基于无线传输的移动视频监控系统的设计

产品设计与实现

２０１０２

基于无线传输的移动视频监控系统的设计

张伟男

张溢华

唐

伦

陈前斌

庞

浩

重庆邮电大学移动通信技术重点实验室，重庆，４０００６５

【摘要】【关键词】介绍了一种基于３Ｇ无线网络传输的移动视频监控系统的设计和实现方法。首先分析了本视频监控系统的优点，并简单介绍了系统的总体设计，然后重点介绍了前端采集终端、传输部分和后端管理平台等部分的设计和实现方法，最后分析了测试效果和下一步研究重点。经３Ｇ网络测试，该监控系统工作稳定并已成功应用于视频监控领域。

音视频编解码

３Ｇ无线传输

视频监控

一、引言

二、无线传输视频监控系统的优点

无线监控以其覆盖范围广、部署位置灵活、与有线监控融合方便的优势，目前可以作为有线监控的有力补充，并得到越来越多的应用。３Ｇ无线传输技术的快速发展和应用、流媒体技术的发展为无线视频监控的设计提供了更多有利条件。本文研究的正是基于３Ｇ无线网络传输的视频监控系统的设计与实现。

与传统的监控系统相比，本文介绍的３Ｇ无线传输视频监控系统具有以下优势：

（１）引入嵌入式技术，系统小，指令精简，处理速度快，嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统处理实时性好，性能稳定；引入ＡＥＳ加密技术，为系统传输数据的安全提供了保证。

（２）本系统利用后端管理平台对前端采集终端进行控制，后台利用ＴＤ－ＳＣＤＭＡ可以和互联网相连的特点直接从互联网提取数据，用户可在任何一个有网络的地方用后台管理软件来对前端进行控制。

（３）对前端直接控制。前端设置有ＵＳＢ接口，用户可以直接将计算机和该接口相连，对前端进行控制。该ＵＳＢ接口还可作为前端电源供电。前端还可配备

［１］［２］

ＳＤ存储卡，发送当前采集数据的同时可直接保存压缩加密后的数据。

（４）升级方便。本系统使用重邮信科公司生产的ＴＤＳＣＤＭＡ基带芯片Ｃ３２２０设计的ＴＤＭ２３０无线传输模块，可以随时更新版本。

整个系统可分为３大功能主体：前端嵌入式采集终端、３Ｇ无线网络传输部分和后端监控管理平台（后台），如图１所示。

前端由音视频采集设备和嵌入式软件构成，用于完成音视频数据捕获、ＭＰＥＧ－４压缩编码、ＡＥＳ加密、ＲＴＰ／ＲＴＣＰ封包等。前端采集终端框架如图２所示。

三、监控系统总体设计

１、前端采集终端

［２－３］

产品设计与实现

２０１０２

前端视频数据由闭路电视（ＣＣＴＶ）摄像头采集，音频数据由传声器来采集。系统采用上海杰得微电子有限公司生产的Ｚ２２８应用处理器开发，由Ｚ２２８处理器对音视频数据进行压缩编码。Ｚ２２８处理器集成了一个支持ＭＰＥＧ－４格式的视频硬件编／解码器，支持最高达ＶＧＡ（６４０×４８０）分辨力的ＭＰＥＧ－４格式视频编／解码，最高帧率３０ｆ／ｓ（帧／秒），最大比特率达到８Ｍｂｉｔ／ｓ，支持ＶＢＲ和ＣＢＲ两种速率控制。ＭＰＥＧ－４编码器从内存中读取ＹＵＶ视频帧，压缩成ＭＰＥＧ－４码流，存入内存。音频编码由ＣＡＴ编码器来完成。ＭＰＥＧ－４解码工作由后台来完成，ＭＰＥＧ－４解码器可以分为２个模块：Ｄｅｃｏｄｅｒ和ＶＰＤ。Ｄｅｃｏｄｅｒ从内存中读取ＭＰＥＧ－４码流，解码成ＹＵＶ视频帧，然后通过ＶＰＤ进行缩放、ＹＵＶ转ＲＧＢ等，处理后的ＲＧＢ或者ＹＵＶ视频帧存人内存，直接输出到ＦｒａｍｅＢｕｆｆｅｒ显示。

在完成对音视频采集数据的压缩编码后，前端会对其进行ＡＥＳ加密。ＡＥＳ是适用文件信息分组密码算法，为使其直接使用于ＭＰＥＧ－４流媒体加解密，笔者加入了额外程序动态提供数据大小信息，具体方法为：首先动态获取ＲＴＰ净荷数据的大小，并填充数据位使数据长度为１２８ｂｙｔｅ的整数倍，然后每１２８ｂｙｔｅ数据送入ＡＥＳ加密函数中，最后还需要在加密后的ＲＴＰ数据净荷末尾打上标志识别信息，这样让接收端知道填充位的位置及位数，从而解密后抛弃相应比特位，否则重组后的音视频码流信息错乱无法被正确识别和显示。

