无线应用中典型视频编解码器方案功能分析

第一篇：无线应用中典型视频编解码器方案功能分析

无线应用中典型视频编解码器方案功能分析

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无线应用的视频编解码器具有一些不同的功能要求，其视频编解码过程通常包括视频预处理、实际的视频编码与解码以及视频后处理三个阶段，所支持的视频标准、算法和视频结构都具有一些特殊性。本文以OMAP5910为例介绍了无线应用中的视频编码与解码功能，并图解分析了编解码器的结构组成。

无线应用中的视频编解码器需要符合第三代伙伴项目(3GPP)组织规定的多媒体电话低码率编解码器的标准，包括3G TS26.110、3G TS26.111以及3G TR26.911。本文以TI OMAP5910为例分析无线视频编解码器(编码器与解码器)的功能要求，包括为转换到编码器识别的输入格式而对采集数据的预处理，以及为转换到LCD显示屏要求格式的数据后处理。

3GPP规定的基本编解码器要求支持H.263标准，而 MPEG-4简单可视类(Simple Visual Profile)则定义为可选。已实现的视频编解码器支持以下视频格式：SQCIF(128×96)、QCIF(176×144)、简单类1级(Simple Profile Level 1)、CIF(352×288)简单类2级、码率为64kbps的简单类1级和码率为128kbps的简单类2级。

视频编解码器功能

视频编码器要求YUV4:2:0格式的视频输入，因此可能根据应用需要进行视频输入的预处理，即对YUV4:2:2隔行扫描(例如从摄像机)到YUV 4:2:0非隔行扫描转换，仅抽取但不过滤UV分。对视频解码器而言，还需要进行后处理，以将解码的YUV 4:2:0数据转换为RGB进行显示，包括：YUV 4:2:0到RGB转换；16位或12位RGB显示格式；0到90度旋转，实现横向或纵向显示。此外，视频编解码器通常还要求具有以下功能和特性：

1.支持MPEG-4简单类 0、1 与 2 级；

2.兼容H.263与 MPEG-4 编解码标准；

3.MPEG-4视频解码器支持的可选项有：AC/DC预测、可逆可变长度编码(RVLC)、再同步标志(RM)、数据分割(DP)、错误隐藏专利技术、支持每个宏块4个运动矢量(4MV)、自由运动补偿、解码VOS层；

4.MPEG-4视频编码器选项有：RVLC、RM、DP、支持每个宏块4个运动矢量(4MV)、报头扩展码、支持编码期间码率改变、支持编码期间编码帧率改变、插入或不插入可视对象序列起始码；

5.支持编码期间序列中插入I帧；

6.支持编码器自适应帧内刷新(AIR)；

7.支持多编解码器，可用相同代码运行多个编解码器实例。视频结构

红绿蓝(RGB)是计算机显示的基色，OMAP5910支持的色深可编程至高达每像素16位，即

RGB565(红色5位，绿色6位，蓝色5位)。

在DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中，常用的色彩编码方案是YCbCr，其中Y是指亮度分量，Cb指蓝色色度分量，而Cr指红色色度分量。人的肉眼对视频的Y分量更敏感，因此在通过对色度分量进行子采样来减少色度分量后，肉眼将察觉不到的图像质量的变化。主要的子采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2 和 YCbCr 4:4:4。

4:2:0表示每4个像素有4个亮度分量，2个色度分量(YYYYCbCr)，仅采样奇数扫描线，是便携式视频设备(MPEG-4)以及电视会议(H.263)最常用格式；4：2：2表示每4个像素有4个亮度分量，4个色度分量(YYYYCbCrCbCr)，是DVD、数字电视、HDTV 以及其它消费类视频设备的最常用格式；4：4：4表示全像素点阵(YYYYCbCrCbCrCbCrCbCr)，用于高质量视频应用、演播室以及专业视频产品。

在OMAP5910设计中，为显示解码视频，后处理需要计算与YCbCr对应的RGB值。后处理引擎通过以下方程式的计算得出经过伽马校正的RGB信息：

R = Y + 1.371(Cr – 128)

G = Y – 0.698(Cr – 128)– 0.336(Cb – 128)

B = Y + 1.732(Cb – 128)

详细内容请参见测试代码的技术规范(需要签订不泄密协议)，该规范论述了MPEG-4编码器与解码器的预处理与后处理的具体实现。

视频编解码器

图1为一个移植到OMAP5910上的视频编码器结构简图，图中主要功能部分的作用分别为：

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 预处理：如果需要的话，预处理模块可将输入视频格式转换为YUV 4:2:0；

离散余弦变换(DCT)：DCT变换对每个输入块进行空间变换，输出一个8x8 水平和垂直频率系数的矩阵；

量化：利用心理视觉(psychovisual)特性来消除无关紧要的DCT系数、高频系数；

逆量化(IQ)：通过量化后的DCT乘以量化表计算出逆量化矩阵；

逆离散余弦变换(IDCT)：IDCT还原输入块。由于量化的缘故，还原的值与原始数据之间可能会有误差； 

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 运动估计(ME)：ME使用搜索位置点较少、像素也较少的方案来生成指示运动影像方向的运动矢量；

