无线视频监控技术在供电企业的应用

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

1、应用分析

有线视频监控技术发展至今，已经日趋成熟。随着无线通信技术的发展，无线视频技术已经迅速跟进，远距离的视频传输已经开始进入实用。无线监控以其覆盖范围广、部署位置灵活、与有线监控融合方便的优势，目前可以作为有线监控的有力补充。根据使用单位的需要，可随时增加、减少或更改网络监控点的位置，可以大大提高系统运行的管控水平。

无线视频监控在电力企业中有着很好的应用前景。如电力施工现场视频监控，输电线路视频监控（如风筝事故和电力设施保护重点地段、输电线路重点地段、建筑施工等；应急指挥和事故处理；变电运行重要操作远程视频监护；重大保电活动中的运行监控等等。

2、系统概述

视频监控系统基本上由远端视频单元和局端视频服务器两部分构成，功能上分为前端视频采集编码处理、信号传输、视频解码及信息处理这几模块。而对于采用无线方式的视频监控系统的核心技术，主要是：无线通信技术、视频信号编解码、远端设备的节能控制和供电技术。下面从这三个方面解析系统的技术要求，并作出分析和选择。

3 、视频编解码

3.1 技术要求

视频信息的数据量十分惊人，为了能在时变、带宽有限、误码率较高、缺乏QoS保证的无线信道上传输视频数据，首先必须压缩编码，良好的视频压缩比是实现无线视频传输的基本要求。对于视频监控系统来说，视频信号的实时性要求高。一般监控画面显示与实际事件发生时间差应小于0.5 s，报警时延要求小于1 s，因此对编解码技术的编解码速度要求高。另外由于无线传输是在全开放环境中进行，误码、掉包等情况会经常发生，因此采用的编解码技术必须对误比特干扰有良好的适应性。同时在视频解码时我们还要求有很好的视频恢复质量。

3.2 现有技术

目前国际上在专门研究视频编码方面存在两大标准化组织——ITU-T（国际电信联盟）和（MPEG）运动图像专家组，这两大组织推出的H.26x 和MPEG 系列标准和相关协议，集中了学术界最优秀的成果。

3.2.1 MPEG

MPEG-4 是为在国际互联网络上或移动通信设备（例如移动电话）上实时传输音/视频讯号而制定的最新MPEG 标准，是新一代基于内容的多媒体数据压缩编码国际标准，它与传统视频编码标准的最大不同在于第一次提出了基于对象的视频编码新概念。MPEG-4 提供了多种抗误码工具，承载流媒体业务的实时网络传输层及底层移动通信系统也可以进一步改善流媒体传输的抗误码性能。

3.2.2 H.26x

H.26X 系列标准是国际电信联盟（ITU-T）制定的，专门用于低比特率视频通信的视频编码标准，它们采用的基本技术包括：DCT变换、运动补偿、量化、熵编码等。具有较高的压缩比，广泛应用于远程监控、电视会议以及可视电话等领域，尤其在视频监控领域。它已经可以在嵌入式系统中达到实时、稳定的压缩效果，因此特别适合于无线视频传输的需要。作为目前最新的视频编码技术H.264 标准，采用了高精度、多模式预测技术用来提高压缩比以降低码流。H.264 标准针对网络传输的需要设计了视频编码层VCL和网络提取层NAL结构，网络抽象层是提供“网络友好”的界面，从而使视频编码层能够在各种系统中得到有效的应用。H.264 标准针对网络传输的需要设计了差错消除的工具便于压缩视频在误码、丢包多发环境中传输，从而保证了视频传输的有效性。

3.3 分析和选择

目前国内视频监控领域采用最多就是MPEG4和H.264 两种标准，这两种编解码技术都能较好地工作在低码率条件下。这两个标准比较而言，MPEG4 的优点是图像的恢复质量好。H.264 主要的优点有两个：更高的视频压缩比和良好的网络亲和性。同时具有较强的容错能力，适合用于各种网络传输。在编解码的计算工作量上，H.264 要少于MPEG4 ，因此在同等条件下，H.264 的运算时间更短，有利于提高视频监控系统的实时性。

重要的是，在同等的画质下，H.264 比上一代编码标准MPEG2 平均节约64%的传输码流，而比MPEG4/ASP 要平均节约39%的传输码流。根据中国电信上海研究院的实际测试结果表明：国内普遍采用的MPEG-4编码技术在3Mbps的带宽下尚达不到标清（640x480）的图像质量，而H.264编码技术可以在2M带宽下提供标清要求的图像效果。显然，采用无线通信技术来传输视频监控信号时，我们应优先考虑采用H.264视频压缩技术。

