基于GPRS的无线视频监控系统

1 引言

目前，远程视频监控系统已经广泛应用于工矿企业生产现场监控、电信机房监控、城市交通管理等领域。常见的远程视频监控系统大多是通过架设专用的有线媒介，或者租用电信运营商的通信线路传输视频信号。前者工程工期长，前期投入比较大，传输距离有限；后者受周边环境影响较大，可扩展性较差，这就造成在矿山等偏远地区和地形复杂地区的应用受到限制。
   
随着移动通信技术的发展，无线数据传输的速度有了很大提高。为了能够向GSM用户提供分组形式的数据业务，移动公司利用现有的GSM网络的绝大部分基础设施，进行软件的升级，形成了一种新的网络逻辑实体——通用分组无线业务(GeneralPacket Radio Service,GPRS)。中国移动GPRS网络覆盖率广，具有基于IP、实时在线、按流量计费、方便、性价比高等优点。通过GPRS网络传送用H.263等低比特图像压缩标准压缩的视频数据已成为远程视频实时监控系统的新选择。本文介绍一种基于GPRS网络的无线视频监控系统，该系统可以在不适合架设有线网络的特殊地理环境下，利用现有的中国移动GPRS网络和Internet代替传统的有线视频监控系统对远程目标进行视频监控。系统中采用嵌入式控制模块I-7188作为监控终端的主控制器。

2 系统结构

GPRS是一种新型的GSM数据业务，可在用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。GPRS采用分组交换技术，多个用户可共享某些固定的信道资源，免受上网断线之苦。GPRS数据传送速率理论上最高可达164 kb／s。虽然目前只支持53.3 kb／s的峰值传输速率，但是由于H.263等低比特图像压缩标准能以低于28.8 kb／s的码率对单帧或者活动帧视频进行压缩解压缩，因此，通过GPRS网络传送已压缩的视频信号是完全可行的。

整个无线视频监控系统分为现场视频采集站点、GPRS网络及远程视频服务器3部分，如图1所示。现场视频采集站点与远程视频服务器之间通过GPRS网络建立TCP连接，传送视频编码和控制指令。现场视频采集站点作为TCP连接的客户端，远程视频服务器作为TCP连接的服务端。现场视频采集站点在上电后自动寻找远程视频服务器。而远程视频服务器在与现场视频采集站点建立TCP连接后，通过发送指令远程控制视频采集的开始、结束以及是采用单帧采集还是连续帧采集。

2.1 现场视频采集站点

现场视频采集站点包括摄像头、云台、视频采集卡、I-7188嵌入式控制模块、GPRS Modem 5个模块，如图1所示。其中，摄像头可根据客户要求的清晰度、彩色／黑白、可控性等选择合适的型号，还可以增加云台来控制摄像头的动作。摄像头输出视频的制式要符合视频采集卡的要求。视频采集卡可以选择市面上符合H.263协议的视频采集卡成品，也可以根据需求，采用FPGA、DSP以及专用视频采集器件来实现。本系统设计选用北京百目公司生产的视频编码板-极目719EC。

2.1.1 极目719EC视频编码板
图像监控系统的设计重点之一是图像编解码。虽然GPRS网络的性能相对于GSM网络有了很大的提升。但是仍然无法满足动态图像传输的速度要求，因此，本系统采用北京百目公司自行研发的专有视频序列压缩算法CAMEC传输静态图像，并对图像的编解码步骤进行适当取舍。
CAMEC算法在保证一定性能的前提下具有计算量小的特点，可有效降低系统功耗和成本。极目系列产品全部采用CAMEC算法，已在实际应用中得到了各行业用户的肯定与好评。极目719EC编码板既可以输出采用帧内视频压缩方式生成的单帧编码，也可以输出基于帧间预测压缩方式生成的帧序列编码码流。一般单帧编码比较适用于照片存储类应用，而帧序列编码方式则适合传输类应用。另外，该视频压缩卡支持H.263图像压缩标准和CIF／QCIF格式，压缩帧率为1～25帧每秒，可调。

极目719EC编码板的主要功能是对输入的模拟视频信号进行量化、压缩、编码等处理，然后通过一个RS232串行数据口将压缩编码码流输出给主机设备。主机设备利用极目719EC的视频压缩编码板实现视频传送、视频存储等功能。

2.1.2 GPRS MODEM网络部分命令的应用

GPRS Modem内嵌了TCP／IP协议栈，可进行透明的数据传输。I-7188通过COM1口使用标准AT命令对GPRS Modem进行操作。GPRS Modem网络相关的部分指令如下：


2.1.3 视频采集站点的工作原理

首先，视频采集卡与控制器I-7188的COM3口相连，对输入的模拟视频信号进行量化、压缩、编码等处理。然后，通过COM3将压缩编码码流输出给控制器I-7188。I-7188的COM1口与GPRS Modem相连，I-7188通过COM1根据网络情况把输入的编码打包传送给GPRS Modem。GPRS Modem上电后自动依附到GPRS网络上，进入命令模式。