运动补偿(MC)：运动补偿块通过去除帧间的冗余从而增加压缩比；

可变长度编码(VLC)：无损VLC编码通过将出现次数较多的符号用较短代码发送，出现次数较少的代码用较长代码发送，利用这样的方法来降低码率；

速率控制：通过更改量化规则控制码率，例如通过使每个DCT系数采用较少的位来降低码率；

错误隐藏：由TI开发的专利错误隐藏技术。

图2所示为视频解码器，该解码器符合MPEG-4以及H.263标准，能够进行H.263与MPEG-4码流的解码，并且自动检测报头以确定采用何种解码方法(H.263或MPEG-4)，阴影部分模块为两种解码器共用部分。图2中部分的功能模块与前面叙述相同，其它功能模块的作用分别为：

1.解码器 确定码流类型(MPEG-4或H.263)；

2.MPEG-4 RM 有嵌入同步标志的视频流；

3.MPEG4 DP 有数据分割的视频流；

4.H263 获得H.263码流并将其输入到适当模块中；

5.ACDC 仅适用于MPEG-4解码器，预计AC系数；

6.RVLD 仅适用于MPEG-4解码器，当码流用可逆可变长度技术编码时可实现RVLD；

7.VLD 适用于H.263与MPEG-4解码器。

作者：Thanh Tran

德州仪器公司

第二篇：隧道无线视频监控方案

隧道无线视频监控方案

1.行业背景

在全国范围内的加强基础交通建设的大背景下，高速铁路及高速公路发展不断提速，越来越多的铁路线和公路线建设陆续开工。在发展道路建设不可避免地会遇到诸如山区和丘陵等复杂的地理环境，开掘隧道是在上述地区铁路和公路建设经常会遇到的问题。隧道建设方案作为最直接，也是采用最多的穿行方案，可以有效地发挥缩短行车里程，提高线型标准、保障运营安全，保护生态环境等特点。现实情况看，隧道建设是一项艰苦、危险性较高的工程，如何高效率得在保证施工安全前提下，提高隧道掘进的质量和速度，越来越多的工程建设单位通过建立监控系统来降低和保障工程的安全性，尤其是近两年快速获得应用的先进的数字无线监控正在隧道建设中发挥越来越重要的作用。随着隧道的广泛应用，对施工过程中的建设安全情况进行第一手的掌握，及项目建成后对路况的实时监控情况成为重点关注的对象。

在隧道行业的监控系统应用中，以目前无线监控系统为代表的方案更具实用性和高效性。针对隧道无线监控解决方案中，紧密结合隧道建设过程和监控运营管理的多方面应用需求，在保证适应各种隧道内部复杂环境的基础上，采用当前最成熟的微波通讯产品——高带宽数字无线传输设备，该方案采用先进的无线网络传输系统和领先的视频技术实现了专业的隧道安防系统，实现了各级主管对现场的及时掌控，是远在千里之外的施工现场、进度、人员状况，在项目部、公司总部办公室，以及主管人员的移动终端（手机、IPAD）等及时准确的显示出来。随时随地可以掌控不同现场的进度情况。在管理方面提高了工作效率，节约了到处巡回查看现场的差旅费用、车船费用等。带来的不仅是管理效率的改变，长远来说也是对管理成本的节约。

为保障各个无线监控点的有效带宽和整个无线链路的稳定性，我们根据现场具体情况采用不同的设计，这样就很好的保证了复杂情况下网络的带宽，一体化的设计又为安装带来了方便。在隧道无线监控系统中，隧道建设和管理部门可以高效率地提高安全生产的指数，可以在诸如隧道建设阶段的挖掘车掘进、铺顶车安全性，以及后期的交通监控、环境监控、通风控制、照明控制、电视、视频监控、火灾报警、横通道门监控、中央监控等环节上为管理部门提供巨大的帮助。

2.需求分析

实现在项目部、总部、手持终端看到现场掌控面作业情况

实现在项目部、总部、手持终端看到现场全局的作业情况

实现在项目部、总部、手持终端了解到作业洞口的具体情况

在监控中心实现大屏拼接，可观看到不同项目部的实时画面

可以远程调取不同项目部的录像信息

可实现远端、项目部、移动手持终端对现场动点摄像机的控制

可实现分级管理，不同级别的工作人员具备不同的操作权限

3.系统总体设计

3.1.设和依据计原则

为了确保隧道工程综合监控系统顺利实施，我们根据现场状况，针对性的制定了一个详细的无线集中监控方案，本方案将会满足相关部门的各种监控需求。3.1.1.方案的设计原则

本方案遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护操作因素，并对以后的发展、扩建、改造、移动等因素留有扩充的余地。具有以下原则：(1)先进性与适用性

本系统采用纯数字高压缩低带宽高清视频信号传输，利用高带宽数字无线调制技术共同配合实现了在复杂的施工环境下的链路传送，避免了大型机械对线路造成的损伤。(2)经济性与便捷性

充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据客户需要，针对不同位置单独设计不同的组合与电气组合，无需大规模布线，同时具备可复制和可重复利用，在一个工地施工完毕可继续在下一个工地继续使用。

