基于POE技術(shù)的船用視頻監控系統硬件設計

POE(Power Over Ethernet) 也被稱(chēng)為基于局域網(wǎng)的供電系統或有源以太網(wǎng)( Active Ethernet)，有時(shí)也被簡(jiǎn)稱(chēng)為以太網(wǎng)供電.這是利用現存標準以太網(wǎng)傳輸電纜的同時(shí)傳送數據和電功率的最新標準規范，并保持了與現存以太網(wǎng)系統和用戶(hù)的兼容性.POE 技術(shù)在為一些基于IP 的終端( 如IP 電話(huà)機.無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接入點(diǎn)AP.網(wǎng)絡(luò )攝像機等) 傳輸數據信號的同時(shí)，還能為此類(lèi)設備提供直流供電的技術(shù).

在確?，F有結構化布線(xiàn)安全的同時(shí)，保證現有網(wǎng)絡(luò )的正常運作，最大限度地降低成本.一個(gè)完整的POE 系統包括供電端設備(Power Sourcing Equipment,PSE) 和受電端設備(Powered Device,PD) 兩部分.PSE 設備是為以太網(wǎng)客戶(hù)端設備供電的設備，同時(shí)也是整個(gè)POE 以太網(wǎng)供電過(guò)程的管理者;而PD 設備是接受供電的PSE 負載，即POE 系統的客戶(hù)端設備.

1 視頻監控系統簡(jiǎn)介

視頻監控系統按照視頻信號傳輸的制式不同，可分為模擬視頻監控系統和數字視頻監控系統兩大類(lèi).其中，模擬制式視頻監控系統組成框圖如圖1 所示.

圖1 所示的模擬制式視頻監控系統主要由前端設備( 攝像機.鏡頭.云臺.解碼器等).視頻矩陣及監控系統主機三部分組成.其中，視頻矩陣一般與主機在同一安裝位置，視頻矩陣至前端設備之間傳輸的是模擬復合視頻信號.模擬復合視頻信號為前端設備采集的現場(chǎng)信息，經(jīng)視頻矩陣傳送至監控主機，監控主機的控制信號經(jīng)串口傳送至解碼器，經(jīng)解碼器解碼后實(shí)現對前端設備的控制.目前，模擬視頻監控系統主要存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是電纜和部件數量多，不適宜遠距離傳輸，遇到故障時(shí)排除效率低;二是可擴容性差;三是兼容性差，不利于與其他設備進(jìn)行資源融合.

近年來(lái)，隨著(zhù)計算機.網(wǎng)絡(luò )以及圖像處理.傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監控技術(shù)有了較快的發(fā)展，模擬視頻監控系統已逐漸被網(wǎng)絡(luò )化數字視頻監控系統所替代，其系統組成如圖2 所示.

圖2 中的網(wǎng)絡(luò )化數字視頻監控系統主要由用戶(hù)顯示控制終端.接入/ 交換設備.網(wǎng)絡(luò )編解碼器.前端設備( 攝像機.鏡頭.云臺等) 四部分組成.攝像機采集的現場(chǎng)視頻信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò )編解碼器數字化后輸出至接入/ 交換設備的網(wǎng)絡(luò )接口板，然后再經(jīng)接入/ 交換設備進(jìn)入干線(xiàn)網(wǎng)傳輸.用戶(hù)終端經(jīng)授權后可進(jìn)行查看，控制終端的控制信號經(jīng)接入/ 交換設備.網(wǎng)絡(luò )編解碼器送至解碼前端設備解碼器，經(jīng)解碼器解碼后實(shí)現對前端設備的控制.

因監視前端設備采用的是分布化接入.分布式處理，故大大降低了網(wǎng)絡(luò )化數字視頻監控系統主機的工作量.同時(shí)，因為系統的開(kāi)放性，交換子網(wǎng)和資源子網(wǎng)相互獨立，交換子網(wǎng)為資源子網(wǎng)提供開(kāi)放的接口，這也為后期監控系統的可擴展性提供了無(wú)限的可能性.

2 基于POE 技術(shù)的船用網(wǎng)絡(luò )監控系統設計

針對目前傳統監控系統的以上特點(diǎn)，結合目前成熟的POE 技術(shù)應用，下面提出了一種面向船用的新型的網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統的硬件系統設計方案.

系統硬件設備主要包含前端設備( 室內一體機.室外云臺.室外攝像機.防護罩等).接入/ 交換設備.系統主機和多用戶(hù)終端四大部分;系統組成如圖3 所示.

根據圖3 所示，室外攝像云臺一體機以及室內攝像云臺一體機的供電由帶POE 功能的接入/ 交換設備提供，云臺及攝像機的控制由用戶(hù)顯示控制終端或主機通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口送至接入/ 交換設備，進(jìn)入干線(xiàn)，然后經(jīng)交換設備內的路由選擇.傳輸后輸出至相應的接入/ 交換設備網(wǎng)絡(luò )接口板，再經(jīng)對應前端設備識別后輸出至相應前端設備.由室內外攝像機采集的視頻信息經(jīng)前端設備編解碼器數字化后經(jīng)網(wǎng)絡(luò )接口輸出至接入/ 交換設備，然后再經(jīng)接入/ 交換設備入干線(xiàn)，用戶(hù)顯示控制終端經(jīng)授權后可進(jìn)行查看.下面簡(jiǎn)要描述系統各主要分機的設計原理.2.1 前端設備設計原理

前端設備主要分為室內和室外兩種類(lèi)型：室內型前端設備主要由攝像云臺一體機和前端設備編解碼器組成;室外型的前端設備主要由前端設備編解碼器.攝像機.鏡頭.云臺.護罩幾部分組成.其中，除去前端設備編解碼器需要自行設計外，其余部件可直接采購.前端設備編解碼器為帶PD 功能的編解碼器，為了兼容，室內外前端設備采用同一型號的編解碼器.考慮到室外設備的防風(fēng)性，云臺的最大載重設計為5 kg,最大功率為30 W;攝像機和鏡頭功率約為15 W,因此供電端最大功率45 W即可滿(mǎn)足要求.本設計采用MAX5986 作為以太網(wǎng)供電的控制器，其可提供單端最大70 W的功率輸出，可滿(mǎn)足室內外前端設備的供電需求.圖4 所示是前端設備編解碼器的設計原理圖.

如圖4 所示， 前端設備編解碼器主要由視頻AD(TVP5158).DSP 視頻處理芯片TMS320DM6467.PD