基于WiFi無(wú)線(xiàn)視頻傳輸技術(shù)的研究

摘要：隨著(zhù)電力系統自動(dòng)化水平的日益提高，人們對變電站監控系統提出了越來(lái)越高的要求。結合變電站現場(chǎng)的實(shí)際需求，以及對嵌入式系統Wince和WiFi技術(shù)研究的基礎上，文章提出了一套無(wú)線(xiàn)視頻傳輸系統。包括論述了系統各組成部分、涉及到的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題，并驗證了系統設計的正確性。研究的成果為WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應用于電力系統遠程視頻監控奠定了基礎。
關(guān)鍵詞：WiFi；DirectShow；Wince；移動(dòng)終端；監控系統

0 引言
隨著(zhù)電力體制改革的深入發(fā)展，國家電網(wǎng)為了提高經(jīng)濟效益，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，都準備在各變電站實(shí)行無(wú)人值守。而如今計算機技術(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(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)遠程視頻監控系統的搭建成為可能。
傳統的監控系統大部分都需要接入有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )才能實(shí)現監控的功能，在空間和傳輸方式上有一點(diǎn)局限性，監控設備不可能面面俱到。一旦由于自然災害、操作不當、設備老化等問(wèn)題造成電力事故，而發(fā)生故障的地點(diǎn)是不確定的，搶修人員到達現場(chǎng)后，經(jīng)常由于沒(méi)有適合的監控管理設備，致使搶修指揮中心無(wú)法及時(shí)、準確地采集、存儲和監管操作現場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息。
隨著(zhù)WiFi等無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展及普及，使得無(wú)線(xiàn)傳輸視頻數據成為可能。利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的便捷性，現場(chǎng)可以隨時(shí)隨地將視頻傳輸到指揮中心，從而更好地與現場(chǎng)進(jìn)行交互?；谀壳半娏ΡO控系統對這一領(lǐng)域市場(chǎng)的強烈需求，提出設計和開(kāi)發(fā)出一套便攜式視頻傳輸系統。

1 系統架構介紹
1．1 系統組成
本系統大致可分為三個(gè)部分：無(wú)線(xiàn)移動(dòng)終端、WiFi無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )和監控平臺，采用C／S架構。如圖1所示。

(1)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)終端。無(wú)線(xiàn)移動(dòng)終端是一部類(lèi)似于PDA的手持設備，使用靈活、方便。設備自帶攝像頭、WiFi通信模塊等。終端客戶(hù)端軟件主要功能包括：視頻信號的采集、預覽、傳輸、拍照；系統參數的設置(如時(shí)間、背光等)；攝像頭參數設置(如亮度、飽和度等)。移動(dòng)終端軟件涉及的功能比較多，實(shí)現難度比較大，是本文討論的重點(diǎn)。
(2)WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。視頻信號采集后，經(jīng)過(guò)相應的視頻編碼技術(shù)處理，將數據通過(guò)WiFi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸到監控平臺，實(shí)時(shí)顯示和播放。
(3)監控平臺。該監控平臺是一臺PC服務(wù)器。
通過(guò)安裝監控軟件可以實(shí)時(shí)監視移動(dòng)終端傳過(guò)來(lái)的視頻畫(huà)面并保存。
1．2 系統研究的技術(shù)基礎
(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用提供了完整的解決方案。
在DirectShow的開(kāi)發(fā)技術(shù)中，比較重要的一個(gè)概念就是過(guò)濾器(Filter)，過(guò)濾器處于DirectShow技術(shù)的核心地位，一個(gè)基于DirectShow的程序的核心功能都是由若干個(gè)過(guò)濾器實(shí)現的，過(guò)濾器大致分三種，分別是源過(guò)濾器(Source filter)、變換過(guò)濾器(Transform filter)、表現過(guò)濾器(Render filter)，在一個(gè)具體的應用中，這三種過(guò)濾器構成了一個(gè)過(guò)濾器圖(Filter graph)，由一個(gè)過(guò)濾器圖管理器(Filtcr grap hmanager)來(lái)管理這個(gè)圖表中的所有過(guò)濾器，應用程序則通過(guò)事件和命令來(lái)和過(guò)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(chēng)Wireless Fidelity，又稱(chēng)802．11b標準，是1EEE定義的一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信的工業(yè)標準(IEE 802．11)。WiFi無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)優(yōu)勢體現在：
·架設方便，免去了現場(chǎng)長(cháng)工期的布線(xiàn)安裝工程。
·覆蓋范圍廣，WiFi的半徑可達300feet左右，約合100m。一般只需安裝一個(gè)或多個(gè)AP設備，就可以解決現場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò )通信問(wèn)題，根據實(shí)際測得的經(jīng)驗，現場(chǎng)一般間隔30m安裝一個(gè)AP。
·投資經(jīng)濟。有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的固有缺點(diǎn)就是缺乏靈活性，在有線(xiàn)接入網(wǎng)規劃中，考慮到未來(lái)的發(fā)展，大量的超前投資往往會(huì )出現線(xiàn)路利用率低的情況。而WiFi的規劃就可以隨著(zhù)用戶(hù)的增加而逐步擴展，而不需要重新布線(xiàn)，具有較強的經(jīng)濟性。
·傳輸速度快，最高可達到54Mbit／s，完全滿(mǎn)足視頻數據傳輸的要求。
(3)視頻編解碼技術(shù)。通過(guò)移動(dòng)終端攝像頭采集的視頻圖像數據是相當龐大的，如不經(jīng)過(guò)壓縮處理，要想對一幀原始視頻圖像進(jìn)行數字化傳輸的話(huà)(如本系統攝像頭輸出視頻像素格式為320×240，每個(gè)像素占用16bit，速度為每秒30幀)則要求傳輸能力要達到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 )上傳輸的是無(wú)法想象的。
所謂視頻編碼技術(shù)就是指通過(guò)特定的壓縮技術(shù)，將原始的視頻流轉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準有ITU的H．263、H．264，ISO運動(dòng)圖像專(zhuān)家組的MPEG系列標準，此外在互聯(lián)網(wǎng)上被廣泛應用的還有Real-Networks的Real Video、微軟公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。

2 系統實(shí)現
2．1 無(wú)線(xiàn)移動(dòng)終端
2．1．1 硬件設計
移動(dòng)終端采用Wince操作系統，硬件平臺基于TI的OMAP3530嵌入式高端CPU，主頻可達600MHz。系統硬件架構如圖3所示。