(3)可靠性与安全性

系统的设计充分考虑到现场电路和作业环境，每一个地方都做了直流稳压处理，可保证在大型电器、电弧焊等作业时产生电涌情况下对设备不造成损伤。同时，在配电柜内我们设计了直流备用电源UPS，在现场突然断电情况下，可保证设备连续5个小时的工作时间，以保证系统的运行安全。(4)开放性

所有系统传输以TCP/IP协议为基础，是不同的设备可借助我们搭建的网络平台进行数据的传递，例如门禁、定位、传感等。

(5)可扩充性

系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该工程的实际要求扩展系统功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。3.1.2.方案设计的依据

根据国家有关法规的要求，我们经过认真研究、分析设计本系统方案。该系统具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点，而且该系统具有方便扩展、与其它信息系统实现无缝连接的能力，为实现安防系统的可视化管理奠定了基础。

3.2.系统整体组网方案（以隧道现场为例）

上图为隧道的大概施工分布情况

隧道总长6.4km，分为5个作业面，进口位置与1#斜井都是单项作业面，现场作业有一分部负责。出口位置与2#斜井由二分部负责，2#斜井采用双向作业。

上图为进口与1#斜井传输到项目部的图示

1#斜井最前端作业面摄像机采用一个移动点全方位高清云台摄像机（水平360度旋转，上下+90~-90度调整，可实现对前端作业面各个角度的观察），一个相对固定点高清红外球机（安装在挂布台车上，可随着台车位置的变动而向前移动）。前端移动点位置不确定，所以设计为全向天线，与挂布台车上的设备一起传给二衬台车作为1对2的接收（挂布台车与二衬台车距离会随着进度不断向前推进，虽然两个台车距离很近，但是由于设备很重，在向前推进过程当中如果受力不均担心造成对线路的破坏，所以此处的摄像机也采用无线的方式传给二衬台车）。二衬台车位置再用另外一台无线设备向洞口交叉处传递，在洞口交叉处到1#斜井之间有一很明显的弯道，所以在他们中间加了一对中继设备，洞口的摄像机采用固定安装方式。由于1#斜井无法与项目部直视，那么此处利用一分部搅拌站和附近村民水塔（红色房子）做了两次中继传输到一分部项目部。

隧道进口内部前端和1#斜井配置相同，只是在二衬台车与隧道洞口位置加了一次中继，洞口可以直接与一分部传输。

所有的安装位置，我们均考虑了直流稳压保护和直流监控专用不间断供电电源。所有中继位置处均考虑有工业级监控专用交换机进行对接。（实际安装时会统一放置在一个定制的防水防尘箱内，采用集中供电的方式，利于系统的稳定也便于现场的维护。

上图为2#井与出口位置传输到二分部的整体示意图，基本思路与上述相同，只是在2#斜井处为双向施工，多了一个作业面，那么最前端作业面的设计思路是相同的，只是在洞口交叉处需要做一次整合，统一传输到洞口处。2#斜井洞口与项目部之间有一座土山阻隔，而且上面有大概150~200米的一个不同坡度的平面。所以此处需要多加一次中继，由于现场无法供电，所以采用风光互补的方式在这里进行供电。然后在传递到二分部。五星坪隧道出口处可以直接与二分部可视所以此处直接传输到二分部。

一分部和二分部本地各有一台数字网络视频存储转发主机，现场配置一台22寸专业视频监视器。并配备一台接入层交换机与项目部网络进行连接，通过项目部的宽带网络与中心相连（为确保传输的质量，项目部至少需要10M以上的上行网络）

中心平台为整个运营的交换枢纽，为了保证各级用户，各个操作系统人员的不同位置操作需求，我们在运营中心建立一套专业的无线视频传输综合管理平台。包括：

目录服务器 流媒体转发服务器 管理控制中心服务器 网络数字矩阵服务器 网络视频转发服务器 三维数字矩阵键盘 汇聚层中心交换机

55寸窄边拼接屏（四块55寸，有高亮和普亮两种规格）

高清视频管理平台是一套基于标准 H.264 的中央监控管理平台，安装在一台标准的PC或服务器中。支持高清网络摄像机、高清编解码器、NVR 以及模拟摄像机+视频服务器模式的集中认证和管理。它专为复杂多变的高清网络监控系统设计，采用全新的数据引擎，模块化的组件设计，包括目录管理、报警服务、数字矩阵切换、流媒体转发、网络视频存储等组件，此外还可集成联动门禁、巡更、车牌识别等系统，是集中监控项目的最佳选择。

才茂监控设备的应用领域

平安城市系统高清网络视频监控

金融银行业高清视频联网监控

机场、海关、边防安检高清视频网络监控

水利电力、移动基站系统无人值守高清视频网络监控

排污、环保监测、森林防火减灾高清视频网络监控

大中型连锁超市卖场联网监控

校园、工业园区、医院联网监控

才茂通信特色功能 模块化组件

管理中心端各个功能都可以细分为不同的模块实现(如：目录服务器、管理控制中心、网络报警电子地图服务器、网络视频存储服务器、网络数字矩阵服务器、网络解码服务器，流媒体转发服务器、网络代理服务器等)。采用不同的模块组合以适用于不同规模的监控系统。多用户核心认证管理

