络接入设备，成为工程商朋友迫切希望解决的问题。天地伟业网络视频监控产品特别针对无线网络技术的特点，提供了网络穿透技术。网络视频服务器接入到无线设备中后，可以自动获取三层设备分配的IP地址，并主动地向目标地址发起连接。用户可以透明地访问整个无线监控网络。数据安全 无线远程视频监控网络已经完全区别于传统的CCTV闭路监控系统，它是一个开放的监控系统，任何合法的终端都可以接入到这个系统当中，这也是其优越性的重要体现。但同时对于重要的视频监控，如何解决数据安全问题，尤为重要。目前在无线网络技术中，已经开始广泛使用口令加密技术和地址绑定技术，只有合法的MAC地址才能注册到系统中，并接收系统的合法性检查。天地伟业网络视频产品在应用层进一步完成数据加密，提供包括对录像文件的数字水印加密技术，对客户端访问的IP地址过滤技术，进一步加强了系统的安全性。 四、无线远程视频监控系统的优势无线远程视频监控系统的发展一直是以应用的便捷性、技术的先进性为方向。无线远程视频监控系统无论是应用、技术还是发展环境上都具备独特的魅力和优势，必然在视频监控领域占据一定的比例，预计在未来的几年内将会获得较快的发展速度。 应用的必要性。一套完整的无线远程视频监控系统必然包括监控前端、监控中心端和传输三个部分。无线监控系统最大的优点是免去布线的麻烦，实现了从前端到后端的快捷接入。对于像山区林地监控、高速公路沿线监控、油田无人区监控、边防岸线监控等常规布线方式难以实现，成本过高，这种情况只能使用无线监控系统。近些年来，我们国家在一些城市建设平安城市系统，只是完成了部分特殊行业，如网吧、娱乐场所的监控，但要真正实现全市监控、全市覆盖，线路接入成本依然较高。深圳市在这方面为我们做了一个尝试，其南山区实现了全市无线网络覆盖，通过无线网络实现视频监控，在技术和资金投入方面找到了一个平衡点。包括广州在内也有一些城市也有计划实施无线网络覆盖，这些都为实现视频监控系统奠定了基础。可见，无线网络监控具有独特的应用优势.五、无线远程视频监控系统的发展方向无线远程视频监控系统的发展虽然任重而道远，当它的发展路线图却清晰可见。在技术集成化、应用民用化以及主流技术的发展是无线监控系统能够真正实现跨越的关键：技术集成化 网络视频监控技术一直在走一条技术整合的道路。从最初的网络视频服务器，到随后推出的网络一体球，直到今天非常流行的网络摄像机，网络视频技术实现了与球云台技术、摄像机技术的整合。当无线技术日益介入到视频监控领域，网络视频技术与无线技术的结合就成了一件顺理成章的事情，这同时也有助于进一步提高产品的稳定性和应用的便捷性，有利于厂商细分网络视频市场，避免同质化竞争。目前市场上支持WIFI的网络摄像机就是这一观点的最好佐证。预计未来支持各种无线网络类型的网络视频产品同样会在市场上争奇斗艳。应用民用化 视频监控系统正在经历由工业级应用向民用的方向转变这样一个历程。而无线应用终端的出现更推波助澜了这个过程。随着3G技术的进一步发展，每一个人手持的手机将成为一个最好的无线终端业务平台。人们可以通过手机实现无线网络监控。同时家庭无线网络也正在兴起，人们可以通过笔记本借助无线路由器接入网络，快速组建HWLAN（家庭无线网络）。支持无线模式的家庭型网络摄像机将承担起家庭看护、店铺巡视等职能，使得无线监控技术进一步走进家庭用户。 主流技术主导化 无线远程监控系统的规模应用必然离不开无线网络环境，而无线网络环境则离不开运营商的建设。随着我国3G网络技术的日益完善，以及北京奥运会上“科技奥运”理念对信息技术的推动作用，以TD为代表的第三代无线网络技术必然迅速在国内兴起。这是实现无线远程网络监控系统规模应用的关键。 CDMA无线远程视频监控系统白皮书TOPSEE-天视通远程监控系统我们提供的不单是保安监控系统,重要是提供了商家搜集可视商业数据的手段方案概述概述：在我们的生活之中总是充满着各种意外，火灾、水灾等各种灾难时刻都在威胁着人们的生命、社会的安全。为了时刻保障人民的生命、财产的安全，将危险降到最低程度，天视通电子科技有限公司推出了消防车（船）救火视频监控系统，以期建立以CDMA无线监控为主的消防车（船）远程视频监控系统，以便于消防部门对事故现场进行更好的管理，将损失降低到最低程度.。 需求分析：本项目以消防部门监控中心为媒体发布中心录像中心，采用分散式的主管部门监控代替统一监控中心，使各个管理部门最直接的了解事故现场情况。分散在城区或边远山区的每个事故现场设置13个CDMA无线网络数字摄像机，分布在事故现场的各个方向。 系统特点1、覆盖率高的CDMA1X： 天视通CDMA1X无线网络摄像机、视频服务器系列产品，直接集成中国联通的C网路通讯模块，只需要向运营商申请号码，就可以传输图像。2、漫游全国：借助联通的C网络，天视通CDMA1X无线网络摄像机、视频服务器系列产品，可以无线漫游在中国99.8任何地区，非常适合移动中的车辆、船只的视频的监控。边远地区在无宽带的区域，如边远山区、森林、水库。 3、简单的施工和组网：CDMA无线网络摄像机是通过CDMA无线上网卡，所以不需象传统的一条同轴电缆拉到监控中心，5、可扩容性：本系统既有开放式的扩容特点，可以上千上万个摄像点。 6、降低成本：完成相同的视频点，本系统比传统或者硬盘录像机的系统大大节省成本。 系统组成1、摄像设备：TOPSEE网络摄像机，相当于CCD摄像头流媒体视频服务器的功能，具备体积底小，功耗的特点。2、传输设备：CDMA无线上网卡。3、远程接入：宽带连入INTERNET，可以采用ADSL、Cable modem、Ethernet 等，不需固定的IP地址，动态分配的地址已经满足系统要求，同时使用这个宽带进行网上办公。4、监视终端：一般配置的PC，安装Windows xp/2003/2000/ME/98。 5、移动监视终端：使用Pocket PC或者Smartphone手机，可以直接监视，用户可以随时随地监控。6、设计安装维护使用：无论是集成商的设计、安装、维护，还是用户使用“TOPSEE-天视通监控系统”，都能体会到其安全实用、方便快捷、先进可靠、物美价廉的特性。 top TOPSEE-天视通远程监控系统为用户提供易用有效的功能技术功能特点功能作用Media Player播放器支持远程不安装任何程序,直接使用Windows自带或WEB内嵌的Media Player进行远程监控。