基于WiFi技术的地震现场无线音视频监控系统终端

徐 年 章熙海 肖 飞 高 飞

（中国南京210014江苏省地震局）

基于WiFi技术的地震现场无线音视频监控系统终端

徐 年 章熙海 肖 飞 高 飞

（中国南京210014江苏省地震局）

地震发生后，利用卫星通信向抗震救灾指挥部回传地震现场画面，存在灵活性和全覆盖性低的特点。基于此，本文提出基于WiFi技术的地震现场无线音视频监控系统终端设计，能够有效实现地震现场全覆盖不间断的实时远程视频监控，对于提高地震应急救援能力具有重要作用。

卫星通信；WiFi；地震现场；应急救援；视频监控

0 引言

中国是个地震发生较多的国家。地震发生后，政府和公众需要及时了解震区情况，以便开展抗震救灾行动。现阶段主要利用卫星通信方式向抗震救灾指挥部回传地震现场画面，但这种方式存在灵活性和全覆盖性低的特点。本文就此提出一种基于WiFi技术的地震现场无线音视频监控系统终端的设计。地震现场移动目标无线视频监控系统通过建立地震现场和指挥部有线/无线混合网络传输平台，是现有视频监控系统在功能上的扩展，借助于组网灵活方便的无线网络和异构网之间融合的趋势，监控终端将具有更加灵活的移动性，能够实现地震现场全覆盖不间断实时远程视频监控、信息集成与综合监控等功能，弥补现有视频监控系统的不足，从而提高监控系统的实用性（徐年等，2015）。

1 系统设计

1.1 方案设计

本研究涉及的音视频监控终端为便携式设备，主要实现对语音、视频数据的采集、压缩编码和传输，同时支持语音数据的回传和解码输出。在WiFi环境下，数据的输入输出依靠装置中的WiFi模块和有线网络中的AP之间的通信实现。如图1所示，终端和节点AP之间建立传输层的无线连接，终端获得节点IP信息并连接无线网络连接，使用RTP协议传输数据。在WLAN中进行切换时，通过一定切换准则实现不同AP接入进行数据连接和传输（徐年等，2014）。

根据设计，选定国产海思多媒体处理芯片作核心处理设备，海思半导体公司推出的Hi3515是一款基于ARM9处理器内核的SOC处理器，ARM9处理频率达400 MHz，带有MPEG/H.264视频硬件压缩编码，内有200 MHz的DDR2 SDRAM接口，有丰富的视频输入输出接口及SATA/SDIO/SPI/UART/USB多种外围接口，是目前智能家居、物联网络、安防监控、视频通信及工业控制领域比较通用的嵌入式终端设备芯片。

图1 终端与节点AP的数据交换Fig.1 The data exchange between terminal and node

1.2 硬件设计（盛家伦，2005）

远程无线视频监控系统终端组成见图2，基于海思多媒体处理芯片Hi3515的视频处理系统，接收CMOS摄像头感应的数字视频信号，经H.264编码压缩后由WiFi模块发送，地震现场通过相应AP接收视频信号，并上传至指挥部后台监控中心，后端监控服务器接收视频数据，并进行H.264解码显示。

1.3 WiFi无线模块连接

1.3.1 无线WiFi模块。根据实际需求，选择带USB接口的WiFi模块与Hi3515连接。为此，选择的WiFi模块无线模块主要由发射器、接收器和控制器3部分组成，组成框图见图3，其中RalinkRT2070WMAC/BBP自带USB接口和JTAG接口，数据通过无线收发芯片 RT2070 进行收发（夏振华等，2010）。

图2 终端设计Fig.2 Terminal design diagram

图3 Ralink无线WiFi模块结构Fig.3 Structure diagram of Ralink wireless WiFi module

1.3.2 Hi3515处理器USB接口设计。USB 2.0 Host控制器控制器中包含一个Root Hub（USB系统的一部分，通过Hub可以扩展USB接口），支持High-speed（480 Mbit/s）、Full-speed（12 Mbit/s）和Low-speed（1.5 Mbit/s）3种数据传输，支持USB 2.0、OHCI Rev1.0a和EHCI Rev 1.0协议。USB 2.0 Host 控制器的大部分硬件逻辑可以完成：①对传输的控制和处理；②对数据包的解析和打包；③对USB传输信号的编码和解码；④为驱动程序提供中断向量等接口。USB 2.0 Host控制器具有以下功能：①支持USB 2.0协议；②支持OHCI Rev 1.0a、EHCI Rev 1.0协议；③支持High-speed、Full-speed、Lowspeed数据传输模式；④支持低功耗的解决方案；⑤支持Control Transfer、Bulk Transfer、Isochronous Transfer、Interrupt Transfer 基本数据传输类型；⑥通过USB Hub，最多可连接127个设备。USB 模块逻辑见图4。