基于多用户认证管理技术，对某用户在网络中对任何设备的浏览、控制、管理权限和优先级的集中授权配置；在复杂网络条件下可实现多用户优先级和冲突检测。而以用户为核心更有利于用户在系统中的任意节点建立临时指挥中心，从容处理应对应急突发事件。

优先级和冲突检测;完善的集中用户认证管理模式和合理的优先级及冲突检测机制，所有用户通过认证服务器管理，实现集中的用户优先级，浏览控制权限集中配置管理。

统一编号;摄像机、报警设备和服务器统一授权编号及优先级管理，支持自动检索和批量添加。多种显示方式;支持物理设备浏览和虚拟分组浏览、支持双码流预览；支持局部放大；支持高清视频预览和电子变倍。

ePTZ：支持电子云台ePTZ控制、画中画、视频云台、鼠标变焦、触摸屏控制。

集中控制：云镜优先级控制，预置点、扫描线的调用；预置点巡航控制；云台控制锁定；远程重启及关机；远程手动启动录像。

远程管理;远程调用修改前端设备参数；提供远程软件自动升级服务；远程录像资料检索及备份；集中详细日志管理系统、查询和打印。

状态监测;通过心跳包检测对下属设备工作状态、网络连接等状态进行巡检监测并生成报表。集中电视墙管理;支持硬件和软件解码电视墙；支持对多台解码服务器主机的集中控制。

网络数字矩阵：支持拼接墙仿真模拟；支持前端任意通道图像的轮巡和组切调用、解码显示；支持模糊查询和检索；支持CCTV键盘控制和调用图像及报警。

多级管理：管理中心可级联，按级授权管理控制；支持客户端、IE和管理中心多种浏览控制方式。

实时对讲：管理中心、DVR/NVS主机和分控端双向语音（或文字）对讲及群呼。

报警和电子地图管理：多级电子地图显示；支持鹰眼地图；支持摄像机快速检索和地图定位；远程报警布、撤防；报警应答、联动预定义；多种声、光信号警示；提供报警联动其它系统和设备的接口。

流媒体视频转发：基于标准H.264的流媒体转发和多码流等技术，可以解决多用户多通道的交叉访问带来的网络带宽和中心系统负荷问题，最大限度保证系统运行稳定。

网络视频的分布存储/集中管理：支持录像资料的分布存储和集中管理，支持多机冗余备份，支持海量资料的智能检索备份。

支持异构网络：支持能够承载IP数据的各种网络（互联网、数据专线、卫星、无线微波等），支持跨路由器的远程监控；支持多播功能

多种功能联动接口：支持门禁、对讲、巡更、报警主机等多种接口整体联动 灵活的数据库管理：支持Access和SQL Server数据库，支持数据库备份及导入导出 双机热备：目录服务器和存储服务器均支持双机热备和冗余备份功能

智能视频图像分析接口：提供图像的智能分析识别和联动接口，如车牌抓拍识别接口 支持多语言：简体中文、繁体中文、英语自动适应操作系统

第三篇：社区无线视频监控方案

社区无线视频监控方案

前 言

平安城市，和谐社会是每个人向往的生活环境，各地政府时刻考虑；社区监控系统是为了提高社会公共治安的管理效率而建设的固定和移动的视频监控系统，实际上，它是一个对社区中的主要场所进行实时监控和录像的系统，这些场所包括社区中的标志性建筑、重点要害部位、主要街道、重要路口、卡口、公共场所、案件多发地段等，这个系统还需要具备对社会监控资源的整合能力，包括小区、金融、文物、证券、重要部门、重点部位、道路交通监控……等视频监控社会资源。

社区监控系统的创建，可对犯罪分子有一定的威慑作用；同时，值班警员通过它可以在第一时间发现影响社会治安的事件和社区中可能存在的不安定因素；各部门领导可以直观地指挥重大扰乱社会治安等犯罪活动，和突发的如火灾，洪水，骚乱等处理过程；公安干警通过监控录像，可以获取犯罪分子的作案证据。所以，建设社区监控系统，对社区治安环境的改善，社会经济的发展社会稳定均有着重大意义。

但是在实际施工中,距离远、又是老区没有光线和网络、特别体现在山区城市，有一些地方布线非常困难，为了解决这些难题，北京惠楠坤科技有限公司，选用无线数字微波定点监控和COFDM无线移动视频监控，分别用在不同的环境中，下面先介绍一下无线数字微波定点监控的几种不同的使用方法及连接示意图。

1． 点对点传输方式和安装示意图

对于3公里以上或者不方便布线的监控点，我们可以使用无线数字微波，因为数字 微波成本低、安装只需要在监控点立杆安装上摄像机，视频服务器和无线数字微波发射机；3-5公里中间在没有阻挡的情况下中间就不需要架线了，在监控中心安装数字微波接收，在PC电脑上安装监控软件就可以录像和控制，非常方便；如果在监控点同时有

4个摄像机也可以通过一套数字微波传回监控中心，比如20公里远的监控点,用有线的做,需要光纤或者2M/互联网才可以传输标准监控图像,但是光纤施工20公里经过的地方比较多，可能要过很多路面施工难度大,光纤成本20公里需要60000，还不包括施工费用；互联网施工少，但是每个月都有光纤使用费，长时间使用成本昂贵；数字微波20公里只需要一次性投资,还可以同时传输多路图像；同时可以传输网络信号、视频信号和各种控制信号等。几种方式相互比较数字微波成本更低。

