一體化便攜式視頻監(jiān)控器的設(shè)計與實現(xiàn)

程付超

（成都大學(xué)，四川 成都 610106）

1 引言

目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在我國各行各業(yè)都已經(jīng)得到了較廣泛的應(yīng)用，享譽(yù)世界的天網(wǎng)工程已經(jīng)實現(xiàn)了跨越省市區(qū)縣的固定區(qū)域?qū)崟r監(jiān)控和信息記錄。但這類固定式的監(jiān)控系統(tǒng)，部署復(fù)雜，往往存在盲區(qū)，并且對于具有臨時性和移動性的監(jiān)控需求，比如公共交通設(shè)施內(nèi)部，季節(jié)性的自然災(zāi)害易發(fā)點，仍在建設(shè)中的區(qū)域，監(jiān)控區(qū)域停電后的應(yīng)急監(jiān)控等，難以通過現(xiàn)有固定監(jiān)控技術(shù)來進(jìn)行解決，存在以下三點問題：

（1）安裝部署工程浩大。固定式監(jiān)控的部署一般需要進(jìn)行布網(wǎng)布線，涉及到比較大的工程量，不適用于一些臨時性的監(jiān)控場所。

（2）需要外接供電。固定式監(jiān)控系統(tǒng)，大多采用外部供電，而一些需要監(jiān)控的場地對施工有嚴(yán)格限制，不允許改網(wǎng)改線。比如客機(jī)和列車，出于安全原因，在出廠之后不允許對供電線路進(jìn)行修改，這就導(dǎo)致了固定式監(jiān)控難以部署成功。

（3）數(shù)據(jù)存儲需要外部系統(tǒng)支持。固定式監(jiān)控，監(jiān)控數(shù)據(jù)一般存儲在后臺專用的服務(wù)器或電腦上，對于一些臨時性的監(jiān)控場所，不具備這樣的條件，比如需要監(jiān)控的區(qū)域仍在建設(shè)中。

針對上述問題，本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種一體化便攜式視頻監(jiān)控器（簡稱“監(jiān)控器”），運用陀螺儀防抖動、智能電池供電等技術(shù)，集采集、存儲、供電于一體，提供實施方便、應(yīng)用靈活、續(xù)航穩(wěn)定的視頻監(jiān)控服務(wù)。該設(shè)備安裝方便，應(yīng)用靈活，且具有較好的續(xù)航能力，能夠應(yīng)對具有臨時性和移動性的監(jiān)控需求，從而與固定式監(jiān)控實現(xiàn)較好的互補(bǔ)。

2 監(jiān)控器設(shè)計

2.1 組成結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的一體化便攜式視頻監(jiān)控器主要由三部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 一體化便攜式視頻監(jiān)控器組成結(jié)構(gòu)

（1）高強(qiáng)度金屬防護(hù)罩：金屬防護(hù)罩采用高強(qiáng)度金屬罩設(shè)計，可以防止外界人為破壞產(chǎn)品，以及強(qiáng)行盜取資料。

（2）便攜式視頻采集存儲單元：視頻采集存儲單元負(fù)責(zé)對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實時化、常態(tài)化的視頻采集錄制，并將錄制的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理后進(jìn)行本地持久化保存。

（3）大容量智能電源保障單元：采用兩種規(guī)格的大容量鋰電池，并通過IC管理芯片對電池進(jìn)行管理，智能分析當(dāng)前狀態(tài)耗電量，從而延長電池使用時間。

2.2 工作機(jī)制

一體化便攜式視頻監(jiān)控器的主要工作機(jī)制包括視頻采集、視頻壓縮、視頻存儲和視頻轉(zhuǎn)存。

（1）視頻采集。監(jiān)控器通過高分辨率微型攝像頭對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)情況進(jìn)行視頻采集。針對公共交通工具這樣的應(yīng)用場景，在視頻采集中，為了緩解振動造成的圖像抖動，攝像頭還內(nèi)嵌了電子陀螺儀，能夠?qū)σ曨l采集過程進(jìn)行防抖輔助，提高視頻采集質(zhì)量。

（2）視頻壓縮。監(jiān)控器能夠通過內(nèi)嵌的H.264芯片對采集的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理。壓縮后的視頻數(shù)據(jù)圖像效果能夠達(dá)到VGA標(biāo)準(zhǔn)（640*480）。