在完成ＡＥＳ加密后，前端会对数据进行ＲＴＰ封包，然后将其送往３Ｇ传输模块，来完成数据发送工作。ＲＴＰ协议是为支持实时多媒体数据通信而设计的传输层协议。它本身并不提供任何传输可靠性的保证和流量的拥塞控制机制，需要ＲＴＣＰ实时监控数据传输和服务质量。

前端在完成对采集的音视频数据进行音视频编码和ＡＥＳ加密后，数据将被进行ＲＴＰ封包然后送往３Ｇ传输模块发送出去，与此同时该数据还可被保存在前端配备的ＳＤ卡上，数据经ＡＥＳ解密后即可播放。该功能由后台控制使用，主要实现程序如下：

ｖｏｉｄｌｏｃａｌｐｌａｙ：：ＳＤＲｅｃｏｒｄ（）／／ＳＤ卡录像函数｛

ｉｆ（ｈＤｅｖｉｃｅ＝＝ＩＮＶＡＬＩＤ＿ＨＡＮＤＬＥ＿ＶＡＬＵＥ）

［４］

［５］

／／判断是否找到设备，如果没有，就执行ｉｆ语句，重新查找

｛

ｈＤｅｖｉｃｅ＝ＯｐｅｎＢｙＩｎｔｅｒｆａｃｅ（＆ＣｌａｓｓＧｕｉｄ，０，＆Ｅｒｒｏｒ）；

｛

ｉｆ（ｈＤｅｖｉｃｅ＝＝ＩＮＶＡＬＩＤ＿ＨＡＮＤＬＥ＿ＶＡＬＵＥ）／／再次判断是否找到设备

｛

ＭｅｓｓａｇｅＢｏｘ（“ＥＲＲＯＲｏｐｅｎｉｎｇｄｅｖｉｃｅ：（％０）ｒｅｔｕｒｎｅｄｆｒｏｍＣｒｅａｔｅ－Ｆｉｌｅ＼ｎ”）；

／／输出此语句，告知用户打开设备失败Ｅｘｉｔ（１）；／／退出ＳＤ录像功能界面｝

ｅｌｓｅ／／找到设备｛

ＭｅｓｓａｇｅＢｏｘ（“Ｄｅｖｉｃｅｆｏｕｎｄ，ｈａｎｄｌｅｏｐｅｎ．＼ｎ”）；｝／／提示找到设备，可以执行ＵｐｄａｔｅＤａｔａ（）；／／上传数据ｃｈａｒ＊ｂｕｆ；／／定义一个缓存ＵＬＯＮＧｎＷｒｉｔｔｅｎ；／／定义一个变量ｉｎｔｎ＝４０９６；／／定义ｎ大小为４０９６

ｂｕｆ＝（ｃｈａｒ＊）ｍａｌｌｏｃ（ｎ）；／／定义缓存大小ｍｃ＿ｄａｔａ１．ｔｙｐｅ＝ＣＭＤＴＹＰＥ＿ＳＥＮＤ；

ｍｃ＿ｄａｔａ１．ｃｏｍｍａｎｄ＝ＣＭＤＩＤ＿ＭＥＤＩＡＣＯＮＴＲＯＬ；ｍｃ＿ｄａｔａ１．ｌｅｎｇｔｈ＝ＥＸＴＳＩＺＥ＿ＳＥＮＤ＿ＭＥＤＩＡＣＯＮＴＲＯＬ；ｍｃ＿ｄａｔａ１．ｅｘｔｅｎｄｅｄ．ａｃｔｉｏｎ＝４；

ｍｅｍｃｐｙ（ｂｕｆ，＆ｍｃ＿ｄａｔａ１，１２）；／／由ｍｃ＿ｄａｔａ１所指内存区域复制１２个字节到ｂｕｆ所指内存区域

ＷｒｉｔｅＦｉｌｅ（ｈＤｅｖｉｃｅ，ｂｕｆ，ｎ，＆ｎＷｒｉｔｔｅｎ，ＮＵＬＬ）；／／该函数实现将数据写到ＳＤ卡的功能

ｆｒｅｅ（ｂｕｆ）；／／释放缓存……

另外，用户可在无网络的条件下，利用后台通过ＵＳＢ接口直接对前端进行控制。

３Ｇ模块为ＴＤＭ２３０无线传输模块。ＴＤＭ系列无线模块主要为语音、视频和数据业务提供无线传输功能；集成了完整的射频电路和ＴＤ－ＳＣＤＭＡ的基带电路，适

２、３Ｇ无线传输