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摘 要 设计与实现了基于WCDMA通信网络的多路视频监控系统。论述了系统的总体结构，并完成视频监控系统的硬件和软件设计，特别对硬件设计进行了详细的介绍。服务器与客户端利用WinSock进行有连接通信，通过实验实现可靠的无线数据传输。该方案具有成本低、体积小、易于安装等优点.具有广阔的应用前景。
关键词 WCDMA 多路视频监控 VC313 F2403
视频监控系统是一种非常直观的监控手段，目前已广泛应用在厂区、银行、交通、电力、居民小区的各种场合。但由于传统的有线网络本身的局限性，许多特殊环境下的传输问题仍然是个难题。比如施工现场、架空输电线、偏远山区等特殊环境下视频布线是不现实的，而且随时有可能变换监控地点[1]。而无线网络利用无线电波作为传输介质，在网络建设的灵活性、便捷性、扩展性方面有着独特的优势，特别是最近几年随着3G技术的迅速发展，基于3G技术的视频监控系统也得到了快速的发展。本论文就是讨论基于WCDMA技术的视频监控系统的设计与实现。
1 系统的硬件设计
基于WCDMA多路视频监控系统整体上分为客户端（发送端）和服务器端（接收端）两大部分。其中客户端即发送端包含4个模拟摄像头、视频采集压缩模块、控制模块、电源电路和WCDMA无线通信模块等部分。服务器端即接收端是一个具有固定IP地址的PC机。系统框图如图1所示。
硬件的设计主要是指客户端的硬件设计。摄像头根据客户要求选择合适的型号，图像采集压缩模块选择市面上符合JPEG标准的图像采集成品。本系统中，选用武汉万德数码技术有限公司的VC313嵌入式视频压缩板。VC313视频采集压缩板将复杂采集压缩功能集成在一块板子上，使得电路设计复杂度大大降低。它支持4 路PAL 制式模拟视频信号输入，输出黑白或彩色JPEG 格式图像文件，有6 种图像分辨率：160x120、176x144、320x240、352x288、640x480、704x576。该模块提供异步串口接口形式，接口信号电平符合3.3V的TTL电平标准，可与控制模块的串口0直接相连。
控制模块在客户端视频采集中的作用非常关键[2]：系统的初始化，编码数据打包发送，向WCDMA模块发动AT指令，与远程服务器建立TCP连接等操作。选择华邦公司的W77E58双串口单片机。它是一个快速8051 兼容微控制器；它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051 要快许多。一般来说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准8051的1.5-3倍。整体来看，W77E58的速度比标准的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。W77E58内含32KB Flash EPROM，工作电压为4.5v-5.5v，具有 1KB片上外部数据存储器。
WCDMA无线通信模块采用厦门四信通信科技有限公司的F2403。它采用高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，内嵌自主知识产权的TCP/IP 协议栈。可为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。该模块向用户提供标准的AT指令接口，大大简化了系统开发的难度。该模块也提供异步串口接口形式，与控制模块的串口1其连接，接口信号电平符合标准的串口电平，与控制模块不能直接相连，需要电平转换。采用Maxim公司的MAX3232芯片作为电平转换电路的核心，MAX3232是一款可以实现EIA-232接口的低功耗电平转换芯片，它包含两路收发器。控制与F2403的连接如图2所示。
电源电路需要提供三种直流电压即3.3V（供给视频压缩板VC313）、5V（供给单片机和其他芯片）和12V（供给无线传输模块F2403）。其工作原理为：变压器先把220V的交流电压变为18V的交流电压，然后经过桥式整流、电容滤波、L7812集成稳压器输出12V的直流电压。12V的直流电压再经过L7805转换为5V，5V的电压经过AMS1117-3.3电压转换芯片得到3.3V的电压。电路结构如图3所示。
2 系统的软件设计
系统软件主要包括客户端软件和服务器软件两大部分[3]。客户端软件的作用就是把摄像机视频经过图像采集压缩模块处理，通过智能无线通讯终端发射到WCDMA网络，实现视频数据的交互、发送/接收，链路的控制和维护等功能。服务器软件采用面向对象的方法，由Visual C++6.0编程实现。