（3）視頻存儲。監(jiān)控器將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)存儲到本地存儲卡上。一體化便攜式視頻監(jiān)控器具備兩個標(biāo)準(zhǔn)TF卡插槽，最大能夠支持256 GB容量存儲卡。

（4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存。一體化便攜式視頻監(jiān)控器采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存的方式進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的導(dǎo)出?？梢酝ㄟ^專用的多路讀卡設(shè)備，實現(xiàn)監(jiān)控器存儲卡的批量轉(zhuǎn)存。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）大容量電池智能供電。本文提出的一體化便攜式視頻監(jiān)控器采用電池供電方式，避免了外接電源對電路和網(wǎng)線的改造，從而擴(kuò)大的本監(jiān)控器的應(yīng)用范圍，使之可以應(yīng)用到客機(jī)、高鐵等嚴(yán)禁改造的應(yīng)用場景中。監(jiān)控器采用的大容量電池能夠通過IC管理芯片對電池余量進(jìn)行管理，智能分析當(dāng)前狀態(tài)耗電量，從而延長電池使用時間。在測試中，監(jiān)控開機(jī)的情況下，監(jiān)控器可連續(xù)工作30-60小時（根據(jù)電池容量的不同），能夠滿足較長時間運行的需要。

（2）雙卡循環(huán)錄像存儲。由于監(jiān)控器將數(shù)據(jù)存儲在存儲卡上，為了提高整體存儲容量，監(jiān)控器采用雙卡循環(huán)式的錄像方式，自行判斷存儲卡容量，并將數(shù)據(jù)存儲到空閑空間較大的存儲卡中，當(dāng)雙卡空間耗盡時，監(jiān)控器會按照時間順序?qū)ΡO(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)覆蓋，保證監(jiān)控器不會因為存儲耗盡而停止工作。雙存儲卡提高了整體存儲空間，延長了數(shù)據(jù)的保存時間；而循環(huán)存儲，保證了監(jiān)控器能夠在無人工干預(yù)的情況下長時間正常工作。

（3）電子陀螺儀。它是一種用于獲取物體相對位移的傳感器，其本質(zhì)是一個簡單易用的基于自由空間移動的定位和控制系統(tǒng)。在一體化便攜式視頻監(jiān)控器中，通過電子陀螺儀來實現(xiàn)視頻采集的防抖輔助功能，其基本原理是：通過電子陀螺儀，可以記錄攝像頭抖動的相對位置偏移量，將這個數(shù)量值傳遞給攝像頭的主控芯片，主控芯片就可以通過該值對采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的修正，從而減少攝像頭抖動對視頻采集質(zhì)量的影響。

2.4 技術(shù)參數(shù)

監(jiān)控器詳細(xì)技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 監(jiān)控器技術(shù)參數(shù)

3 監(jiān)控器應(yīng)用

3.1 安裝與應(yīng)用效果

目前，一體化便攜式視頻監(jiān)控器已在某鐵路局下屬高鐵列車上投入應(yīng)用，其安裝效果及視頻采集效果如圖2所示。監(jiān)控器安裝可根據(jù)安裝環(huán)境的不同，采用強(qiáng)磁吸、強(qiáng)力膠等方式，安裝便捷，并且易于拆卸。

圖2 一體化便攜式視頻監(jiān)控器安裝與視頻采集效果圖

3.2 實測參數(shù)

（1）電池續(xù)航能力。監(jiān)控器在設(shè)計時按照大小兩種電池容量進(jìn)行設(shè)計，其中小容量電池設(shè)計續(xù)航時間30小時，大容量電池設(shè)計續(xù)航時間60小時。對5個監(jiān)控器分別使用大小兩種電池在監(jiān)控開機(jī)狀態(tài)下的續(xù)航時間進(jìn)行了記錄，各自續(xù)航時間如表2所示。實際測試中小容量電池的平均續(xù)航時間達(dá)到29.1小時，大容量電池的平均續(xù)航時間達(dá)到60.1小時，與設(shè)計時長誤差在±1之內(nèi)。

（2）視頻采集數(shù)據(jù)量。分時段對5個監(jiān)控器的視頻采集數(shù)據(jù)量進(jìn)行了統(tǒng)計，如表3所示。從測試結(jié)果看，一臺監(jiān)控器平均每小時產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)量約為860 MB。

