基于WiFi無線視頻傳輸技術的研究

摘要：隨著電力系統自動化水平的日益提高，人們對變電站監控系統提出了越來越高的要求。結合變電站現場的實際需求，以及對嵌入式系統Wince和WiFi技術研究的基礎上，文章提出了一套無線視頻傳輸系統。包括論述了系統各組成部分、涉及到的關鍵性技術問題，并驗證了系統設計的正確性。研究的成果為WiFi無線網絡應用于電力系統遠程視頻監控奠定了基礎。
關鍵詞：WiFi；DirectShow；Wince；移動終端；監控系統

0 引言
隨著電力體制改革的深入發展，國家電網為了提高經濟效益，提高勞動生產率，都準備在各變電站實行無人值守。而如今計算機技術、網絡技術、以及多媒體技術的高速發展使得這種通過網絡實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網絡才能實現監控的功能，在空間和傳輸方式上有一點局限性，監控設備不可能面面俱到。一旦由于自然災害、操作不當、設備老化等問題造成電力事故，而發生故障的地點是不確定的，搶修人員到達現場后，經常由于沒有適合的監控管理設備，致使搶修指揮中心無法及時、準確地采集、存儲和監管操作現場的實時信息。
隨著WiFi等無線技術的發展及普及，使得無線傳輸視頻數據成為可能。利用無線網絡的便捷性，現場可以隨時隨地將視頻傳輸到指揮中心，從而更好地與現場進行交互?；谀壳半娏ΡO控系統對這一領域市場的強烈需求，提出設計和開發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部分：無線移動終端、WiFi無線傳輸網絡和監控平臺，采用C／S架構。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的手持設備，使用靈活、方便。設備自帶攝像頭、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、預覽、傳輸、拍照；系統參數的設置(如時間、背光等)；攝像頭參數設置(如亮度、飽和度等)。移動終端軟件涉及的功能比較多，實現難度比較大，是本文討論的重點。
(2)WiFi無線網絡。視頻信號采集后，經過相應的視頻編碼技術處理，將數據通過WiFi無線網絡傳輸到監控平臺，實時顯示和播放。
(3)監控平臺。該監控平臺是一臺PC服務器。
通過安裝監控軟件可以實時監視移動終端傳過來的視頻畫面并保存。
1．2 系統研究的技術基礎
(1)DirectShow技術。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的開發技術中，比較重要的一個概念就是過濾器(Filter)，過濾器處于DirectShow技術的核心地位，一個基于DirectShow的程序的核心功能都是由若干個過濾器實現的，過濾器大致分三種，分別是源過濾器(Source filter)、變換過濾器(Transform filter)、表現過濾器(Render filter)，在一個具體的應用中，這三種過濾器構成了一個過濾器圖(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。WiFi全稱Wireless Fidelity，又稱802．11b標準，是1EEE定義的一個無線網絡通信的工業標準(IEE 802．11)。WiFi無線傳輸技術優勢體現在：
·架設方便，免去了現場長工期的布線安裝工程。
·覆蓋范圍廣，WiFi的半徑可達300feet左右，約合100m。一般只需安裝一個或多個AP設備，就可以解決現場的網絡通信問題，根據實際測得的經驗，現場一般間隔30m安裝一個AP。
·投資經濟。有線網絡的固有缺點就是缺乏靈活性，在有線接入網規劃中，考慮到未來的發展，大量的超前投資往往會出現線路利用率低的情況。而WiFi的規劃就可以隨著用戶的增加而逐步擴展，而不需要重新布線，具有較強的經濟性。
·傳輸速度快，最高可達到54Mbit／s，完全滿足視頻數據傳輸的要求。
(3)視頻編解碼技術。通過移動終端攝像頭采集的視頻圖像數據是相當龐大的，如不經過壓縮處理，要想對一幀原始視頻圖像進行數字化傳輸的話(如本系統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到320×240×16×30= 35．16Mbit／s。所以未壓縮的視頻在一般的通信網絡上傳輸的是無法想象的。
所謂視頻編碼技術就是指通過特定的壓縮技術，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運動圖像專家組的MPEG系列標準，此外在互聯網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 系統實現
2．1 無線移動終端
2．1．1 硬件設計
移動終端采用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。