客户端软件首先进行串口和模块的初始化，然后向无线传输模块发送指令，向具有固定IP地址的服务器发出连接请求。服务器在接受客户端的连接请求并建立TCP连接后，发送控制指令给无线终端，当控制模块检测到服务器的开始监控指令以后，启动硬件视频压缩模块，开始监控。当传输完一路视频图像后，控制模块向视频采集压缩模块发送视频通道切换命令，传输另一路视频信号，四路视频信号循环依次传输。在监控过程中，当控制模块检测到服务器控制指令后，则执行相应的控制功能，包括停止监控指令和更改参数指令等。客户端软件流程如4所示。
服务器软件主要实现服务器端与客户端对话的功能。在这部分软件中，可以检查网络是否连通.发送初始化客户端设备命令。当收到客户端发回的“准备就绪”命令反馈后。服务器发送数据传输命令，通知客户端发送数据到服务器。当收到“视频显示”命令反馈后，服务器就可以进行图像显示了。服务器与客户端之间使用C/S模型，即客户机/服务器模型。
服务器利用WinSock和客户端进行有连接通信。WinSock提供了对TCP的支持.通过TCP协议我们可以与固定IP地址的中心主机通信。服务器端建立一个监听套接口，然后在此套接字接口上等待连接，当连接建立后会产生一个新的套接口用于通信，而客户端在创建套接字后调用连接函数创建连接。服务器与客户端通信的流程图如图5所示。
3 WCDMA模块部分AT命令
（1）设置通信波特率： AT+IPR=1l5200 //波特率设置为15200bps。
（2）设置中心服务器参数：AT+SVRCNT=1； //设置中心服务器的数目为1
（3）设置工作模式：AT+MODE=PROT； //设置工作模式为PROT（跳包采用TCP 协议，数据通信也采用TCP 协议，心跳包和数据通信采用同一个TCP 连接。）
（4）设置激活方式：AT+ACTI= AUTO； //设置激活方式为AUTO
（5）设置设备的ID号：AT+IDNT=F0934703； //设置使用的设备号
（6）设置SIM卡号：AT+PHON=18601285487； //设置设备的SIM卡号
（7）数据帧间隔时：AT+BYTEINT=20； //两字节间的时间间隔大于20ms，数据终端立即将当前接收到的数据发送到数据中心。
（8）设置TCP 数据单元大小：AT+TCPMTU=1024； //设置每个TCP 数据包的最大传输数据量
以上所有的AT命令都以回车键为确定，当主控程序收到OK时表明设置成功。
4 系统的测试
系统测试是在实验室中进行，客户端通过中国联通的WCDMA网络与连接到中国电信ADSL的服务器端进行通信，监视结果如图6所示。测试表明本系统具有可行性和稳定性，适合于无线监控。
关键词 WCDMA 多路视频监控 VC313 F2403
视频监控系统是一种非常直观的监控手段，目前已广泛应用在厂区、银行、交通、电力、居民小区的各种场合。但由于传统的有线网络本身的局限性，许多特殊环境下的传输问题仍然是个难题。比如施工现场、架空输电线、偏远山区等特殊环境下视频布线是不现实的，而且随时有可能变换监控地点[1]。而无线网络利用无线电波作为传输介质，在网络建设的灵活性、便捷性、扩展性方面有着独特的优势，特别是最近几年随着3G技术的迅速发展，基于3G技术的视频监控系统也得到了快速的发展。本论文就是讨论基于WCDMA技术的视频监控系统的设计与实现。
1 系统的硬件设计
基于WCDMA多路视频监控系统整体上分为客户端（发送端）和服务器端（接收端）两大部分。其中客户端即发送端包含4个模拟摄像头、视频采集压缩模块、控制模块、电源电路和WCDMA无线通信模块等部分。服务器端即接收端是一个具有固定IP地址的PC机。系统框图如图1所示。
硬件的设计主要是指客户端的硬件设计。摄像头根据客户要求选择合适的型号，图像采集压缩模块选择市面上符合JPEG标准的图像采集成品。本系统中，选用武汉万德数码技术有限公司的VC313嵌入式视频压缩板。VC313视频采集压缩板将复杂采集压缩功能集成在一块板子上，使得电路设计复杂度大大降低。它支持4 路PAL 制式模拟视频信号输入，输出黑白或彩色JPEG 格式图像文件，有6 种图像分辨率：160x120、176x144、320x240、352x288、640x480、704x576。该模块提供异步串口接口形式，接口信号电平符合3.3V的TTL电平标准，可与控制模块的串口0直接相连。
控制模块在客户端视频采集中的作用非常关键[2]：系统的初始化，编码数据打包发送，向WCDMA模块发动AT指令，与远程服务器建立TCP连接等操作。选择华邦公司的W77E58双串口单片机。它是一个快速8051 兼容微控制器；它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过这种改进以后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051 要快许多。一般来说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准8051的1.5-3倍。整体来看，W77E58的速度比标准的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。W77E58内含32KB Flash EPROM，工作电压为4.5v-5.5v，具有 1KB片上外部数据存储器。
