无线视频监控系统技术报告(编辑修改稿)

无线视频监控系统技术报告(编辑修改稿)内容摘要：

以外，视频信号处理的速度和高可靠性是至关重要的。 因此无论是从国民生产角度还是人们日常生活的具体需要，都急需要研制新一代的数字视频监控系统，而超大规模集成电路、嵌入式软硬件技术以及网络技术的迅猛发展，为我们找到了一种解决问题的新思路 ，即研发嵌入式结构的无线数字 3 视频监控系统。 国内外研究现状 无线视频监控系统是集计算机技术、通信技术和数字视频技术于一体的综合系统，它是安全防范系统的重要组成部分，是一种防范能力较强的综合系统。 除了能够实现多媒体信息处理如压缩、传输、存储和播放等基本功能之外，还能够实现自动异常报警、智能存储和快速检索等高级功能，实现传统视频监控无法实现的真正意义上的监控功能。 目前，国外的数字视频监控技术正朝着多元化和网络化方向发展，技术水平较高的是美国、以色列等国。 其中由于美国在集成电路、数字通信和图像压缩技术上的优势和长期的积累，在这一领域处于明显的领先地位。 一方面， 1997 年美国国防高级研究项目署 (DARPA)设立了以卡内基梅隆大学为首联合美国十几家高等院校和研究机构参加的视频监控重大项目 VSAM(Video Surveillance and Monitoring)，主要研究目标是利用视频理解、网络通信、多种传感器融合等技术实现对未来城市、战场等进行自动监控。 后来， DARPA 在 20xx 年又资助了重大项目 HID 计划 (Human Identification at a Distance)，研究开发多模式的监控技 术以实现远距离情况下的人的检测、分类和识别，以增强国防、民用的场合免受恐怖袭击的保护能力。 从而数字式网络监控系统以其功能强大、成本低、使用方式灵活而且应用广泛，蕴含巨大商机，受到了学术界、产业界和管理部门的高度重视，极大地推动了视频监控的研究，为视频监控的发展奠定了坚实的基础。 另一方面是国外的产品价格高、系统环境要求严、培训和维护费用贵，而且从国外引进的产品本地化程度低，在功能、接口、使用环境等方面均或多或少地存在一些与我国国情及功能需求不太吻合的地方。 要使其能够最终应用，还需要做大量的后期修正工作。 视频 监控系统作为安防行业的一个重要技术应用，从八十年代进入我国以来，发展速度很快。 从简单的模拟视频监控系统到现在的网络化数字视频监控系统，视频监控系统在国内目前应用己经相当广泛。 传统的模拟视频监控系统经过二十多年的发展，已经非常完善，数字视频监控系统迅速崛起但尚不完全成熟。 目前中国内地的数字视频监控系统发展呈现百 4 家争鸣的现象，产品纷杂，技术水平参差不齐。 究其原因，部分生产传统模拟视频监控系统的企业转型研发数字视频监控系统，首先，由于受集成电路设计制造水平的限制，目前国内还没有自主版权的视频编码压缩专用芯片。 其 次，在数字视频采集压缩的板卡产品中，国内市场也大多数是进口产品，第三，国内生产企业缺乏一种整体的综合技术实力。 最后，产品的需求定位仍局限于安防产品，而网络化的数字视频监控系统己不仅仅是一种安防产品，正逐步发展成为一种辅助管理信息系统。 因此这种跨行业技术的整合产品的解决方案，应按其技术特点，根据用户需求决定系统解决方案，而不是千人一面。 由此不难看出，视频监控系统正从传统的安防监控向管理、生产监控发展，并逐步与管理信息系统相结合，实现资源共享，从而为管理者提供更直观、有效的决策信息。 而国内的视频监控系统在视频 处理和网络传输技术上基本相似，一般都采用 MPEG 系列标准或 标准来实现视频信号的压缩，使用 TCP 用DP(或建立在 UDP 上的 RTP/RTCP)来进行网络传输，但是功能单一，未能与企事业单位的管理信息系统相结合。 目前，国内的视频监控系统已经广泛应用于楼宇监控、金融、公安、交通等领域。 监控产品的生产厂商、工程商层出不穷，在国内安防市场上表现出巨大的活力。 主要推出的是基于模拟视频监控的工业电视监控，基于数字技术的多媒体监控系统和基于嵌入式技术的视频监控系统三类产品。 前两种技术发展已经非常成熟，并在实际工程 中得到广泛应用；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩技术为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。 