基于WMN的无线视频监控系统的设计

摘  要： 结合无线Mesh网络(WMN)的技术特性和网络视频监控的新要求，提出了一种基于WMN的视频监控系统设计方案。监控终端通过摄像机和基于嵌入式Linux平台的视频服务器完成视频采集和压缩，利用WMN进行实时传输，监控中心在Mesh网络的覆盖范围内通过因特网进行视频数据接收，实现无线视频监控。实验测试结果表明，该系统播放流畅、实时性好，在无线视频监控中具有广泛的应用前景。
关键词： 无线Mesh网络；视频监控；嵌入式Linux
   　视频监控系统是信息社会的重要基础设施之一，无线化、网络化、智能化和数字化是其重要发展方向。近年来，一种新一代无线通信网--无线Mesh网WMN(Wireless Mesh Network)技术引起业界的重视和研究。由于它具备组网迅速、结构灵活、传输速率大、可靠性强、成本低等突出的优点，满足了市场对网络视频监控的新需求，势必会拓宽视频监控的应用范围[1]。因此，在视频监控系统中引入WMN技术后将具有如下特点：
　(1)高效和灵活的网络覆盖方式。相对于传统的有线网络，采用无线网络可以在原来不便或无法部署有线网络的区域实现无线监控。
　(2)施工容易，建设成本低。WMN仅需少量的网络布线，基本不用建设新的网络基础设施，结合整体规划可最大限度降低建设成本。
　(3)部署快捷，扩展灵活。WMN具有自组网和自管理能力，视频监控点建成即接入监控网，自动地建立与监控中心最佳的传输路由，并且视频监控点可随时插入和删除。
　(4)具有链路故障自愈能力，通信可靠性高。由于采用无线网状网(Mesh)结构，多跳路由方式，可以利用迂回路由避开故障节点，保证系统具有较好的健壮性。
1 基于WMN的视频监控系统方案
　WMN作为移动Ad Hoc网络(MANET)的一种特殊形态，融合了WLAN和Ad Hoc网络的优点，成为一种新型的宽带无线网络。其核心思想是让网络中的每个节点都可以发送和接收信号，使得传统的WLAN中一直存在的可伸缩性低和健壮性差等诸多问题迎刃而解[2]。与传统无线网络技术相比，WMN更能适应网络视频监控的发展。
　考虑到业务功能的灵活性，本文构建了一种较为通用的视频监控网络平台，由单个Mesh终端节点构搭建WMN如图1所示，视频监控系统主要有监控节点(终端)和监控中心两部分组成。在监控现场，多个具有路由转发功能的终端节点互联构成无线Mesh网络骨干网，视频监控终端具有视频服务器功能，负责完成监控现场视频采集、压缩、无线路由及收发数据等功能，并以无线方式将视频流传输到与监控中心相连的Mesh网关；监控中心具有浏览器功能，接收来自监控终端的视频数据流，并进行解压、播放、存储等处理，同时可通过Internet完成视频转发和各种视频遥控功能。
   
   2 系统硬件结构
　视频监控终端硬件结构如图2所示。考虑到监控终端对视频压缩能力、无线移动特性和低功耗的要求，采用华恒公司的专用Freescale处理器i.MX21作为主控芯片。它集成了支持MPEG-4标准的硬件编解码器和ARM9内核，功耗仅为200 mW。复合视频信号经SAA7l13的模拟端输入，经过模数转换、滤波和缩放后，生成BT.656格式的视频，输出到i.MX21。i.MX21对视频进行MPEG-4格式的压缩编码，将数据流经USB控制器扩展的USB2.0接口输出到VT6656模块。VT6656模块包含一个集成了MAC和基带处理器的芯片以及一个集成了功率放大器和天线的芯片，其支持IEEE 802.11b/g无线传输。
   
   3 系统软件结构
　视频监控系统软件结构如图3所示。视频监控终端(服务器)采用基于Linux操作系统的ARM9嵌入式系统作为视频监控节点的软硬件平台，视频监控中心采用基于DirectShow的客户端软件进行开发设计，整个系统软件采用模块化结构设计。