基于WLAN的小区视频监控系统的设计
蔡芳蔚
摘要：文章从视频监控应用出发，通过无线局域网的通信方式，设计了基于无线局域网的视频系统，该系统能够实现三方通话，而且具有扩展手机等移动终端的功能。
关键词：无线；视频监控；RTP/RTCP协议
0 引言
随着人们生活水平的不断提高，人们对居住安全也愈发重视。目前，大多居住小区监控系统采用的是传统的视频监控系统，但其存在着传输距离短、灵活性差、功能单一和结构复杂等不足。而基于无线局域网的视频监控系统克服了传统系统的不足之处，其传输距离和组网灵活性使其成为未来的发展趋势。本文将探究基于WLAN的小区视频监控系统的设计与实现。
1 小区WLAN总体方案选择设计
1.1 总体架构
该系统由用户视频采集层、单元汇总层和小区中心层组成。视频采集层主要负责采集小区内关键区域的视频信息，该部分由IP摄像头完成；单元汇总层主要负责小区内一个区域内多个视频采集节点的WLAN通讯，并将采集到的信息汇总到小区中心层；小区中心层主要负责处理全小区的视频信息，并将小区的WLAN网络与Internet网络相连接，方便管理人员远程监控小区安保情况如图1所示。
1.2 AP接入设计
考虑到部署的AP点与WLAN终端用户的兼容，同时也顾及到未来无线局域网数据应用业务的扩展，故采用WG302这款运营级别的802.11g设备来实现AP部署。
由于多个AP信号覆盖区域相互交叉重叠，因此，各个AP覆盖区域所占频道之间必须要遵守一定的规范，否则会造成AP在信号传输时的相互干扰，从而降低AP的工作效率。在可用的11个频道中，仅有3个频道是完全不覆盖的，立于频谱的两端和中央，是非重叠的信道，分别是频道1、频道6和频道11。由于使用区域相对开阔，一般同一区域不推荐同时使用3个以上的AP，否则会发生冲突。如果增加多了一个无线AP，无论该AP选择那个信道都将与已经存在的无线AP的信道重叠，从而干扰对方的正常工作。
1.3 转角等信号盲区处理
由于现代建筑对美学的要求越来越高，建筑物的造型和布局也是日新月异。同时造成的如转角、景观阻隔等对无线信号起到衰减作用的因素。这对小区的无线覆盖提出了新的要求，可以采用AP的无线中继模式解决这一问题。
1.4 交互性的视频系统
本文系统主要使用的是住户移动终端设备，该终端设备支持监控开启，小区视频监控查看，语音呼叫，三方对话发起，视频数据存储等功能。（1）该终端可以移动，不同于现监控终端，安装位置固定，灵活性差等特点；（2）还可以实现住户移动终端可扩展，可以用家庭电脑登陆服务器查看监控视频，甚至可以采用手机登陆查看。
2 小区WLAN视频系统关键技术分析
2.1 WLAN视频通信技术
WIFI（Wireless Fidelity），Wi-Fi是Wi-Fi联盟制造商的商标可作为产品的品牌认证，是一个建立于IEEE 802.11标准的无线局域网络（WLAN）设备，是目前应用最为普遍的一种短程无线传输技术。基于2套系统的密切相关，也常有人把Wi-Fi当做IEEE 802.11标准的同义词术语。
无线视频传输指的就是视频信号通过压缩编码之后，通过无线信道进行传输，并解码的过程。随着无线网络技术的不断发展，特别是基于IEEE802.11的无线局域网标准技术的突飞猛进，无线数据传输中，音频/视频流将占据更为关键、更为主要的地位。
2.2 RTP/RTCP协议
RTP传输协议是应用在互联网上的多媒体数据流的协议，由IETF作为RFC1889发布。RTP具有在一个一对一或一对多的功能，因此可以实现时间信息和实现的流的一致性。它可以在UDP上应用，也可工作在TCP或ATM等协议上。
RTCP是负责管理在目前的应用程序中的控制信息交换的传输质量。在RTP会话期间，每个参与者都定期地发送RTCP包，已发送的数据包中包含的数据包的数目、丢失的数据包的数量和其他统计数据。因此，服务器可以实时的改变传输效率根据数据包中的信息，甚至可以改变载荷类型。RTP和RTCP中结合有效的反馈和最小的开销以优化传输效率，它特别适合于实时数据传输。