2． 点对多点传输方式和安装示意图：

数字微波支持点对多点，比如前端有多个发射设备从不同的地方向监控中心发射，中心用一个接收，同时接前方多个发射的图像。

3．点对多点加中继传输

我们同时考虑了在恶劣环境中有阻挡，或者跨城区传输，比如区要往市控制中心传输，这时就需要中继来延长传输距离或者绕越阻挡的障碍，无线数字微波也可以和现有的光纤或者互连网连接，在大型监控项目中我们提供多路图像集中监控设备及技术方案，多级监控中心、分级别控制管理、更多的节约施工成本和资源充分利用。

一.产品简介

RO-2418 [无线数字微波收/发一体机]

产品特性与技术参数：

● 适用协议：TCP/IP（IEEE802.11b）● 通讯标准：IEEE802.11a/b/g ● 传输频率：2.4G/5.8G（可选）● 传输信号：全数字

● 传输距离：10-20公里

● 传输速度： 300Mbps ● 发射功率：400mW ● 天线增益：18-30dB ● 接收灵敏度：-96dB ● 电 源：DC/12V、AC/220V（以上产品均可以传输信号：音频、视频、网络宽带、网络电话机）二.功能简介

具有多路画面实时录像、多路画面实时显示、图像压缩质量设置、查询及回放、视频参数设置、远程图像显示、实时监控、远程监控、录像存储、定时录像、报 警录像、用户管理、具备 DVS、DVR、工控录像主机 等设备功能。

三.系统原理概述

无线数字监控系统，是利用无线网络技术，无线传输音、视频监控信号，以达

到远程监控的目的。数字化音视频监控的优点正好克服了模拟闭路电视监控的局限性：首先，数字化音、视频可以直接在计算机网络（局域网或广域网）上传输图像数据，不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像及语音的品质和稳定性；其次，数字音、视频可利用计算机网络联网，无须布线；另外，数字化储存，经过压缩的音、视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。

应用领域：可以广泛应用于部队军事演习、边防监控、公安系统、机场监控、道路交通、森林防火监控、水利资源监控、金融、油田、天然气、海关、智能建筑、工矿企业等行业。

本系统所选取的频段为2.4GHz和5.8GHz,国际免费开放频点,无线网络设备采用扩频方式,QPSK调制技术,可以实现11Mbps或54Mbps的数据传输速率.本监控系统的目的是实时掌握监控点的实际情况.为此,整个系统将采用由RO系列所组成的无线远程网络数字监控系统来实现.对监控点进行24小时有效的图像摄取、传输、显示和记录, 而且还具有远程控制、录像回放、对讲等功能，以达到实时监控的目的。

四.数字微波、模拟微波、有线视频监控系统的优点和缺点：

1、数字微波安装施工方便：使用无线数字微波，减少了网络布线的工作量，又不破坏原有环境设施，具有施工周期短，性价比高的特点。模拟微波稳定性较差，价格低；有线安装比较慢，近距离比较有优势。

2、数字微波可实现快速覆盖：无线数字微波系统最大的优势是能够实现快速覆盖。采用点对多点无线通信方式，一般只需要安装一个或多个无线中心站设备，就可建立覆盖整个社区区域的宽带无线接入网络系统。模拟微波只可以用点对点的通信方式。

3、数字微波灵活性高： 社区交通路口具有分布范围广、地理位置分散的特点。采用有线网络缺少灵活性，必须尽可能地考虑未来发展的需要，这就必须预设大量利用率较低的信息点。而无线网络建成后，在无线信号覆盖区域内的任一个位置架设无线终端站，就可以实现网络接入，具有很高的灵活性。

4、数字微波扩展性强： 当需要增加业务点时，无需进行大面积的网络改造，只要增加或减少被监控点的无线设备，就可以完成被监控点的增加或减少。

5.数字微波抗干扰能力强。模拟微波多路使用就相互干扰。

6.数字微波接收灵敏度高传输距离远、功率小、数字微波自带加密功能数据通信安全可靠。模拟微波传输距离近，功率大，相互干扰、模拟微波数据通信不带加密、有安全隐患。

综上所述，在远距离视频监控领域采用无线数字微波解决传输问题是最优选择！

第四篇：COFDM无线数字图像传输系统典型应用

COFDM无线数字图像传输系统典型应用

一、概述

伴随着国际通信技术的迅猛发展，COFDM调制技术也应运而生，以及TDS-OFDM技术为基础的DMB-TH国家标准推行，使得“高速运动中”和“非视通条件下”实现高质量实时图像和数据传输得到了长足的发展。无线数字图像传输系统采用了先进的OFDM调制解调技术、信道编码技术，并结合数字图像压缩MPEG2/MPEG4等多媒体网络传输技术，能够在高速移动环境下实现视频、语音、数据等宽带多媒体业务的实时、同步传输。具有覆盖范围广、灵敏度高、移动性好、抗干扰和抗衰落能力强、传输数据率高、稳定性和可靠性突出等显著优点，为指挥、抢险、侦察、野外作战等应急通信提供远距离、高质量、高速率、无线实时传输的理想解决方案，广泛应用于公安、武警、消防、野战部队等军事部门和广电、城市管理、人防、交通、海关、油田、矿山、水利、电力、地质、金融等国家相关部门。

