基于电力线载波的视频监控系统设计

黄筱倩 邵恒康 陈海生

【摘要】 针对现代视频监控视频数据的传输和线路的架设需要耗费大量的人力、物力问题，利用电力线载波通信技术，设计了一种利用电力线传输视频信号的视频监控系统。以新一代HomePlug电力线通信芯片QCA6410为核心，通过电力线载波传输视频数据。

【关键词】 电力线载波 QCA6410 视频监控

视频监控被广泛应用到各种生产、管理、检测领域。目前市场上的监控产品主要分为两类—模拟摄像机和IPC摄像机。模拟摄像机通过同轴电缆传输视频信号，这种方式的缺点就是支持的像素不高，一般为200W像素以下；另一种就是IPC（网路摄像机），是将视频流通过有线或无线网络进行传输的摄像机。

以上两种市场上的监控产品的缺点是视频监控的视频数据的传输通常使用光纤、宽带网络、双绞线等方式作为传输媒介，在生产和安装过程中需要消耗大量的人力、物力。本文所介绍的电力线载波传输技术，利用广泛存在的电力线网络作为视频数据传输的媒介，能够有效节省生产和线路架设的成本。以高通公司QCA6410作为电力线载波视频传输模块，能够快速组网实现多点监控和稳定地传输视频数据。该系统能够免除烦琐的视频数据线路的生产、架设安装，具有节约成本、即插即用等优点。实验表明，该视频监控系统具有节省成本、安装方便、图像清晰、兼容目前市场IPC等特点。

一、电力线载波视频监控系统的总体设计

本系统在视频数据采集端使用目前市场上所使用的IPC摄像头，主要设计基于QCA6410的电力线载波传输模块，QCA6410支持IEEE 1901/HomePlug AV电力线网络协议，具备200Mbps的网络性能，在单芯片内同时整合了内存、10/100以太网PHY、模拟前段/线路驱动和电源管理单元。以下为本系统的整体设计框图。

二、系统硬件的设计和实现

2.1 视频采集

在本系统中，摄像头使用了目前市场上通用的IPC摄像头。结合实际，目前IPC摄像头国内发展得已经比较成熟。各大厂商都有自己成熟的解决方案，例如TI的达芬奇平台、华为海思的Hi3516/Hi3518平台等等。所以在视频数据采集到网络编码输出这块，可以直接使用市场上的成熟产品，这样开发周期可以明显减端，成本压缩，稳定性高。

所以本论文的主要目标是设计一种稳定、高速并且可以兼容各个厂商IPC摄像头的电力线传输方案。在本系统中，视频使用了华为海思Hi3518E的解决方案。

2.2 电力线载波收发模块

电力线载波通讯模块是本设计的核心。该模块主要负责接收IPC摄像头发出的视频网络包，然后进行正交频分复用（OFDM）编码将数据调制到电力线上面。本模主要由QCA6410电力线调制控制芯片和AR1500模拟前端组成。QCA6410是高通公司基于HomePlugAV技术标准研发的EOC芯片，其物理层使用OFDM调制方式，它是将待发送信息码元通过并换，降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。同时它使用循环前缀（CP）作为保护间隔大大少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性从而大大减少了信道间干扰。OFDM中个载波频谱有1/2重叠正交，这样提高了OFDM调制方式的频谱利用率。在接收端通过相关解调技术离出各载波同时消除码间干扰的影响。QCA6410去除低频干的频段后，在7.5-30MHz频段使用917个子载波；功率谱密度可编程，以满足不同国家的频率管制；每个子载波可以单独进行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM调制；采用TurboFEC错误校验；物理层线路速率达到200Mbps，在Cable中，传输距离可以达1KM，传输效率100Mbps。下图为电力线载波模块的结构框图。

三、系统软件的设计和实现

本系统中的摄像头采用海思方案。下图是该方案的内部软件处理流程。

1、VI 模块捕获视频图像，可对其做剪切、缩放、镜像等处理，并输出多路不同分辨率的图像数据

2、解码模块对编码后的视频码流进行解码，并将解析后的图像数据送 VPSS 进行图像处理或直接送 VO 显示。可对 H264/VC1/MPEG4/MPEG2/AVS 格式的视频码流进行解码。

3、VPSS 模块接收 VI 和解码模块发送过来的图像，可对图像进行去噪、图像增强、锐化等处理，并实现同源输出多路不同分辨率的图像数据用于编码、预览或抓拍。

编码模块接收 VI 捕获并经 VPSS 处理后输出的图像数据，可叠加用户通过 Region模块设置的 OSD 图像，然后按不同协议进行编码并输出相应码流。

4、VDA 模块接收 VI 的输出图像，并进行移动侦测和遮挡侦测，最后输出侦测分析结果。

5、VO 模块接收 VPSS 处理后的输出图像，可进行播放控制等处理，最后按用户配置的输出协议输出给外围视频设备。

6、AI 模块捕获音频数据，然后 AENC 模块支持按多种音频协议对其进行编码，最后输出音频码流。

用户从网络或外围存储设备获取的音频码流可直接送给ADEC 模块， ADEC 支持解码多种不同的音频格式码流，解码后数据送给 AO 模块即可播放声音。

四、结论

基于电力线载波的视频监控系统利用电力线做为传输介质，短距离进行视频 数据的传输，利用广泛存在的电力线网实现视频监控。在经济效应上达到了节约布线成本、人力施工成本等等，在实现效果上，解决了家庭监控系统有线方式布线难、无线方式信号差的问题。。实验表明该方案可行，能够应用于停车场、工厂、仓库、家庭、银行等领域，具有广泛的市场应用前景。

参 考 文 献

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