基于電力線載波的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

黃筱倩 邵恒康 陳海生

【摘要】 針對現(xiàn)代視頻監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的傳輸和線路的架設(shè)需要耗費大量的人力、物力問題，利用電力線載波通信技術(shù)，設(shè)計了一種利用電力線傳輸視頻信號的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。以新一代HomePlug電力線通信芯片QCA6410為核心，通過電力線載波傳輸視頻數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 電力線載波 QCA6410 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控被廣泛應(yīng)用到各種生產(chǎn)、管理、檢測領(lǐng)域。目前市場上的監(jiān)控產(chǎn)品主要分為兩類—模擬攝像機和IPC攝像機。模擬攝像機通過同軸電纜傳輸視頻信號，這種方式的缺點就是支持的像素不高，一般為200W像素以下；另一種就是IPC（網(wǎng)路攝像機），是將視頻流通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)臄z像機。

以上兩種市場上的監(jiān)控產(chǎn)品的缺點是視頻監(jiān)控的視頻數(shù)據(jù)的傳輸通常使用光纖、寬帶網(wǎng)絡(luò)、雙絞線等方式作為傳輸媒介，在生產(chǎn)和安裝過程中需要消耗大量的人力、物力。本文所介紹的電力線載波傳輸技術(shù)，利用廣泛存在的電力線網(wǎng)絡(luò)作為視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，能夠有效?jié)省生產(chǎn)和線路架設(shè)的成本。以高通公司QCA6410作為電力線載波視頻傳輸模塊，能夠快速組網(wǎng)實現(xiàn)多點監(jiān)控和穩(wěn)定地傳輸視頻數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能夠免除煩瑣的視頻數(shù)據(jù)線路的生產(chǎn)、架設(shè)安裝，具有節(jié)約成本、即插即用等優(yōu)點。實驗表明，該視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有節(jié)省成本、安裝方便、圖像清晰、兼容目前市場IPC等特點。

一、電力線載波視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

本系統(tǒng)在視頻數(shù)據(jù)采集端使用目前市場上所使用的IPC攝像頭，主要設(shè)計基于QCA6410的電力線載波傳輸模塊，QCA6410支持IEEE 1901/HomePlug AV電力線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具備200Mbps的網(wǎng)絡(luò)性能，在單芯片內(nèi)同時整合了內(nèi)存、10/100以太網(wǎng)PHY、模擬前段/線路驅(qū)動和電源管理單元。以下為本系統(tǒng)的整體設(shè)計框圖。

二、系統(tǒng)硬件的設(shè)計和實現(xiàn)

2.1 視頻采集

在本系統(tǒng)中，攝像頭使用了目前市場上通用的IPC攝像頭。結(jié)合實際，目前IPC攝像頭國內(nèi)發(fā)展得已經(jīng)比較成熟。各大廠商都有自己成熟的解決方案，例如TI的達(dá)芬奇平臺、華為海思的Hi3516/Hi3518平臺等等。所以在視頻數(shù)據(jù)采集到網(wǎng)絡(luò)編碼輸出這塊，可以直接使用市場上的成熟產(chǎn)品，這樣開發(fā)周期可以明顯減端，成本壓縮，穩(wěn)定性高。

所以本論文的主要目標(biāo)是設(shè)計一種穩(wěn)定、高速并且可以兼容各個廠商IPC攝像頭的電力線傳輸方案。在本系統(tǒng)中，視頻使用了華為海思Hi3518E的解決方案。

2.2 電力線載波收發(fā)模塊

電力線載波通訊模塊是本設(shè)計的核心。該模塊主要負(fù)責(zé)接收IPC攝像頭發(fā)出的視頻網(wǎng)絡(luò)包，然后進行正交頻分復(fù)用（OFDM）編碼將數(shù)據(jù)調(diào)制到電力線上面。本模主要由QCA6410電力線調(diào)制控制芯片和AR1500模擬前端組成。QCA6410是高通公司基于HomePlugAV技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)的EOC芯片，其物理層使用OFDM調(diào)制方式，它是將待發(fā)送信息碼元通過并換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。同時它使用循環(huán)前綴（CP）作為保護間隔大大少甚至消除了碼間干擾，并且保證了各信道間的正交性從而大大減少了信道間干擾。OFDM中個載波頻譜有1/2重疊正交，這樣提高了OFDM調(diào)制方式的頻譜利用率。在接收端通過相關(guān)解調(diào)技術(shù)離出各載波同時消除碼間干擾的影響。QCA6410去除低頻干的頻段后，在7.5-30MHz頻段使用917個子載波；功率譜密度可編程，以滿足不同國家的頻率管制；每個子載波可以單獨進行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM調(diào)制；采用TurboFEC錯誤校驗；物理層線路速率達(dá)到200Mbps，在Cable中，傳輸距離可以達(dá)1KM，傳輸效率100Mbps。下圖為電力線載波模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

三、系統(tǒng)軟件的設(shè)計和實現(xiàn)

本系統(tǒng)中的攝像頭采用海思方案。下圖是該方案的內(nèi)部軟件處理流程。

1、VI 模塊捕獲視頻圖像，可對其做剪切、縮放、鏡像等處理，并輸出多路不同分辨率的圖像數(shù)據(jù)

2、解碼模塊對編碼后的視頻碼流進行解碼，并將解析后的圖像數(shù)據(jù)送 VPSS 進行圖像處理或直接送 VO 顯示。可對 H264/VC1/MPEG4/MPEG2/AVS 格式的視頻碼流進行解碼。

3、VPSS 模塊接收 VI 和解碼模塊發(fā)送過來的圖像，可對圖像進行去噪、圖像增強、銳化等處理，并實現(xiàn)同源輸出多路不同分辨率的圖像數(shù)據(jù)用于編碼、預(yù)覽或抓拍。

編碼模塊接收 VI 捕獲并經(jīng) VPSS 處理后輸出的圖像數(shù)據(jù)，可疊加用戶通過 Region模塊設(shè)置的 OSD 圖像，然后按不同協(xié)議進行編碼并輸出相應(yīng)碼流。

4、VDA 模塊接收 VI 的輸出圖像，并進行移動偵測和遮擋偵測，最后輸出偵測分析結(jié)果。

5、VO 模塊接收 VPSS 處理后的輸出圖像，可進行播放控制等處理，最后按用戶配置的輸出協(xié)議輸出給外圍視頻設(shè)備。

6、AI 模塊捕獲音頻數(shù)據(jù)，然后 AENC 模塊支持按多種音頻協(xié)議對其進行編碼，最后輸出音頻碼流。

用戶從網(wǎng)絡(luò)或外圍存儲設(shè)備獲取的音頻碼流可直接送給ADEC 模塊， ADEC 支持解碼多種不同的音頻格式碼流，解碼后數(shù)據(jù)送給 AO 模塊即可播放聲音。

四、結(jié)論

基于電力線載波的視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用電力線做為傳輸介質(zhì)，短距離進行視頻 數(shù)據(jù)的傳輸，利用廣泛存在的電力線網(wǎng)實現(xiàn)視頻監(jiān)控。在經(jīng)濟效應(yīng)上達(dá)到了節(jié)約布線成本、人力施工成本等等，在實現(xiàn)效果上，解決了家庭監(jiān)控系統(tǒng)有線方式布線難、無線方式信號差的問題。。實驗表明該方案可行，能夠應(yīng)用于停車場、工廠、倉庫、家庭、銀行等領(lǐng)域，具有廣泛的市場應(yīng)用前景。

參 考 文 獻

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