二、系统特点和优势

无线数字图像传输系统设备采用先进的COFDM（信道编码的正交频分复用）全数字调制解调技术，具备以下特点：

1、绕射功能：在城区内车辆之间支持2-5公里移动中传输；在建筑屋顶与车车辆/人员这间支持5-30公里移动中传输。

2、移动速度：支持200公里/小时高速移动传输。

3、传输速率：支持高清晰度音视频和高速数据。

4、水面传输：在海岸与船艇这间传输距离40公里以上。

5、远距离传输：支持地面全向传输100公里以上，机载传输200公里以上。

6、携带方式：发射机可单兵背负、车载、船载、机载使用。

7、电池工作：设备内置电池可工作180分钟以上。

系统优势：

1、抗多径能力，适合在城区、城郊、建筑物内等非通视和有阻挡的环境中应用，表现出卓越的“绕射”“穿透”能力

2、适合高还移动传输，可应用 于车辆、船舶、直升机/无线人机等平台

3、适合高速数据传输，满足高清晰度音视频的传输

4、在复杂电磁环境中，抗干扰能力和抗衰落能力强

5、系统设计实用性好、可靠性高

三、系统传输结构

根据系统传输结构特点，可以分为以下4类：点对点应用，点对多点应用、多点对多点应用和多点接力

1、点对点：使用一套无线数字图像传输系统，同一个前端发射系统和一个接收系统组成，这种应用最为广泛，大部分使用都是采用该结构

2、点对多点

点对多点应用一般有两种方式：

一发多收，即一点发多点收

其实这种方式为点对点应用的延伸。一个发射前端只占有一个传输通道，接收系统由多个频段接收机组成。

多发一收

采用这种结构，必须采用频分方式，由多个不同频点的发射机组成前端发射系统，而接收系统内里必须能接收到不同频段发射机传回来的信号。

3、多点对多点

多点对多点，指的是由多个不同频点的发射前端和接收系统组成的应 用网络，系统比较复杂，成本较高，一个中等以上的城市采用多点对多点的网络结构，可以将多个部门的图像共享，传输多路图像。

4、多点接力

多点接力，指的是同多个不同频点的发射前端和接收系统组成的应用网络。

适合军队、边防武警等部队训练和实战中的机动灵活特点，将前方的图像传输到指定后方接收地。

四、系统工作方式

根据系统工作方式则可以分为下列几种方式应用:人到车，车到车，车到指挥中心，人到车到转信台到指挥中心，舰船、飞机到指挥中心和全城联网覆盖（移动基站覆盖方式）

1、人到车应用

一般的，在某些部门使用无线数字图像传输系统，由工作人员携带前端设备，如军队的侦察人员、消防部门的消防和搜救队员以及公安部门的刑侦队员等，工作人员采用专用背架背负发射前端设备，将信号从各种现场（建筑物内，街道，广场，战场等）传到后方的指挥车或者直接传到指挥中心，这种应用方式主要是受到发射机功率的限制，因为人员携带设备在功耗和功率上都必须降低要求，对发射机的供电和天线的长度以及设备的体积和重量都要综合考虑，因此，传输距离较短。

背负式发射前端到指挥车

2、车到车应用

车到车方式，一般在军队和公安等部门使用比较广泛，由于发射前端安装在机动车上，从而能够保证有正常的供电系统，可以在机动车上合用大功率发射机，从而提高传输距离，在地市环境同一路面，有阻挡的情况下，最小传输距离可以达到2公里，最大传输距离可以达到4公里，在城市环境同一路面，无阻挡情况下，车到车之间的最小传输距离可以过到5公里，最大传输距离可以达到7公里。

车载接收系统可以使用带升降杆和高增益全向天线结合的方式，接收天线的高度越高，传输距离越远，因此，车载接收系统使用车载天线也要尽可能的使用高增益天线，并尽可能使用大型车辆及升挂设备。

3、车到指挥中心应用

车到指挥中心，一般指的是发射前端安装在机动车上，而接收系统安装在指挥中心，这和车到车方式类似，但由于接收系统安装在指挥中心，也就有条件安装在比较高的位置上，这样，其覆盖范围大大提高。如果安装接收天线的高度达到100M，则在有楼群阻挡的情况下，无线数字图像实时传输系统能够传输5-10公里，最远传输距离可以达到20公里。如果高度达到200米，则可以在有阻挡的情况下可以传输20公里，而在无阻 挡的情况下，一般有效距离为50公里以上（视距传输），如果传输环境理想，最大可以传输100公里远。车到指挥中心这种工作方式，适合在大、中型城市使用，也可以作为一种中继方式使用，适合公安、消防、人防、军队和城市管理指挥车等应用。