与传统的视频监控系统相比，嵌入式方式的视频监控系统具有体积较小、携带方便、布控区域广阔、几乎无限的无缝扩展能力、易于组成非常复杂的监控网络、性能稳定可靠等特点，有良好的应用和发展前景，必将成为今后视频监控领域的主流产品。 研究 意义 目前，新一代的数字视频监控系统正是利用 MPEG4 和 H264 等压缩技术，来对数字视频进行压缩、传输和控制，并利用以太网 技术、无线网络技术来将数字视频信号在更广阔的环境中实现共享。 因此，数字无线化网络的视频监控系统 5 必将有良好的发展前景。 本产品开发的意义： (1) 无线的实时视频采集传输系统以其充分利用计算机处理能力、适合远距离传输、便于查找以及易于管理和维护的特点而克服了有线传输的局限性，如要预埋线路，机动性差，造价高昂等缺点，使得研制新一代的无线视频监控系统有重要的意义。 (2) 双模的无线视频监控采集终端系统，可根据不同地区网络覆盖的不同，灵活选择 WiFi 网络和 WiMAX 网络，克服了单模远程视频监控系统没有或无法解决实 时大数据量处理、无线远程实时通信等缺点，为当前无线网络实现实时视频监控提供可靠的保障。 (3) 由于嵌入式无线视频监控采集终端系统不仅符合信息产业的未来发展趋势，而且代表了监控行业的未来发展方向，蕴藏着巨大的商机和经济效益，所以成为目前信息产业中颇受关注的数字化产品。 特别是近年来，随着技术的进步和社会经济的不断发展，客观上对监控系统的准确性、有效性和方便性提出了更高要求。 主要体现在： (a)需要实施视频监控的范围更加广阔，由传统的安防监控向管理监控和生产经营监控发展，而且对同一套系统的覆盖面和实施距离也提出了 更高的要求，通俗地说就是要达到点多、面广； (b)要求监控系统与管理信息系统、网络系统结合，实现对大量视频数据的压缩存储、传输和自动处理，从而达到资源共享，为各级管理人员和决策者提供方便、快捷、有效的服务。 本设计终端是一个智能摄像头采集终端，将 音 视频采集、压缩编码、视频智能分析和双模无线传输集一体的多功能摄像头，与监控系统的前端相对应，而监控系统的后端为监控中心或手持终端构成。 两部分结合为新一代的视频监控系统研发提供设计方案。 总之，随着嵌入式微处理器的迅速发展，其图像处理能力正在不断地提高，同时嵌入式系统 具有体积小、低功耗、低成本等特点，利用不断发展的无线网络技术来研究新一代的微型化、网络化、智能化的视频监控采集终端系统具有不可估量的重要意义。 6 系统功能 监控中心 监控中心主要完成视频码流和报警信号在视频服务器的集中处理，通过与主机上信号输入端口和警号闪灯一体机等报警输出设备的连接，实现报警联动录像功能。 包括系统服务程序和数据库两个主要组成部分。 服务程序运行在 Linux 操作系统下。 传输系统 本系统实现了将 WiFi无线技术用于中远距离音视频传输。 视频采集及处理模块 本模块采用 DSP 处理器实现对视频信号的编码压缩，用 ARM 处理器实现系统控制、网络处理、云台控制、报警信号的处理等计算任务。 DSP 和 ARM 芯片拟采用 TI 公司的 TMS320DM6446 双核处理器，它包括一个以 ARM926 为核的 ARM CPU 和一个以 DSP C64+为核的 DSP CPU， 可以同时开发基于达芬奇系列 DSP 图像算法应用程序和基于达芬奇系列 ARM的应用程序。 DM6446 的 ARM处理器可以移植 Linux 操作系统，实现对系统的控制任务 ， DSP 处理器负责视频编码任务。 客户端 客户端采用微软公司的 VC++20xx 开发工具在 PC 机上开发，主要实现对实时视频的显示、用户登陆控制、视频显示模式切换、计划任务管理、报警记录管理、录像回放、云台控制等功能。 智能检测系统 本系统采用 DSP 实现对视频信号的分析处理，实现如下功能： 7 （ 1） 对 周界防范无人值守智能报警； （ 2） 准确进行物品盗移、滞留检测 ； （ 3） 快速进行人脸、人体检测进行清晰抓拍报警 ； （ 4） 对人的行为做出分类判断 （如追逐、 超高、倒地、驻留、徘徊等限制行为）做出报警； （ 5） 对 报警区域进行准确人数统计（进入、 离开、聚众人数统计） ； 系统组成 系统的主要由五个模块组成，完成从音视频信号的采集、编码、智能处理、传输、存储、报警、查询等功能，构成一个完整的视频监控系统。 