表2 監(jiān)控器電池續(xù)航時長

表3 監(jiān)控器視頻采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計

上述測試結(jié)果說明，本文設(shè)計的一體化便攜式視頻監(jiān)控器能夠達(dá)到設(shè)計工作要求，在采用電池供電的基礎(chǔ)上具備較長的工作續(xù)航時間，同時安裝方便，應(yīng)用靈活，能夠應(yīng)對具有臨時性和移動性的監(jiān)控需求，從而兼顧固定式監(jiān)控難以覆蓋的監(jiān)控區(qū)域。

4 結(jié)論

本文針對傳統(tǒng)固定式視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要外部供電且部署以后難以遷移的缺點，設(shè)計并實現(xiàn)了一種一體化便攜式視頻監(jiān)控器，集采集、存儲、供電于一體，提供實施方便、應(yīng)用靈活、續(xù)航穩(wěn)定的視頻監(jiān)控服務(wù)。該監(jiān)控器已在某鐵路局下屬高鐵列車上投入應(yīng)用，從應(yīng)用效果來看，監(jiān)控器采集的視頻清晰穩(wěn)定，工作安全可靠，具有以下顯著的優(yōu)勢與特點：

（1）采用電池供電，具備高續(xù)航能力。為了實現(xiàn)監(jiān)控器的便攜性，同時解決部分應(yīng)用場景無法提供外部供電的現(xiàn)狀，采用了大容量鋰電池進(jìn)行供電，并通過智能電源管理模塊有效降低電源的損耗，提高電源的續(xù)航時間，使監(jiān)控器續(xù)航時間達(dá)到了60小時，能夠充分滿足各類應(yīng)用場景的需要。

（2）體積小巧，方便攜帶。一體化便攜式視頻監(jiān)控器在設(shè)計中盡可能地考慮了如何減少體積尺寸和重量，目前監(jiān)控器尺寸約145 mm*80 mm*45 mm，質(zhì)量約200g，能夠較好地應(yīng)用于各種需要對設(shè)備尺寸要求較高的應(yīng)用場景，也能夠方便地進(jìn)行單人攜帶。

（3）安裝便捷，易于拆卸。固定式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的部署往往需要布線布網(wǎng)等繁瑣的工作，工程量較大，而本文研制的一體化便攜式視頻監(jiān)控器只需將外殼固定到監(jiān)控區(qū)域的合適位置即完成安裝，固定方式可采用磁吸或膠固，極大地簡化了系統(tǒng)安裝部署流程，同時也提高了監(jiān)控器的適用范圍。

（4）具備視頻采集防抖輔助。針對公共交通工具等存在震動的監(jiān)控場景，為了避免視頻質(zhì)量受到影響，監(jiān)控器采用電子陀螺儀進(jìn)行防抖處理，實現(xiàn)對視頻數(shù)據(jù)的矯正，從而達(dá)到視頻防抖的目的。

基于以上優(yōu)勢，本文設(shè)計的一體化便攜式視頻監(jiān)控器能夠覆蓋固定化監(jiān)控?zé)o法達(dá)到的區(qū)域和場景，從而與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)形成有效的互補(bǔ)，具有廣泛的應(yīng)用場景。

[1]廖志川．基于A RM的便攜式視頻監(jiān)控終端設(shè)計與實現(xiàn)[D]．南昌：南昌航空大學(xué)，2012．

[2]尹婕．便攜式應(yīng)急視頻監(jiān)控裝置的研究[J]．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2014(23)：109-110．

[3]王渤．基于UDSL便攜式多通道視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]．光電技術(shù)應(yīng)用，2015，30(2)：87-90．

[4]趙娜．移動式視頻監(jiān)控前端的設(shè)計與實現(xiàn)[D]．北京：北京郵電大學(xué)，2011．

[5]國繼征，尹強(qiáng)，別文明．礦用移動式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自主研制與應(yīng)用[J]．山東煤炭科技，2014(2)：177-178．

[6]余榮發(fā)．基于Android的移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]．廣州：華南理工大學(xué)，2011．

[7]黃倩，閔華松．基于A RM的移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33(1)：148-152．