4、人到车、车到转信台、转信到指挥中心应用

人到车、车到转信台、转信到指挥中心方式，一般在军队、公安、城市管理、人防等部门使用比较广泛，工作人员携带前端设备，将信号从各种现场（建筑物内，街道，广场，战场）传到机动指挥车，利用机动车上较大功率发射机，向处安装条件更高的位置上的基地转信台传送信号，并由基地转信台将信号发送到指挥中心，从而极大的提高传输距离。

5、舰船、飞机到指挥中心应用

舰船、飞机到指挥中心和车到指挥中心类似，一般发射前端安装在舰船或飞机上，而接收系统安装在指挥中心。和车到指挥中心相比，飞机离地面较高，舰船水面空间较开阔，所以其传输环境建筑物遮挡相对较轻，同时飞机和舰船移动方向相对来说比较容易定位。所以结合定向高增益全向天线，其覆盖范围大大提高。

6、全城联网覆盖应用（移动基站覆盖方式）

全城联网覆盖是采用以上介绍的点对点、点对多点和多点对多点组网方式，构造各个基站，然后结合COFDM(或微波)中继、卫星中继、光纤和网络中继，以及差频中继，将各个基站连接到中心站，从而构造覆盖整个大城市、特大城市的无线移动视频监控。

第五篇：杨立新 无线供电技术方案及应用

基于磁耦合谐振式无线供电装置的研制

杨立新

（西南科技大学网络学院供用电技术专业 2014春班）

【摘要】：磁耦合谐振式无线供电技术提供了一种新的能量传输途径，主要是利用磁耦合共振原理实现能量的无线传输。与传统的有线电能传输相比，避免了用电设备主要通过导线连接获取能量过程中产生导线裸露、磨损、电火花等不安全供电因素；与其他无线供电技术相比，具有传输效率高、功率大、传输距离远、无方向性等特点。最重要的是能为一些特殊场合带来更方便的供电，如水下检测、油田矿井、高山沙漠、化工等。因此，磁耦合谐振式无线供电技术具有良好的应用价值和研究意义。

本论文通过对磁耦合谐振式无线供电技术的基本原理和传输机理的研究，构建了无线

供电系统的总体框架和等效电路模型，揭示了无线供电系统的传输特点及内在规律。

序言

本文首先介绍了无线供电技术研究背景及发展概况，然后主要介绍三种无线供电技术：电波辐射式无线供电技术、感应耦合式无线供电技术、磁耦合谐振式无线供电技术的基本原理及应用领域，并突出了磁耦合谐振式无线供电技术的特点及应用前景。

一、课题的研究背景及意义

无线供电技术[1][2][3][4]一直是人类研究的热门话题，主要是以非接触的方式对供电设备进行电能传输。与传统的有线供电相比，它避免了用电设备之间主要通过导线连接获取能量过程中产生电火花、导线裸露、磨损等不安全供电因素。无线供电技术的出现为一些特殊场合：比如，密封环境、旋转部件、水下监测等的供电开辟了新的供电途径；同时开拓了在感应电动汽车、高速磁悬浮列车馈电、医疗设备、消费电子及传感器网络等方面的应 用[5][6]。随着无线供电技术理论的不断成熟和实验研究的不断深入，将会出现大量新的应用领域及相关的产品，为现代工业生产和人类日常生活提供了极大的方便。因此，对该技术的研究具有良好的研究意义和应用价值。

无线供电技术经历了从理论假设构想到实践应用的过程，对无线供电的研究可以追溯到十九世纪九十年代，当时是由美国科学家尼古．特拉斯根据其研究搭建了第一个无线电 波传输试验系统，试图把能量传输到世界各地，为人类的生活起居提供照明[7]。到后来 1968年美国工程师 P Glaser 提出了一种使用微波电能传输技术的太阳能发电卫星[8]。该技术能利用无限的太阳能通过微波或激光传输转换成为地面人类所能利用的电能。20 世纪 80 年代后期，由加拿大团队提出了 SHARP 研究项目，试图建立一个用于转接远距离无线通信 信号的长时间漂浮高空平台，并得到了一定的应用[9]。针对上述无线供电研究尚未成熟及能量传输的缺点：方向的不定性、效率较低、传输距离的限制、穿越障碍物的限制及对周围人和动物磁辐射较大，于是在 2006 年 11 月在美国物理学会工业物理论坛上首次正式提出了磁耦合谐振式无线能量传输技术，理论性分析了该技术在实现中距离能量传输的可能性，并在 2007 年 6 月由 MIT 的（Soljacic）教授所

图 1.3 韩国首尔一座游乐园内试行的一种新型电车示意图

这种电车在铺有电感应条的路面上行驶时可“无线”充电，不像传统电车需通过路轨或车顶电线获得电能；日本国土交通省（交通部）于 2009 年 10 月在奈良市，就针对充电式混合动力巴士组织过两次实际应用实验，如图 1.4 所示，供电线圈埋入充电台的混凝土中。车开上充电台后，当车载线圈对准供电线圈后（重合），车内的仪表板上有一个指示灯会亮，司机按一下充电按钮，就开始充电。