WCDMA无线通信模块采用厦门四信通信科技有限公司的F2403。它采用高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，内嵌自主知识产权的TCP/IP 协议栈。可为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。该模块向用户提供标准的AT指令接口，大大简化了系统开发的难度。该模块也提供异步串口接口形式，与控制模块的串口1其连接，接口信号电平符合标准的串口电平，与控制模块不能直接相连，需要电平转换。采用Maxim公司的MAX3232芯片作为电平转换电路的核心，MAX3232是一款可以实现EIA-232接口的低功耗电平转换芯片，它包含两路收发器。控制与F2403的连接如图2所示。
电源电路需要提供三种直流电压即3.3V（供给视频压缩板VC313）、5V（供给单片机和其他芯片）和12V（供给无线传输模块F2403）。其工作原理为：变压器先把220V的交流电压变为18V的交流电压，然后经过桥式整流、电容滤波、L7812集成稳压器输出12V的直流电压。12V的直流电压再经过L7805转换为5V，5V的电压经过AMS1117-3.3电压转换芯片得到3.3V的电压。电路结构如图3所示。
2 系统的软件设计
系统软件主要包括客户端软件和服务器软件两大部分[3]。客户端软件的作用就是把摄像机视频经过图像采集压缩模块处理，通过智能无线通讯终端发射到WCDMA网络，实现视频数据的交互、发送/接收，链路的控制和维护等功能。服务器软件采用面向对象的方法，由Visual C++6.0编程实现。
客户端软件首先进行串口和模块的初始化，然后向无线传输模块发送指令，向具有固定IP地址的服务器发出连接请求。服务器在接受客户端的连接请求并建立TCP连接后，发送控制指令给无线终端，当控制模块检测到服务器的开始监控指令以后，启动硬件视频压缩模块，开始监控。当传输完一路视频图像后，控制模块向视频采集压缩模块发送视频通道切换命令，传输另一路视频信号，四路视频信号循环依次传输。在监控过程中，当控制模块检测到服务器控制指令后，则执行相应的控制功能，包括停止监控指令和更改参数指令等。客户端软件流程如4所示。
服务器软件主要实现服务器端与客户端对话的功能。在这部分软件中，可以检查网络是否连通.发送初始化客户端设备命令。当收到客户端发回的“准备就绪”命令反馈后。服务器发送数据传输命令，通知客户端发送数据到服务器。当收到“视频显示”命令反馈后，服务器就可以进行图像显示了。服务器与客户端之间使用C/S模型，即客户机/服务器模型。
服务器利用WinSock和客户端进行有连接通信。WinSock提供了对TCP的支持.通过TCP协议我们可以与固定IP地址的中心主机通信。服务器端建立一个监听套接口，然后在此套接字接口上等待连接，当连接建立后会产生一个新的套接口用于通信，而客户端在创建套接字后调用连接函数创建连接。服务器与客户端通信的流程图如图5所示。
3 WCDMA模块部分AT命令
（1）设置通信波特率： AT+IPR=1l5200 //波特率设置为15200bps。
（2）设置中心服务器参数：AT+SVRCNT=1； //设置中心服务器的数目为1
（3）设置工作模式：AT+MODE=PROT； //设置工作模式为PROT（跳包采用TCP 协议，数据通信也采用TCP 协议，心跳包和数据通信采用同一个TCP 连接。）
（4）设置激活方式：AT+ACTI= AUTO； //设置激活方式为AUTO
（5）设置设备的ID号：AT+IDNT=F0934703； //设置使用的设备号
（6）设置SIM卡号：AT+PHON=18601285487； //设置设备的SIM卡号
（7）数据帧间隔时：AT+BYTEINT=20； //两字节间的时间间隔大于20ms，数据终端立即将当前接收到的数据发送到数据中心。
（8）设置TCP 数据单元大小：AT+TCPMTU=1024； //设置每个TCP 数据包的最大传输数据量
以上所有的AT命令都以回车键为确定，当主控程序收到OK时表明设置成功。
4 系统的测试
系统测试是在实验室中进行，客户端通过中国联通的WCDMA网络与连接到中国电信ADSL的服务器端进行通信，监视结果如图6所示。测试表明本系统具有可行性和稳定性，适合于无线监控。