基于WiFi無線視頻傳輸技術(shù)的研究

摘要：隨著電力系統(tǒng)自動化水平的日益提高，人們對變電站監(jiān)控系統(tǒng)提出了越來越高的要求。結(jié)合變電站現(xiàn)場的實(shí)際需求，以及對嵌入式系統(tǒng)Wince和WiFi技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，文章提出了一套無線視頻傳輸系統(tǒng)。包括論述了系統(tǒng)各組成部分、涉及到的關(guān)鍵性技術(shù)問題，并驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。研究的成果為WiFi無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：WiFi；DirectShow；Wince；移動終端；監(jiān)控系統(tǒng)

0 引言
隨著電力體制改革的深入發(fā)展，國家電網(wǎng)為了提高經(jīng)濟(jì)效益，提高勞動生產(chǎn)率，都準(zhǔn)備在各變電站實(shí)行無人值守。而如今計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以及多媒體技術(shù)的高速發(fā)展使得這種通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的搭建成為可能。
傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)大部分都需要接入有線網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的功能，在空間和傳輸方式上有一點(diǎn)局限性，監(jiān)控設(shè)備不可能面面俱到。一旦由于自然災(zāi)害、操作不當(dāng)、設(shè)備老化等問題造成電力事故，而發(fā)生故障的地點(diǎn)是不確定的，搶修人員到達(dá)現(xiàn)場后，經(jīng)常由于沒有適合的監(jiān)控管理設(shè)備，致使搶修指揮中心無法及時(shí)、準(zhǔn)確地采集、存儲和監(jiān)管操作現(xiàn)場的實(shí)時(shí)信息。
隨著WiFi等無線技術(shù)的發(fā)展及普及，使得無線傳輸視頻數(shù)據(jù)成為可能。利用無線網(wǎng)絡(luò)的便捷性，現(xiàn)場可以隨時(shí)隨地將視頻傳輸?shù)街笓]中心，從而更好地與現(xiàn)場進(jìn)行交互?；谀壳半娏ΡO(jiān)控系統(tǒng)對這一領(lǐng)域市場的強(qiáng)烈需求，提出設(shè)計(jì)和開發(fā)出一套便攜式視頻傳輸系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)介紹
1．1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)大致可分為三個部分：無線移動終端、WiFi無線傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺，采用C／S架構(gòu)。如圖1所示。

(1)無線移動終端。無線移動終端是一部類似于PDA的手持設(shè)備，使用靈活、方便。設(shè)備自帶攝像頭、WiFi通信模塊等。終端客戶端軟件主要功能包括：視頻信號的采集、預(yù)覽、傳輸、拍照；系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置(如時(shí)間、背光等)；攝像頭參數(shù)設(shè)置(如亮度、飽和度等)。移動終端軟件涉及的功能比較多，實(shí)現(xiàn)難度比較大，是本文討論的重點(diǎn)。
(2)WiFi無線網(wǎng)絡(luò)。視頻信號采集后，經(jīng)過相應(yīng)的視頻編碼技術(shù)處理，將數(shù)據(jù)通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺，實(shí)時(shí)顯示和播放。
(3)監(jiān)控平臺。該監(jiān)控平臺是一臺PC服務(wù)器。
通過安裝監(jiān)控軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)視移動終端傳過來的視頻畫面并保存。
1．2 系統(tǒng)研究的技術(shù)基礎(chǔ)
(1)DirectShow技術(shù)。DirectShow是DircctX中的一員，它為Windows平臺上處理各種格式的媒體文件播放、音視頻采集等高性能要求的多媒體應(yīng)用提供了完整的解決方案。
在DirectShow的開發(fā)技術(shù)中，比較重要的一個概念就是過濾器(Filter)，過濾器處于DirectShow技術(shù)的核心地位，一個基于DirectShow的程序的核心功能都是由若干個過濾器實(shí)現(xiàn)的，過濾器大致分三種，分別是源過濾器(Source filter)、變換過濾器(Transform filter)、表現(xiàn)過濾器(Render filter)，在一個具體的應(yīng)用中，這三種過濾器構(gòu)成了一個過濾器圖(Filter graph)，由一個過濾器圖管理器(Filtcr grap hmanager)來管理這個圖表中的所有過濾器，應(yīng)用程序則通過事件和命令來和過濾器圖管理器打交道，從而控制所有的功能。DirectShow的體系框架如圖2所示。

(2)WiFi通信技術(shù)。WiFi全稱Wireless Fidelity，又稱802．11b標(biāo)準(zhǔn)，是1EEE定義的一個無線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(IEE 802．11)。WiFi無線傳輸技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在：
·架設(shè)方便，免去了現(xiàn)場長工期的布線安裝工程。
·覆蓋范圍廣，WiFi的半徑可達(dá)300feet左右，約合100m。一般只需安裝一個或多個AP設(shè)備，就可以解決現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)通信問題，根據(jù)實(shí)際測得的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場一般間隔30m安裝一個AP。
·投資經(jīng)濟(jì)。有線網(wǎng)絡(luò)的固有缺點(diǎn)就是缺乏靈活性，在有線接入網(wǎng)規(guī)劃中，考慮到未來的發(fā)展，大量的超前投資往往會出現(xiàn)線路利用率低的情況。而WiFi的規(guī)劃就可以隨著用戶的增加而逐步擴(kuò)展，而不需要重新布線，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。
·傳輸速度快，最高可達(dá)到54Mbit／s，完全滿足視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?br /> (3)視頻編解碼技術(shù)。通過移動終端攝像頭采集的視頻圖像數(shù)據(jù)是相當(dāng)龐大的，如不經(jīng)過壓縮處理，要想對一幀原始視頻圖像進(jìn)行數(shù)字化傳輸?shù)脑?如本系統(tǒng)攝像頭輸出視頻像素格式為320×240，每個像素占用16bit，速度為每秒30幀)則要求傳輸能力要達(dá)到320×240×16×30= 35．16Mbit／s。所以未壓縮的視頻在一般的通信網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖菬o法想象的。
所謂視頻編碼技術(shù)就是指通過特定的壓縮技術(shù)，將原始的視頻流轉(zhuǎn)換成另一種視頻流的方式。目前視頻流傳輸中最為重要的編解碼標(biāo)準(zhǔn)有ITU的H．263、H．264，ISO運(yùn)動圖像專家組的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)，此外在互聯(lián)網(wǎng)上被廣泛應(yīng)用的還有Real-Networks的Real Video、微軟公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2．1 無線移動終端
2．1．1 硬件設(shè)計(jì)
移動終端采用Wince操作系統(tǒng)，硬件平臺基于TI的OMAP3530嵌入式高端CPU，主頻可達(dá)600MHz。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖3所示。