2.3 SIP多方会话协议
视频监控系统的主流技术标准有2个：H.323和SIP。H.323的视频系统目前已经比较成熟，但由于其体系结构庞大且较为复杂，限制了其在中小企业的部署。SIP以其简洁、灵活、易于实现和扩展等特性而迅速得到业界的推崇。
3 需求分析
3.1 功能需求
本系统需要实现访客、住户与保安的三方通话视频监控系统，住户可以方便快捷的查看小区内所有摄像头的监控情况，以此方便用户对自己所处的小区安全状况进行了解，随时对其可视化查看。因此，区的安全状况除保安可以查看外，住户也能够查看，还有住户居民可通过摄像头查看自己停在小区内外的车辆等视频情况，而且保安与访客、住户可以三方通话，住户轻松呼叫保安，且保安也看可方便通过广播通知所有小区住户有用的信息。
3.2 网络需求
本系统整个网络的通信方式采用的是无线局域网，前文已经介绍了无线局域网的成本优势与灵活性，但跟有线网的稳定性相比，布置无线局域网时应充分顾及到对视频数据的可靠稳定传输，所以布置无线网络时应该满足视频传输方面的要求。
3.3 安全需求
本系统实行的机制是部分授权，对无线路由进行加密，用户的账户安全得以保证，同时不同用户设置的权限不同，基本用户仅仅能进行监控控制，超级用户则除监控控制之外，还能够查看所有小区的摄像头。
4 基于WLAN的小区视频监控系统设计
4.1 总体设计
视频监控系统包括3个部分，前端部分主要是小区大门的可视化监控系统和安装在小区的所有摄像头设备，将监控系统数据和摄像头数据通过嵌入式设备先进行数据处理，然后经过视频编解码后，最后通过无线网络传给服务器端如图2所示。
4.2 嵌入式模块硬件设计
嵌入式模块除由存储器Flash、SDRAM，嵌入式处理器，RS232接口、以太网等嵌入式设备的基本模块之外，还扩展了无线收发模块及LCD屏。嵌入式处理器主芯片一定要具有视频编解码的高速计算功能，这样视频处理要求才能满足。同时无线收发模块主要是和无线路由进行通信。
4.3 嵌入式模块软件设计
4.3.1 视频采集模块软件设计
在Linux系统为视频和音频设备的应用程序提供了API接口函数，其内核驱动非别为V4L和V4L2，本系统综合考虑，采用后者。
系统实现视频采集的步骤如下：（1）调用函数打开视频设备；（2）对视频采集过程中涉及到的设备属性的参数进行设置，如捕获格式、对比度、亮度等；（3）对视频流进行采集，并对采集的视频数据进行处理：（4）关闭视频设备。
4.3.2 视频编解码模块软件设计
视频编码技术是视频处理过的最初条件，只有高效的视频编码才能保证在现实的互联网环境下提供视频服务。视频压缩编码技术分为以下3类：无损压缩编码技术，有损压缩编码技术以及混合压缩编码技术。本设计采用的MJPEG技术为有损压缩技术，但该技术，利用眼睛对色彩域中的高频信息部分不敏感的特点，使人肉眼不容易察觉到损失的部分。
4.3.3 视频传输模块软件设计
系统在视频采集过程完成以后，由MJPEG编码将视频分解成一张张JPEG静态图像数据进行处理。然后，系统将静态视频图像发送出去，完成视频监控系统的监控工作。因此，系统需要建立一个网络服务器来进行客户端和服务端之间的数据传输。
4.4 PC系统客户端的软件设计
本系统客户端软件是安装在电脑上运行的，主要是实现用户登陆管理功能，云台与镜头控制功能，视频画面设置、预览功能，以及回放功能。客户端软件主要功能结构如图3N示。
5 结语
本文从视频监控应用出发，通过无线局域网的通信方式，给出一套完整的基于无线局域网的视频监控系统，该系统能够实现三方通话，而且具有扩展手机等移动终端的功能。介绍了WLAN视频通信技术，介绍了RTP协议与SIP协议，根据视频监控系统设计需求，给出了一套完整的基于无线局域网视频监控系统的设计方案。
