基于WLAN的小區視頻監控系統的設計

蔡芳蔚

摘要：文章從視頻監控應用出發，通過無線局域網的通信方式，設計了基于無線局域網的視頻系統，該系統能夠實現三方通話，而且具有擴展手機等移動終端的功能。

關鍵詞：無線；視頻監控；RTP/RTCP協議

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重視。目前，大多居住小區監控系統采用的是傳統的視頻監控系統，但其存在著傳輸距離短、靈活性差、功能單一和結構復雜等不足。而基于無線局域網的視頻監控系統克服了傳統系統的不足之處，其傳輸距離和組網靈活性使其成為未來的發展趨勢。本文將探究基于WLAN的小區視頻監控系統的設計與實現。

1 小區WLAN總體方案選擇設計

1.1 總體架構

該系統由用戶視頻采集層、單元匯總層和小區中心層組成。視頻采集層主要負責采集小區內關鍵區域的視頻信息，該部分由IP攝像頭完成；單元匯總層主要負責小區內一個區域內多個視頻采集節點的WLAN通訊，并將采集到的信息匯總到小區中心層；小區中心層主要負責處理全小區的視頻信息，并將小區的WLAN網絡與Internet網絡相連接，方便管理人員遠程監控小區安保情況如圖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數據應用業務的擴展，故采用WG302這款運營級別的802.11g設備來實現AP部署。

由于多個AP信號覆蓋區域相互交叉重疊，因此，各個AP覆蓋區域所占頻道之間必須要遵守一定的規范，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。由于使用區域相對開闊，一般同一區域不推薦同時使用3個以上的AP，否則會發生沖突。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 轉角等信號盲區處理

由于現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。同時造成的如轉角、景觀阻隔等對無線信號起到衰減作用的因素。這對小區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

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

2 小區WLAN視頻系統關鍵技術分析

2.1 WLAN視頻通信技術

WIFI（Wireless Fidelity），Wi-Fi是Wi-Fi聯盟制造商的商標可作為產品的品牌認證，是一個建立于IEEE 802.11標準的無線局域網絡（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。隨著無線網絡技術的不斷發展，特別是基于IEEE802.11的無線局域網標準技術的突飛猛進，無線數據傳輸中，音頻/視頻流將占據更為關鍵、更為主要的地位。

2.2 RTP/RTCP協議

RTP傳輸協議是應用在互聯網上的多媒體數據流的協議，由IETF作為RFC1889發布。RTP具有在一個一對一或一對多的功能，因此可以實現時間信息和實現的流的一致性。它可以在UDP上應用，也可工作在TCP或ATM等協議上。

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量。在RTP會話期間，每個參與者都定期地發送RTCP包，已發送的數據包中包含的數據包的數目、丟失的數據包的數量和其他統計數據。因此，服務器可以實時的改變傳輸效率根據數據包中的信息，甚至可以改變載荷類型。RTP和RTCP中結合有效的反饋和最小的開銷以優化傳輸效率，它特別適合于實時數據傳輸。

2.3 SIP多方會話協議

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

3 需求分析

3.1 功能需求

本系統需要實現訪客、住戶與保安的三方通話視頻監控系統，住戶可以方便快捷的查看小區內所有攝像頭的監控情況，以此方便用戶對自己所處的小區安全狀況進行了解，隨時對其可視化查看。因此，區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內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住戶有用的信息。

3.2 網絡需求

本系統整個網絡的通信方式采用的是無線局域網，前文已經介紹了無線局域網的成本優勢與靈活性，但跟有線網的穩定性相比，布置無線局域網時應充分顧及到對視頻數據的可靠穩定傳輸，所以布置無線網絡時應該滿足視頻傳輸方面的要求。

3.3 安全需求

本系統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控控制，超級用戶則除監控控制之外，還能夠查看所有小區的攝像頭。

4 基于WLAN的小區視頻監控系統設計

4.1 總體設計

視頻監控系統包括3個部分，前端部分主要是小區大門的可視化監控系統和安裝在小區的所有攝像頭設備，將監控系統數據和攝像頭數據通過嵌入式設備先進行數據處理，然后經過視頻編解碼后，最后通過無線網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、以太網等嵌入式設備的基本模塊之外，還擴展了無線收發模塊及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系統為視頻和音頻設備的應用程序提供了API接口函數，其內核驅動非別為V4L和V4L2，本系統綜合考慮，采用后者。

系統實現視頻采集的步驟如下：（1）調用函數打開視頻設備；（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，并對采集的視頻數據進行處理：（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實的互聯網環境下提供視頻服務。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靜態圖像數據進行處理。然后，系統將靜態視頻圖像發送出去，完成視頻監控系統的監控工作。因此，系統需要建立一個網絡服務器來進行客戶端和服務端之間的數據傳輸。

4.4 PC系統客戶端的軟件設計

本系統客戶端軟件是安裝在電腦上運行的，主要是實現用戶登陸管理功能，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。客戶端軟件主要功能結構如圖3N示。

5 結語

本文從視頻監控應用出發，通過無線局域網的通信方式，給出一套完整的基于無線局域網的視頻監控系統，該系統能夠實現三方通話，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協議與SIP協議，根據視頻監控系統設計需求，給出了一套完整的基于無線局域網視頻監控系統的設計方案。