基于無線傳輸技術的智能樓宇視頻監控系統設計

摘 要：隨著我國生活水平的不斷改善，人們對居住方面的要求也越來越高，為了順應這一需求，運用先進的科學技術，系統、整體的打造智能化的居住環境、工作環境已成為必然趨勢。近幾年，我國城市數字化、建筑智能化的發展取得了卓越的成效，進程也日益加快。在智能化樓宇中，視頻監控是一個重要的子系統，它讓遠距離的、長時間的視頻采集，動態監控成為可能。目前，利用視頻線為通訊方式的視頻監控系統是市場的主流，但是有線視頻監控系統的線路鋪設及靈活性差、維護麻煩等缺點也日益凸顯，為了解決這一問題，設計了一種利用Wi-Fi來實現連接的無線視頻監控系統，提高視頻系統的靈活性，讓施工、維護變得簡單。

關鍵詞：智能樓宇；視頻監控；無線傳輸技術

隨著我國生活水平的不斷改善，人們對居住方面的要求也越來越高，于是智能化樓宇應運而生。日本電機工業協會樓宇智能化分會把智能化樓宇定義為：綜合信息通信、計算機等方面的最先進技術，使建筑物內的空調、電力、照明、防盜、防災、運輸設備等協調工作，實現建筑物通信自動化（CA）、自動化（BA）、辦公自動化（OA）、消防自動化系統（FAS）和安全保衛自動化系統（SAS），將這五種功能結合起來的建筑，外加結構化綜合布線系統（SCS），結構化綜合網絡系統（SNS），智能樓宇綜合信息管理自動化系統（MAS）組成，就是智能化樓宇。智能樓宇為我們提供了一種舒適、高效、方便、安全可靠的生活、工作環境，其中視頻監控子系統是智能樓宇的重要組成部分，通過視頻系統我們可以實現動態的實時監控，報警以及影像的保存。

1 視頻監控系統現狀

1.1 視頻監控系統的發展現狀

視頻監控經歷了模擬視頻監控、數字視頻監控、無線網絡視頻監控三個階段[1]。目前，有線的視頻監控系統仍然是市場的主流，因為其數據傳輸速率較高、并且穩定、可靠，但是在監測點較多且分布廣、地形復雜的地方，有線視頻監控系統的組網成本高、施工難度大、維護工作量大[2]。如果是無線的監控系統則這些問題都可迎刃而解，避免了在小區里動土施工，大大的縮短了施工周期，特別適合于老舊小區的改造，也避免了今后線路維護的工作，降低了維護的難度。

1.2 無線通信技術

近年來，無線通信技術不斷發展，在我們生活中的應用越來越普遍，無線通信安裝容易、靈活性高、使用方便。我們根據是否在運營商所管轄范圍內，無線傳輸可分為專用網和公用網兩種。

1.2.1 公用網

公用網就是通信運營商現有的無線傳輸網絡，主要是指3G、4G網絡。3G是“第三代移動通信技術”的縮寫，也就是指能實現高速數據傳輸的移動通訊技術，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等，速率一般在幾百kbps以上。4G是第四代通訊技術的簡稱，4G網絡能夠以100Mbps的速度下載，上傳的速度最高可達到20Mbps，能夠與CDMA、GSM、TDMA完全兼容，也能與各類用戶設備實現并存互通，能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。其主要用到的技術有OFDM、SA、SDR、IPV6、MIMO等[3]。用戶使用公用網無需鋪設線纜，安裝簡便，但要付費，增加業主的負擔，因此在小區中一般不建議采用公用網。

1.2.2 專用網

專用網是某個單位為本單位的工作需要而建立的網，常用的有Zigbee，藍牙，Wi-Fi等技術，三種技術的參數比較見表1。Zigbee是一種短距離、低速無線技術，具備組網能力強、低功耗、低速率、低復雜度、可靠性高的特點[4]，主要應用于遠程控制以及自動控制等方面。藍牙也是一種低成本、短距離的無線通信技術，在2.45GHz波段上的傳輸距離通?？蛇_10m，傳輸速度可達1Mb/s，并引入了即添即用的功能[5]，主要應用在移動電話、耳機等設備上。但是視頻監控系統需要傳輸大量的視頻信號，這使得藍牙技術和Zigbee技術在視頻監控系統中的使用受到了一定的局限。Wi-Fi是一種基于IEEE802.11系列協議的局域網[6]，它具有傳輸距離遠、傳輸速度快、接入方便、聯網簡單、成本低等優點[7]，在功耗、安全、漫游等方面的缺點得到不斷得到改進情況下，它的應用領域肯定會越來越廣。智能樓宇視頻監控系統就是通過引入Wi-Fi技術來解決靈活性差，安裝維護困難等問題的。

