基于POE技術的船用視頻監控系統硬件設計

POE(Power Over Ethernet) 也被稱為基于局域網的供電系統或有源以太網( Active Ethernet)，有時也被簡稱為以太網供電.這是利用現存標準以太網傳輸電纜的同時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系統和用戶的兼容性.POE 技術在為一些基于IP 的終端( 如IP 電話機.無線局域網接入點AP.網絡攝像機等) 傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術.

在確保現有結構化布線安全的同時，保證現有網絡的正常運作，最大限度地降低成本.一個完整的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 設備是為以太網客戶端設備供電的設備，同時也是整個POE 以太網供電過程的管理者;而PD 設備是接受供電的PSE 負載，即POE 系統的客戶端設備.

1 視頻監控系統簡介

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.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信息，經視頻矩陣傳送至監控主機，監控主機的控制信號經串口傳送至解碼器，經解碼器解碼后實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特點：一是電纜和部件數量多，不適宜遠距離傳輸，遇到故障時排除效率低;二是可擴容性差;三是兼容性差，不利于與其他設備進行資源融合.

近年來，隨著計算機.網絡以及圖像處理.傳輸技術的飛速發展，視頻監控技術有了較快的發展，模擬視頻監控系統已逐漸被網絡化數字視頻監控系統所替代，其系統組成如圖2 所示.

圖2 中的網絡化數字視頻監控系統主要由用戶顯示控制終端.接入/ 交換設備.網絡編解碼器.前端設備( 攝像機.鏡頭.云臺等) 四部分組成.攝像機采集的現場視頻信息經網絡編解碼器數字化后輸出至接入/ 交換設備的網絡接口板，然后再經接入/ 交換設備進入干線網傳輸.用戶終端經授權后可進行查看，控制終端的控制信號經接入/ 交換設備.網絡編解碼器送至解碼前端設備解碼器，經解碼器解碼后實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，故大大降低了網絡化數字視頻監控系統主機的工作量.同時，因為系統的開放性，交換子網和資源子網相互獨立，交換子網為資源子網提供開放的接口，這也為后期監控系統的可擴展性提供了無限的可能性.

2 基于POE 技術的船用網絡監控系統設計

針對目前傳統監控系統的以上特點，結合目前成熟的POE 技術應用，下面提出了一種面向船用的新型的網絡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顯示控制終端或主機通過網絡接口送至接入/ 交換設備，進入干線，然后經交換設備內的路由選擇.傳輸后輸出至相應的接入/ 交換設備網絡接口板，再經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前端設備編解碼器數字化后經網絡接口輸出至接入/ 交換設備，然后再經接入/ 交換設備入干線，用戶顯示控制終端經授權后可進行查看.下面簡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即可滿足要求.本設計采用MAX5986 作為以太網供電的控制器，其可提供單端最大70 W的功率輸出，可滿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