整个系统构成一个易于扩充、升级和管理的远程网络综合信息平台。 可实现视频 /报警信号采集、系统实时控制、智能联动、图像数字存储、智能检索录像资料、信号远程传输和远程控制等功能相结合的安全防范和分级管理系统。 管理指挥整个监控系统，主要负责用户和设备的接入管理 ,提供视频访问和控制服务以及录像处理服务等。 传输系统由 WiFi 无线网络作为主要传输途径，辅 以光线、双绞线。 信息采集及处理系统由视频编解码器、摄像机、云台等前端设备组成。 云台可对摄像机进行旋转 360176。 、垂直 90176。 及变焦控制。 视频编解码器负责把摄像机的模拟视频信号转变成数字信号，同时进行压缩，编码压缩处理后的数据通过网络汇集到监控管理中心。 客户端在通过用户认证后可任意观看视频 ， 可控制摄像机的角度、拉近拉远镜头、控制远端设备，并可接收报警信息。 客户端可采用有线接入或无线接入的各种终端设备 (电脑、手机等 )。 智能检测系统主要实现快速异常行为检测，对识别出的行为事件存入数据库并做报警。 系统技术指标 （ 1）服务器软件  响应时间 1ms  最大并发用户数： 30  吞吐量 2Mbps/每用户 8 （ 2）视频采集及处理模块  编码算法采用 编码算法  视频分辨率 D1（ 704x576）、 CIF（ 352x288），传输速率 25 帧 /秒  1 路音频， 格式  1 路 RS485 接口，控制云台  支持 PelcoP、 PelcoD 等多种云台协议  支持自定义 OSD 设置  视频流码率 3000Kbps  编码延迟 15ms  媒体流网络延迟 30ms  端到端通信的网络时延上限 400ms  端到端通信的时延抖动上限 50ms  端到端 通信的丢包率上限 1103 （ 3）智能检测系统  视频分辨率 D1（ 704x576）、 CIF（ 352x288），传输速率 25 帧 /秒  支持周界防范、物品盗窃检测、滞留警告、人脸检测、人头计数、限高检测、倒地检测、奔跑检测、驻留检测、徘徊检测  支持视频遮挡配置  支持图像预览  抓拍参数： 1） MJPEG 视频流； 2） BMP 图片  支持报警前、报警时、报警后图片抓拍，并能设置抓拍张数  支持亮度、饱和度、对比度、色调的设置 （ 4） WiFi传输模块  支持 、 、  无线频率 24122462MHz  信道带宽支持 5MHz、 10MHz、 20MHz、 40MHz  发送性能指标： 9 数据速率 (Mbps) 发送功率 (dbm) 误差 (dB) 2 26 +/2 26 +/2 11 26 +/2 6 26 +/2 12 26 +/2 24 26 +/2 48 22 +/2 54 21 +/2  接收性能指标： 数据速率 (Mbps) 灵敏度 (dbm) 误差 (dB) 2 96 +/1 95 +/1 11 92 +/1 6 94 +/1 12 91 +/1 24 86 +/1 48 77 +/1 54 74 +/1 二 视频采集模块 硬件设计 根据系统需求，视频采集设备的处理器使用 TMS320DM6446。 以该处理器为核心，利用其处理器所集成的外围电路和 IO 接口，设计完成该设备的总体框图结构如图 所示。 设备的硬件平台大体分为三个部分，处理器核心部分，功能性外设模块，交互外设模块。 在处理器的核心部分 ，为系统配备了 64M 的SDRAM，已经可以基本满足视频处理程序的流畅运行，同时使用 FLASH 作为系统外存，用来存储需要固化在设备中的程序，如启动加载程序和内核镜像。 摄像头和无线网卡将选用一些成熟的模块，因为这样可以通过处理器提供的 USB接口或网口连接，为后续的设备驱动工作提供便利。 其中 CCD 摄像头完成图像采集的功能，无线网卡提供网络数据传输的功能。 RS232 则是为该设备的通讯和使用提供交互接口，设计以太网接口的目的是为了 10 在开发过程中，终端设备可以通过以太网访问宿主机中的开发程序直接调试运行，从而避免了频繁 的对闪存进行擦写，同时也加快应用程序的开发周期。 视频采集模块主要包括： DM6446 主处理器； PAL/NTSC 的标准模拟视频输入 (CVBS)PAL/NTSC 标准模拟视频输出 (CVBS)， 支持 VGA 输出；扩展 256MB DDR2 SDRAM。 扩展 64MB N。