1.2.3 Wi-Fi技術

Wi-Fi全稱為Wireless Fidelity，是IEEE（電氣電子工程師協會）定義的無線局域網通信工業標準，即IEEE 802.11。1997年IEEE公布802.11標準，這個標準定義了物理層和介質訪問接入控制層（MAC層）。物理層定義了其工作在2.4GHz的ISM頻段上，數據傳輸速率僅為2Mbps。1999年又補充了802.11a和802.11b兩個版本，802.1la定義了數據傳輸速率為54Mbps，物理層工作在5GHz的ISM頻段上，而802.11b定義了數據傳輸速率要達11Mbps，物理層工作在2.4GHz的ISM頻段上。后來IEEE又陸續發表了802.11c、802.11d、802.11f、802.11e、802.11g、802.11g、802.11n等版本，其中802.11g定義了數據傳輸速率高達54Mbps，物理層工作在2.4GHz的ISM頻段上，802.11n定義了數據傳輸速率更是高達108Mbps，物理層工作在2.4GHz的ISM頻段上。由于世界上絕大多數國家采用的是2.4GHz的ISM頻段，因此802.11這一標準得到了廣泛的應用。目前，主流使用的是802.11b、802.11n、802.11g三種。

隨著Wi-Fi技術的不斷發展，近幾年Wi-Fi技術在國內外得到了廣泛的應用，越來越多人通過Wi-Fi技術接入網絡，提供免費Wi-Fi服務的公共場所也越來越多，并且大多數家電和移動設備上都集成了Wi-Fi模塊。Wi-Fi技術正在讓各行各業發生變化。

2 視頻監控系統主要功能和構架

視頻監控系統是智能化樓宇的一個重要組成部分，它可以通過控制攝像機，直觀的看到被監視地點的所有情況，并且可以把被監視地點的圖像傳送到控制中心的硬盤錄像機上，記錄和保存相關數據。當有需要時，可以提供查詢，是處理很多事情的重要依據。

2.1 主要功能

通過安裝調試，智能樓宇中的視頻監控系統應實現如下的功能：

（1）監視器使用方面，能實現監視器的圖像調整、瀏覽設置、視頻切換等等。

（2）利用矩陣主機，能實現矩陣輸出視頻的切換，包括輸出視頻的切換、不同輸出通道的切換、隊列切換等等，能進行視頻追蹤。

（3）利用硬盤錄像機實現視頻切換，即多畫面和單畫面的切換。實現錄像功能，包括定時錄像，手動錄像，錄像查詢。

（4）具備報警功能，實現報警聯動錄像，外部報警輸入、動態監測報警輸入、聯動錄像、云臺自動控制及錄像查詢。

2.2 主要構架

視頻監控系統主要包括前端攝像設備，無線傳輸設備，終端設備。前端攝像設備有網絡攝像機，比如云臺，或者是模擬攝像機。終端設備可以由計算機或者是監視器、矩陣主機、硬盤錄像機以及相關的報警設備組成，即可完成對公共場所、智能大樓、小區等區域的視頻監視及錄像。如圖1所示。

2.3 構建系統時要注意的幾個問題

（1）在使用高速球的系統中，也就是云臺時，接線無誤的情況下發現云臺不受控制，就要檢查“系統設置”中的“通訊設置”，設置好高速球云臺攝像機的通訊協議、波特率、地址碼。波特率要參考系統的硬件設置情況，太高也會出現連接不上的情況，太低，靈敏度不夠。地址碼的設置和云臺頂上的撥碼開關有關，必須保證兩邊一致。

（2）報警功能的實現，可以利用軟件實現動態的監控，當有人進入設定區域時自動報警并錄像。也可以通過添加硬件來實現報警，在前端加上相關探測器即可，比如紅外對射探測器，紅外探測器，幕簾探測器，玻璃破碎探測器等等，這些探測器都是模擬信號，注意加上編碼器把信號轉變為數字信號并編碼。

參考文獻

[1]許雪梅，周文，徐蔚欽，等.基于ARM9+LINUX的無線視頻監控系統的設計[J].計算機測量與控制，2010（11）：2475-2477.

[2]王艷，劉朋，金帥.遠程無線視頻監控系統設計及實現[J].科學技術與工程，2011，11（30）：7397-7401.

[3]趙玉欣，張鑫.4G移動通信技術發展綜述[J].電子技術與軟件工程，2013（17）：43.

[4]朱向慶，王建明.ZigBee協議網絡層的研究與實現[J].電子技術應用，2006，32（1）：129-130.

[5]蔣建文，韓江洪，何稀.基于藍牙協議的家庭信息網解決方案[J].計算機工程與應用，2002，38（15）：200-201.

[6]吳紅舉，沈建華.嵌入式WiFi技術研究與通信設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2005，2005（6）：5-6.

[7]王娟，郭家奇，劉微.WiFi技術的深入探討與研究[J].價值工程，2011，30（6）：9l-92.

作者簡介：蔡艷（1981-），女，漢，籍貫：廣西武宣，職稱：講師，學歷：研究生，單位：廣西第一工業學校，研究方向：電氣自動化。