基于POE技术的船用视频监控系统硬件设计

POE(Power Over Ethernet) 也被称为基于局域网的供电系统或有源以太网( Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电.这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性.POE 技术在为一些基于IP 的终端( 如IP 电话机.无线局域网接入点AP.网络摄像机等) 传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术.

在确保现有结构化布线安全的同时，保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本.一个完整的POE 系统包括供电端设备(Power Sourcing Equipment,PSE) 和受电端设备(Powered Device,PD) 两部分.PSE 设备是为以太网客户端设备供电的设备，同时也是整个POE 以太网供电过程的管理者;而PD 设备是接受供电的PSE 负载，即POE 系统的客户端设备.

1 视频监控系统简介

视频监控系统按照视频信号传输的制式不同，可分为模拟视频监控系统和数字视频监控系统两大类.其中，模拟制式视频监控系统组成框图如图1 所示.

图1 所示的模拟制式视频监控系统主要由前端设备( 摄像机.镜头.云台.解码器等).视频矩阵及监控系统主机三部分组成.其中，视频矩阵一般与主机在同一安装位置，视频矩阵至前端设备之间传输的是模拟复合视频信号.模拟复合视频信号为前端设备采集的现场信息，经视频矩阵传送至监控主机，监控主机的控制信号经串口传送至解码器，经解码器解码后实现对前端设备的控制.目前，模拟视频监控系统主要存在以下几个特点：一是电缆和部件数量多，不适宜远距离传输，遇到故障时排除效率低;二是可扩容性差;三是兼容性差，不利于与其他设备进行资源融合.

近年来，随着计算机.网络以及图像处理.传输技术的飞速发展，视频监控技术有了较快的发展，模拟视频监控系统已逐渐被网络化数字视频监控系统所替代，其系统组成如图2 所示.

图2 中的网络化数字视频监控系统主要由用户显示控制终端.接入/ 交换设备.网络编解码器.前端设备( 摄像机.镜头.云台等) 四部分组成.摄像机采集的现场视频信息经网络编解码器数字化后输出至接入/ 交换设备的网络接口板，然后再经接入/ 交换设备进入干线网传输.用户终端经授权后可进行查看，控制终端的控制信号经接入/ 交换设备.网络编解码器送至解码前端设备解码器，经解码器解码后实现对前端设备的控制.

因监视前端设备采用的是分布化接入.分布式处理，故大大降低了网络化数字视频监控系统主机的工作量.同时，因为系统的开放性，交换子网和资源子网相互独立，交换子网为资源子网提供开放的接口，这也为后期监控系统的可扩展性提供了无限的可能性.

2 基于POE 技术的船用网络监控系统设计

针对目前传统监控系统的以上特点，结合目前成熟的POE 技术应用，下面提出了一种面向船用的新型的网络视频监控系统的硬件系统设计方案.

系统硬件设备主要包含前端设备( 室内一体机.室外云台.室外摄像机.防护罩等).接入/ 交换设备.系统主机和多用户终端四大部分;系统组成如图3 所示.

根据图3 所示，室外摄像云台一体机以及室内摄像云台一体机的供电由带POE 功能的接入/ 交换设备提供，云台及摄像机的控制由用户显示控制终端或主机通过网络接口送至接入/ 交换设备，进入干线，然后经交换设备内的路由选择.传输后输出至相应的接入/ 交换设备网络接口板，再经对应前端设备识别后输出至相应前端设备.由室内外摄像机采集的视频信息经前端设备编解码器数字化后经网络接口输出至接入/ 交换设备，然后再经接入/ 交换设备入干线，用户显示控制终端经授权后可进行查看.下面简要描述系统各主要分机的设计原理.2.1 前端设备设计原理

前端设备主要分为室内和室外两种类型：室内型前端设备主要由摄像云台一体机和前端设备编解码器组成;室外型的前端设备主要由前端设备编解码器.摄像机.镜头.云台.护罩几部分组成.其中，除去前端设备编解码器需要自行设计外，其余部件可直接采购.前端设备编解码器为带PD 功能的编解码器，为了兼容，室内外前端设备采用同一型号的编解码器.考虑到室外设备的防风性，云台的最大载重设计为5 kg,最大功率为30 W;摄像机和镜头功率约为15 W,因此供电端最大功率45 W即可满足要求.本设计采用MAX5986 作为以太网供电的控制器，其可提供单端最大70 W的功率输出，可满足室内外前端设备的供电需求.图4 所示是前端设备编解码器的设计原理图.

如图4 所示， 前端设备编解码器主要由视频AD(TVP5158).DSP 视频处理芯片TMS320DM6467.PD 取电电路(MAX5986 电路) 以及DC-DC 电路几部分组成.

来自摄像机的复合视频信号经视