基于无线网络的视频和数据传输系统

基于无线网络的视频和数据传输系统摘要本文采用基于无线网桥构建的无线网络，在该无线网路基础上设计了一种集井场视频监控，井口数据采集为一体的视频和数据传输系统。

本文详细介绍了该系统的结构、组成和基本功能，并描述了所用到的关键技术。

关键词无线网桥；视频监控；数据采集
中图分类号tp392 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）44-0212-02
0 引言
随着油田自动化信息系统建设，油田内部从以前粗放式管理向信息化管理过渡，逐步加强了从采油过程到输油过程的集中管理。

油田企业由于其生产区域范围大，生产环境复杂，不利于采用传统的有线方式来构架生产区域的网络。

因为有线方式构架网络不但会由于所监视区域大而需要铺设大量网线，从而提高成本，而且一旦遇到障碍物或者周围环境恶劣时，将更不利于有线网络的施工工作；同时，有线网络还存在可扩充性、灵活性差等缺点，一旦要增加或者减少被监测点，将会带来新的施工周期。

在这种情况下，采用无线网络将具有无可比拟的优势，利用无线网桥技术，可以将多个监测点与中央控制中心连接起来，且搭建迅速，可以在最短的时间内迅速建立起无线网络链路。

1 系统组成
本系统专门针对油田所在地区的地理特点，结合当地的地理环境采用无线网桥为网络架构主体，使系统满足远程视频和数据监控的需求。

可 24 小时实时监控井场生产的安全情况 , 降低了安全监控人员的劳动强度，为监控中心的调度指挥提供强有力的保障，监控中心的调度人员通过监视远端传送上来的现场图像及工况数
据能直观、准确、及时地了解各井场的实际情况。

同时该系统借助油田现有的办公网络资源，能为各级管理部门的应用需求提供开放的数据平台，使生产和管理人员及时控制和掌握生产动态，对取得的实时数据进行统计、分析、优化，从而为保证生产设备正常运转、降低生产成本提供重要依据。

本系统主要有3部分组成：前端图像、数据采集系统（含供电系统）、无线传输系统、后端监控管理指挥系统。

2 关键技术
2.1无线局域网（wlan）
无线局域网利用射频（rf）技术，取代由双绞线连接的有线网络，从而具备高度的灵活性和弹性。

本系统无线局域网采用
ieee802.11g协议标准；该协议工作在5.8ghz的频段，采用dsss （直接序列扩频）再配合cck（补码键控）的调频方式，传输速率最高可以达到54mbit/s，成为事实意义上的高速无线局域网，能保证用于局域网范围内视频传输所需的带宽要求。

同时配合高增益天线，可以使网络的有效传输距离达到10km以上，能满足大范围
无线监控的要求。

2.2视频压缩标准的选择
由于未经压缩的视频数据量十分庞大，而传输信道带宽常常很有限，所以压缩标准的正确选择对视频的网络传输至关重要。

目前对视频流进行数字压缩的标准很多，主要有：mpeg-1、mpeg-2、mpeg-4以及h.263。

h.263是国际电信联盟为64k窄带信道制定的极低码率编码标准，对带宽要求低、图像质量较低。

mpeg-1、2、4标准是mpeg组织制定的移动图像编码标准，其中mpeg-1能达到vcd图像效果，在352×288的分辨率下的位速率一般要1.5mb/s；mpeg-2是mpeg-1的超集，能达到dvd图像质量，在720×576的分辨率下，位速率需3.5mb/s以上。

mpeg-4是超低码率运动图像和语言的压缩标准，它不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。

mpeg-4标准传输速率要求较低，在4800-64kbits/sec之间，分辨率为176x144。

mpeg-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图像质量。

与mpeg-1和mpeg-2相比，mpeg-4为多媒体数据压缩提供了一个更为广阔的平台。

它更多定义的是一种格式、一种架构，而不是具体的算法。

它可以将各种各样的多媒体技术充分用进来，包括压缩本身的一些工具、算法，也包括图像合成、语音合成等技术。

而且mpeg4
标准的占用带宽可调，占用带宽与图像的清晰度成正比。

以目前的技术，一般视频传输占用带宽大致在几百k左右。

采用了mpeg-4视频压缩技术，可以从根本上很好地解决了图像数字化和带宽之间的突出矛盾，算法的特点在于它实现了高质量视频图像的极高压缩比。

由于mpeg-4视频压缩标准具有压缩比高、图像质量好的优点，本系统将采用这一标准对原始视频图像进行压缩，可以大大的减小在无线网络中需传送的数据量；完全可以达到实际应用的要求。

3 系统特点
下表对典型的3种监控方案做了比较：
类别主要设备优点缺点
模拟监控摄像机、视频矩阵、监视器、录像机设备成本低、视频图像清晰可监控距离短、
大量录像资料存
有线以太网监控摄像机、视频压缩卡、
通信接口卡、
pc机
（或专用工控机）监控距离长、范围广、
数字视频质量可调、
存储检索方便网络布线成本高、受地形及周边
环境影响较大、
软件开放性不好。

无线数字监控网络摄像机、
无线接入点、
通信接口卡、
pc机
（或专用工控机）不受各种复杂
地形限制、
节省网络布线成本、
加快建设周期、
满足灵活机动应用需要数据无线传输中的保密性较差，易受干扰。

通过上述比较，针对油田行业本身特色，我们认为基于无线网络的视频监控系统更能适应于油田生产需要。

4 系统功能
1）井口数据采集；
2）综合故障报警；
3）视频监控；
4）自动报表生成。

4.1 井口数据采集
1）采集井口工况数据并写入数据库；
2）井口工况数据历史查询。

4.2综合故障报警
1）记录数据超限故障、通讯故障、软件模块故障、用户操作等多种信息；
2）使用最新的flash, ajax技术，实现了国内领先的基于web 的实时报警功能；
3）报警历史信息查询；
4）采用多媒体技术报警；
5）管理员消警功能。

4.3视频监控
1）监测井场实时画面；
2）重点监测部位异动报警；
3）提供多种方式查询。

4.4自动报表生成
1）采用excel模板机制，以模板化的方式，自动生成报表，并可以灵活扩充新报表；
2）根据生产需要可进行二次开发，为生产过程的节能优化提供决策支持。

5 应用情况
目前该系统已经在本单位黄桥地区的二氧化碳井场得到应用。

队部通过一台监视器能够远程查看到分布在各个井场的实时图像和井口的压力，流量，温度等数据。

通过对生产过程的实时监控，
能够及时发现安全隐患，设备工况，为加强管理，提高生产效率提供很好的保证手段。

参考文献
[1]张刚要.视频信息的网络化传输及呈现[j].常熟理工学院学报，2005(2).
[2]黄剑玲.视频编码的几种mpeg标准比较[j].计算机与现代化，2000(4).
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以pdf格式阅读”。