远距离无线视频监控系统方案设计

1、工业控制计算机2010年第23卷第7期93基于H.264的远距离无线视频监控系统方案设计Design of Distanee Wireless Video Monitoring System Plan Based on H.264张 健（长江大学计算机科学学院，湖北荆州434023）刘金格（荆州市产权处湖北荆州434000）摘要设计了一种基于H.264压缩标准的远距离视頻监控系统，评细给出了该系统的枝件与软件设计，并针对RTP流媒体网 络数据传綸中的若干司題给出了相应的解决方案。实践证明，系统运行穗定可*，设计合理。关键词:H.264.RTP,无线AbstractDesigned based

2、on H.264 video compression standard for distance wireless video monitoring system,Given in detail of the system hardware and software design.And Given Several solutions about Streaming Media network data Iransmission for the RTP.Practice has proved that the system design is reasonable.Stable and rel

3、iable.Keywords H.264,distance.RTP工业控制计算机2010年第23卷第7期93工业控制计算机2010年第23卷第7期93本文针对城市应急通讯指挥森林防火安全保障大型农场 实时监测等等远距离实时监控需求，提出一套无线视频监控解 决方案；该方案能够针对用八实际需求提供淸晰度足够高的视 频图像，同时也能够满足远距离实时传输的畛求 当前，用传统 PC机加视频采集卡的方式已经很难满足用户的这种需求.井且 以往很多的监控系统都使用r MPEG-4标准而本方案所采用 的H.264标准是面向无线网络和因特网的视频图像编码与传输 技术相对MPEG-4标准除了网络适应能力大大增强外还

4、天 幅度提高了压缩编码效率.在相同码率下能够获得更奇的主客 观质氐本文捉岀一种基于华为海思Hi3510芯片的系统设计方 案，分别对系统软硬件设计进行了详细讨论完成了视频信号的 册端采集、压缩及无线传権。1系统整体架构该系统由前端网络球机、无线AP接入站、无线中继、中心 基站和监控PC客户端等组成：支持本地监控与垄于Irnernet的 远程图像实时监控；监控朮端向中心服务器发岀请求命令，先通 过无线AP接入无线中继然后送达中心服务器中心服务器收 到命令后进行命令解析.再通过无线网络向监控前端的网络球 机发送控制命令监控前堆收到中心端任务后就通过图像采策 设备扣摄現场图像.并将经过H.264压缩编

5、码厉的图像数据按 照RTP通信协议发回中心服务器"心服务器再向本地用户发 送监控视频或图片；对丁远程监控用户中心服务器则直接通过 Internet向网络用八提供祝频或图片传输。通过内置PELCOD 云台控制协议.本地及远程用户可以十分方便地通过客户端监 控软件上面的软镀盘对前端采集设备进行360度全最控制。中心眼务器首先需要处理在传输中岀现的数锯包错金.校 验出错.丢包、审包等现农;其伙屮心服务器还耍监控数据传输 质爪并进行反愦.由此来控制在不同信号质虽下发送数据的速 度；M后，服务器还要为用户提供监控系统的Web浏览、视频数 据安fit疗储.下毅等功能，该系统采用双C/S架构，貝有

6、好的 扩容性多个终端安装在同一地点的不同区域能够实现对不同 目标的实时监控系统架构如图1所示C 2监控终端设计监控终端系统基于华为海思的高性能通佰媒体处理器 Hi3510搭建。Hi3510是一款基于ARM9.DSP双孩及硬件加速 引繁的高集成度.可编程、支持多种协议的处理器广泛应用于图1远距鼻无线监控系统療体架构图实时视頻通信、数字羽像监控等领域。围绕Hi3510分别搭建相 应的硬件和软件平台可以非常方便的进行监控终端的设计 2.1监控终端硬件设计Hi3510芯片内部包括MCU、固态存储器、系统内部总线及 外设接口等视频处理单元支持 MPEG-4 AVC/H.264 Baseline.H. 2

7、63+、H.261 JPEG爭多种协议的实时编解码。先进的运动估计、 运动补偿等技术极人的提高了压缩效率及视频质幘。图形处理单 元能够提供视频去喋、图像増强运动检测等功能；支持任息比例 的视频、图形缩放；支持OSD菜单与2D图形加速可以很好地 运行嵌入式Linux,充分利用其完整的内存、文件、线程背理功能。HI3510支持ITU-RBT.656/601视频输入接口 摄像机接 口由于只能接受ITU标准的图像数据而不能貢接接收CCD摄 像机输出的模拟视频信号.因此我们需要通过一片SAA7115 视频解码芯片，就可完成硬件系统的搭建。2.2监控终端软件设计监控终端软件的核心堆嵌入式Linux2.6,

8、主要包括底层 BootLoader服务程序和基本外设骡动：它主要完成系统加载和 ARM核心处理器的巧始化配起其次是摄像头模块和无线AP 模块的談动程序，最召是系统应用程序。由于Linux内核中多数 模块可以独芷进行加载或卸载.所以在对Linux内核进行飯新 编译时只需选择嵌入式设备所需要的功能模块即可：包括串口工业控制计算机2010年第23卷第7期9394菇F H.264的远距离无线视频监控系统方案设计驱动.SAA7115视频解码芯片骊动、拨纱网络应用同时还要支 持PPPJCP/IP协议.使系统运行所需内核大小显著碱小至 1MB以内。应用程序主要是监听用户命令，收到命令后调用询 端摄像头模块采