1.4 主软件模块框架

视频监控系统的采集终端主要是有摄像头、Hi3515视频开发平台、WiFi模块以及嵌入式程序等组成。系统采集视频和音频信号，输入Hi3515处理器。Hi3515收到音视频数据，处理后进行编码，同时把写文件时的缓存数据封装成IP流，通过WiFi无线模块传输到网络上。为保证多任务之间对资源的竞争和共享，采用多进程算法和互斥量进行进程控制，主进程主要负责管理、控制和协调所有硬件设备，并处理来自硬件的中断请求。同时，控制各子进程的打开与关闭，对压缩编码之后的码流数据进行存储、解码显示以及RTP封包等。该部分主软件模块见图5（赵庆林，2005）。

图4 Hi3515处理器USB模块逻辑Fig.4 Hi3515 USB module logic block diagram

图5 主软件模块Fig.5 Block diagram of main software

2 系统测试

视频监控终端将采集图像以无线方式发送至与之关联的AP，以便将地震现场视频信号及时传输到指挥部。在此对该系统的本地覆盖性能、图像传输质量、语音传输质量进行测试。

（1）本地覆盖性能。从应急指挥车算起，测试无线信号的覆盖能力、能够延伸的距离及传输效果最佳距离。测试发现：在300 m距离内，语音图像效果比较好；300—350 m范围内，图像声音有2—3 s的延时；到达400 m左右时信号丢失。可见，该系统的最佳传输距离应为260 m。

（2）图像传输性能。观察图像传输的流畅性、图像质量和图像延时时间，发现图像质量良好，传输比较流畅，偶尔有约1 s的延时。

（3）语言传输性能。观察语音传输的流畅性、语音质量及语音延时时间，发现单兵向指挥部通话，有约1 s的延时；指挥部向单兵通话，有约3 s的延时；语音传输比较流畅，语音通话质量良好。

3 系统应用

2016年6月23日，江苏省地震应急救援中心联合南京、苏州、无锡、常州和南通市地震局开展地震应急综合演练。工作人员携带地震现场无线音视频监控系统赶赴地震演练现场，并将现场图像（图6）和声音回传至后方指挥部，效果良好（徐年等，2016）。

图6 地震现场无线音视频监控系统回传画面Fig.6 The picture returned to terminal by the audio and video monitoring system from earthquake site

4 结束语

WiFi技术具有组网简单、传输速率快、成本低等优势，将WiFi技术应用到地震现场中，可以有效实现地震现场视频图像画面全覆盖，对于提高地震应急救援能力具有重要作用。

盛家伦，刘在涛.地震应急指挥系统关键技术和总体设计[J].地震地磁观测与研究，2005，26（4）：107-116.

夏振华，张正炳.基于3G移动通信的无线视频监控的设计[J].电视技术，2010，（3）：95-98.

徐年，陈飞，李伟.江苏省地震应急物资库管理系统设计[J].地震地磁观测与研究，2016，37（2）：119-122.

徐年，章熙海，肖飞.江苏省地震前方指挥车应急数据信息通信方式的实现[J].网络安全技术与应用，2014，（9）：93-94.

徐年，章熙海，高飞.地震应急指挥车现场应急通信技术系统的设计与实现[J].智能计算机应用与研究，2015，（2）：5-8.

赵庆林.蜂窝重叠情况下移动IP切换延时分析[J].通信学报，2005，（01）：14-17.

About the seismic site wireless audio and video surveillance system terminal based on WiFi technology

Xu Nian，Zhang Xihai，Xiao Fei and Gao Fei
(Earthquake Administration of Jiangsu Province,Nanjing210014,China)

After the earthquake, the traditional way for transferring back the earthquake site pictures to the earthquake relief headquarters is satellite communication method.But this way has the feature of low fexibility and low full-coverage.Based on this, a design of seismic site wireless audio and video surveillance system terminal based on WiFi technology is presented in this paper.It can effectively achieve full coverage of the earthquake scene and uninterrupted real-time remote video surveillance.It will play an important role for improving the power of earthquake emergency rescue.

satellite communication，WiFi，earthquake site，emergency rescue，video surveillance

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.029

徐年（1982—），男，硕士，江苏省南京市人，工程师，主要从事地震现场应急通信技术研究工作。

E-mail： xunian0215@163.com

本文收到日期：2016-01-19