图 1.4 日本国土交通部进行混合动力巴士充电实验

目前国内对感应耦合式无线供电技术也进行了深入的研究，并在理论和应用方面都取得了重大的突破：

（1）重庆大学自动化学院研究小组在孙跃教授的带领下对感应耦合式无线供电机理及传输特性进行了研究分析，对传输系统的可靠性、稳定性、效率性进行了试验研究。该小组还研制出了一系列的 ICPT 供电系统[16][17][18][19][20]。（2）中国科学电工研究所教授严陆光、徐善纲及其学生武瑛对无接触供电性能和悬 浮列车无接触供电进行分析[21]。

（3）东南大学研究小组对电动汽车无线充电和无线输电技术对智能电网的影响进行了研究[22][23]。感应耦合式无线供电技术还被广泛应用于医学生物体供电、轨道交通、移动设备和旋转设备供电等方面。

（三）磁耦合谐振式无线供电技术

磁耦合谐振式无线供电(Magnetic Resonant Power Transfer[24])技术主要是利用两个具有相同频率的谐振电路，通过磁场耦合实现能量从电源供给端向用电设备吸收端的无线传输。磁耦合谐振式无线供电技术与感应耦合式无线供电技术相比较，前者主要引入了谐振即共振技术，使发射线圈和接收线圈在相同频率下工作，不仅能量传输效率会大大提高，其传输距离也会大大增加。此技术主要利用近磁场谐振耦合，其辐射小，方向性要求不高，适合中等距离传输，传输效率较高并且能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响，能量传输效果与系统频率及线圈的制作密切相关，但是对电源部分要求比较高，对于高频率、大功率实现较难。图 1.5 为磁耦合谐振式无线供电实验的原理示意图。在实验中，主要由 A、S 组成的发射回路和 D、B 组成的接收回路构成。工作原理：首先由发射回路激励源 A 产生高频磁场，发射线圈 S 在外加激励下谐振，能量即由 A 传递到了 S。发射线圈 S 再通过磁场耦合把能量传输到 D。线圈 D 最后与负载回路 B 耦合，即能量最后传递到了负载回路 B 上。其中，A，S，D，B 的固有频率相同，S，D 之间是远距离传输[12]。

图 1.5 磁耦合谐振式无线供电实验原理示意图

磁耦合谐振式无线供电技术最早是由美国麻省理工学院(MIT)物理学助理教授 MarinSoljacic 为首的研究团队在 2007 年末提出的，并成功的点亮了 2 米以外的灯泡（60w），当时在国内外引起了重大的关注，如图 1.6 所示[10]。国内知名大学也对该技术进行了相应的理论和实践研究：图 1.7 是东南大学研制出了传输距离为 70cm 接收功率约为 600w 的磁耦合无线能量传输系统，该技术主要是在耦合磁场中，具有相同频率的谐振系统会进行高效的无线能量交换。

图 1.6 麻省理工学院(MIT)无线供电实验图 1.7 东南大学磁耦合无线能量传输实验

磁耦合谐振式无线供电技术发展比较成熟并在社会各个领域体现了其具体价值。目前主要应用于一些高端智能手机的无线充电器，笔记本电脑的无线供电底座，厂用小型 传感器的供电解决方案等。在生物医学领域上[25][26][27][28]，可以用在某些体内仪器(如心脏起搏器，医用体内微型机器人等)的充电、供电系统中。谐振耦合谐振式电能无线传输技术与上述两种无线电能传输技术相比，具有以下本质性的不同：

1、与微波原理的电能无线传输技术相比，具有传输功率大、传输效率高和无方向性的特点，且传输功率从以前的毫瓦级提高到千瓦级，传输效率也得到大大的提升，可达到 80%；

2、与电磁感应原理的电能无线传输技术相比，传输距离大大提高，突破了电磁感应原理的无线传输距离仅在毫米等级以内的限制[29]。

以上主要介绍了三种无线供电技术的工作原理及应用领域，通过上述三种技术的对比及自身特点，最终选择磁耦合谐振式无线供电技术作为本论文的技术方案。主要是由于对小功率传输而言，它具有传输效率高、传输距离较远等特点，特别适合本论文负载为 20w 小灯泡的近距离无线供电实验设计。

三、本课题研究的主要内容

本论文主要研究的是一种基于磁耦合谐振式无线供电技术，即相同谐振体之间通过磁场耦合空间进行能量的无线传输。着重分析磁耦合谐振无线供电技术基本原理、传输特性及实验装置的设计方法，本课题研究的最终目的在于如何提高系统的传输效率、输出功率及传输距离。首先，通过理论研究和实验分析提出了相应的有效措施。最后，设计了一个高效、稳定的小功率短距离无线能量传输系统，根据其实验数据和实验波形图验证了提高传输效率、距离及输出功率方法的科学性和电路设计的合理性。

参考文献

[1]东华.无线供电解决方案[J].www.xiexiebang.com/kjxw/nyjs/2008-02-03.[3]张代兵韩大鹏.一种低功耗设备的无线感应供电技术[J].仪器仪表学报 2006(Z3).致谢辞

首先，我要衷心感谢的是我的导师祝老师，在2014春班学习期间，老师的专业指导和无私奉献给了我莫大的帮助，特别是对本论文的完成，不管是选题还是内容的安排都给了我细心的指导和全面的分析。还有，老师严谨的治学态度、精益求精的工作作风、平易近人的人格魅力深深的影响着我，在此我向祝老师表示深切的感谢和祝福。

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