9、集图像然后再通过无线AP来发送图像数据$ 终端一旦初始化后，就与中心基站服务器建立TCP连接在运 行过程中始终与中心服务器保持TCP连接，中心服务器可随时 主动请求图像数据因此系统町实现良好的交耳性和实时性， 监控终端软件流程如图2所示。I ； I图2曲控终端软件流程图3基于RTP/RTCP的H.264视频流传输控制基于H.264标准的诸多优点.本系统设计了基于RTP/ RTCP的H.264视频流传输控制策略RTP协议对实时数据传输 的支持包括：时间序列号、荷载类型标识和源标识等；时间戳 反映了 RTP数据帧中第一字节单调增长的数据采样时间；接收 方根据收到的数据帧时间載来迓建接收数据时序关系

10、以便正确 回放媒体流。序列号用于数据传送丢失检测和帧序亟构;荷栽类 型标识则指明RTP帧枚抿荷载的编码格式；源标识用于指示接 收方式所接收数据收来源。以上功能均通过RTP帧头来实现RTP协议运行在UDP协议之上它只提供无连接的不可靠 服务，帧丢失或岀错都会降低图像或声音质就RTCP控制协议 (上接第92页)SRMiEM控制系况向紧头跟踪发送压实端位直、压实瑞位黄 改变计数等参数，供紧头跟踪系统进行紧头控制每个CAN总线 接点可以从CAN总线上接收所需数摇也可以向CAN总线上陆 意发送处理数据- 一个节点的损坏不影响其它节点的正常工作 2 CAN总线节点的实现MLP通过CAN总线控制器PCI98

11、10丈现CAN总线通 信,CIS质虽检测、SRM IR址控制、故障M示器和紧头跟踪系统 CAN总线节点通过电路板完成，该部分电路包括微处理器 (PIC16F877A).CAN控制器(MCP2510)、高速光电耦合器 (HCPL7721) .CAN总线收发签组成(PCA82C250).结构图如 图2所示。图2 CAN总线节点结构图由于卷烟机本身交流电种类、电机及电子设备校多，电磁干 扰比较严®:，在设汁时必须考底其抗干扰能力在设计电路肘采 用光电隔离器件实现了总线上孑节点间的电气阳离总线的接 口部分也采取了一定的安全和抗于扰措施，起到了滤除总线上 霜同RTP协议配合使用.RTP本身并不

12、能为按序传输数据包提 供可靠保证，也不提供流秋控制和拥塞控制，由RTCP来完成。H.264视频流分别装上RTP报头、UDP报头和IP报头后， IP数据包通过无线网络传送至接收端。接收端收到后按反序将 RTP报头和视频流数据提取出来根据RTP报头中的序列号将 视频流数据放人接收端缓存供解码器解码输出;RTP反馈控制 主要通过RTCP接收方报告来完成，通过提取RTCP中接收方 报告SR的反馈信息佔计网络可用带宽.再根据可用带宽动态 调整编码参数吏RTP发送码率小于网络可用带宽从而保证 传输的可靠性。4中心端设计服务器端软件实现的主耍功能咼接收、解码监控终端发送过 来的监控声音和图像并将得到的实时数

13、据传綸至终端用户并存 储匚控制中心主机通过运行脱务器瑞软件可进行本地和远程访 问；腋务器端程库设计主要包括网络通信.接收数据、H.264解 码、保存图像、报誉、云台控制、即时重显图像、系统及用户管理等 功能的实现；整个过程属于软件系统开发，本文不再详细讨论。 5结束语该方案是堪于行业应用背秦下的远程视频监控需求而提出 的，本文提出了结合嵌入式技术、视频压编编码技术、无线通讯 技术、网络技术、监控技术等多项先进技术实现远距离视频监控 系统解决方案采用嵌入式Linux实时多任务操作系统,H.264 觇魏压缩.RTP/RTCP实时传输控制策略等技术。参考文献1 Plamen Nedetcnev.远程

14、接入网络疑难解析(中文)(M.白建军，苑 洪亮译北京：人民邮电出版社,20052王成飞赵刚基T3G的无线视荻监控系统设计J.国外电子元器 件.2005(8)f3 Jeremy Bentham iff A 式系统 Web 服务 % : TCP/IP Lean MJ.北 京：机械工业出版社.2006收 ttB Jtt：2010.4.16的高频干扰和定的防电磁辆射的作用。提高了 CAN总线节点 的抗干扰能力和安全性能。CAN通信软件部分的设计包括：对微处理器与CAN控制 器通信接口模块初始化.CAN控制器初始化.定时向上位机发 送检测、采样.处理、分析数据利用中断接收其他设备发来的控 制检测数据对按收和需要发送的数据进行处理等几部份。 3结束语工业控制的底屋都有它的特殊性，特别是卷烟机设备中，很 多分散的设备要传输的信息帧都短小但要求实时性很强、可靠 性高的待点CAN总线协议作为一种简单而可靠的通讯协议， 在卷烟设备上有很好的应用前景。例如：计星