基于WMN的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要： 結(jié)合無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN)的技術(shù)特性和網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的新要求，提出了一種基于WMN的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案。監(jiān)控終端通過攝像機和基于嵌入式Linux平臺的視頻服務(wù)器完成視頻采集和壓縮，利用WMN進行實時傳輸，監(jiān)控中心在Mesh網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)通過因特網(wǎng)進行視頻數(shù)據(jù)接收，實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控。實驗測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)播放流暢、實時性好，在無線視頻監(jiān)控中具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞： 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)；視頻監(jiān)控；嵌入式Linux

　視頻監(jiān)控系統(tǒng)是信息社會的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，無線化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和數(shù)字化是其重要發(fā)展方向。近年來，一種新一代無線通信網(wǎng)——無線Mesh網(wǎng)WMN(Wireless Mesh Network)技術(shù)引起業(yè)界的重視和研究。由于它具備組網(wǎng)迅速、結(jié)構(gòu)靈活、傳輸速率大、可靠性強、成本低等突出的優(yōu)點，滿足了市場對網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的新需求，勢必會拓寬視頻監(jiān)控的應(yīng)用范圍[1]。因此，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中引入WMN技術(shù)后將具有如下特點：
　(1)高效和靈活的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式。相對于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，采用無線網(wǎng)絡(luò)可以在原來不便或無法部署有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線監(jiān)控。
　(2)施工容易，建設(shè)成本低。WMN僅需少量的網(wǎng)絡(luò)布線，基本不用建設(shè)新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，結(jié)合整體規(guī)劃可最大限度降低建設(shè)成本。
　(3)部署快捷，擴展靈活。WMN具有自組網(wǎng)和自管理能力，視頻監(jiān)控點建成即接入監(jiān)控網(wǎng)，自動地建立與監(jiān)控中心最佳的傳輸路由，并且視頻監(jiān)控點可隨時插入和刪除。
　(4)具有鏈路故障自愈能力，通信可靠性高。由于采用無線網(wǎng)狀網(wǎng)(Mesh)結(jié)構(gòu)，多跳路由方式，可以利用迂回路由避開故障節(jié)點，保證系統(tǒng)具有較好的健壯性。
1 基于WMN的視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案
　WMN作為移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)的一種特殊形態(tài)，融合了WLAN和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，成為一種新型的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)。其核心思想是讓網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，使得傳統(tǒng)的WLAN中一直存在的可伸縮性低和健壯性差等諸多問題迎刃而解[2]。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，WMN更能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的發(fā)展。
　考慮到業(yè)務(wù)功能的靈活性，本文構(gòu)建了一種較為通用的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺，由單個Mesh終端節(jié)點構(gòu)搭建WMN如圖1所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要有監(jiān)控節(jié)點(終端)和監(jiān)控中心兩部分組成。在監(jiān)控現(xiàn)場，多個具有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能的終端節(jié)點互聯(lián)構(gòu)成無線Mesh網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)，視頻監(jiān)控終端具有視頻服務(wù)器功能，負(fù)責(zé)完成監(jiān)控現(xiàn)場視頻采集、壓縮、無線路由及收發(fā)數(shù)據(jù)等功能，并以無線方式將視頻流傳輸?shù)脚c監(jiān)控中心相連的Mesh網(wǎng)關(guān)；監(jiān)控中心具有瀏覽器功能，接收來自監(jiān)控終端的視頻數(shù)據(jù)流，并進行解壓、播放、存儲等處理，同時可通過Internet完成視頻轉(zhuǎn)發(fā)和各種視頻遙控功能。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　視頻監(jiān)控終端硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。考慮到監(jiān)控終端對視頻壓縮能力、無線移動特性和低功耗的要求，采用華恒公司的專用Freescale處理器i.MX21作為主控芯片。它集成了支持MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的硬件編解碼器和ARM9內(nèi)核，功耗僅為200 mW。復(fù)合視頻信號經(jīng)SAA7l13的模擬端輸入，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波和縮放后，生成BT.656格式的視頻，輸出到i.MX21。i.MX21對視頻進行MPEG-4格式的壓縮編碼，將數(shù)據(jù)流經(jīng)USB控制器擴展的USB2.0接口輸出到VT6656模塊。VT6656模塊包含一個集成了MAC和基帶處理器的芯片以及一個集成了功率放大器和天線的芯片，其支持IEEE 802.11b/g無線傳輸。

3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
　視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。視頻監(jiān)控終端(服務(wù)器)采用基于Linux操作系統(tǒng)的ARM9嵌入式系統(tǒng)作為視頻監(jiān)控節(jié)點的軟硬件平臺，視頻監(jiān)控中心采用基于DirectShow的客戶端軟件進行開發(fā)設(shè)計，整個系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。