4、无线通信

4.1 技术要求

无线信道由于其固有的特性如抖动效应、多径效应、瑞利衰落等导致误码率高，干扰严重，并且无线网络带宽有限，波动较大，很难为应用提供可靠的服务质量保证。这就给在无线信道中的视频通信提出了很高要求。

对于采用无线通信方式传输的视频监控系统，无线通信的传输速度是关键指标。首先我们有必要分析一下视频监控系统中到底有多大的数据量，需要多大的传输速度。

信道传输速度的考虑：在视频监控系统中，主要存在两种数据流：控制数据和视频数据。其中视频数据量非常大，相对而言控制信号的流量可以忽略，主要具体分析一下视频数据。已知一幅图像的数据量计算公式是：

图像数据量(字节数)＝图像水平分辨率×图像垂直分辨率×像素深度／8例如:拿最常用的CIF格式来说，352*288的像素分辨率，当每个亮度和色度分量取8bit精度!每个色度分量取亮度分量一半的分辨率时，即像素深度为12 时，每幅图像的数据量约152kB，以25 帧/s的速率传送,则需要高达30Mbit/s的带宽。即使我们考虑使用压缩比高的H.264编码格式，对该CIF视频信号进行压缩，也需要300kbps 以上的带宽。如果传输经压缩处理过的D1 分辨率视频信号（720*480，16bit，30 帧/s）,就需要1.7Mbps 以上的带宽。

传输距离对于无线视频技术来讲也是一个非常重要的技术参数。考虑到，目前电力系统110kV以上变电所均已联网，在输电线路杆塔的10 km范围内一般会存在有线网络的介入点，因此需要10km以上的无线通信技术。另外考虑到图像质量、实时性等方面的要求。传输手段的误码率和传输延迟也是必须考虑的内容。当然经济性和信息安全（尤其对于无线系统）也需要关注。

4.2 现有技术

国内现有的无线通信技术：

1) 微波。微波通信是视距传播，每50 km需设置中继站，易受干扰，通信质量较差，使用的频率和通道需审批；

2) WiFi。目前国内广泛采用的802.11技术只能用于解决最后100 m的无线连接，而且最佳的传输距离在50 m以内。

3) 2.5G 移动通讯。中国移动和中国联通各自都已拥有遍布全国的2.5G 移动通信网络。中国联通采用基于码分多址的CDMA2000 1x制式，又被号称2.75G 的移动技术。最高下载速度可达153kbit/s，现网实测可达100kbit/s左右。目前中国移动已经推广使用速度更高的GPRS 后续技术EDGE。采用EDGE 技术，现网测试也可达到135kbit/s左右。不少厂家也推出了基于2.5G 移动公网的视频监控系统，作为对有线网络监控系统的有力补充。另外，国内还有一种双卡或多卡CDMA IX 传输技术，通过多链路捆绑技术，可以提高传输带宽。并且已经有相关的产品。

4) WiMAX。WiMAX 是IEEE802.16 技术在市场推广方面采用的名称，也是IEEE802.16de技术的别称。其中IEEE802.16d提供了固定无线接入方案。提供30Mbit/s以上的接入带宽，覆盖范围达几十公里，可以为用户提供便利、优良的移动多媒体宽带服务和高速的无线数据传输，并且具备一定的Qos功能。2007 年10 月，WiMax被ITU批准成为四大3G 移动通信技术之一。WiMax与其它的3G 技术不同的是，它的最初目标并不是为移动通信服务商设计的，它实现了宽带无线化，它可以由用户购买设备自行搭建。在2008 年的抗震救灾中，WiMax 框架的应用产品已经被用于唐家山堰塞湖远程宽带无线视频监控，效果很好，为抢险工作提供了很好的监控手段。

5) 其他3G移动通信（TD-SCDMA,WCDMA）。

这些3G移动技术是中国移动和中国联通将来的3G移动公网所采用的技术，可以提供足够高传输速度。中国的3G 移动公网已经开始建设，在不久的将来可以提供3G移动通信服务。

4.3 分析选择

很明显，微波技术成本高，技术陈旧，不应考虑。WiFi的传输速度足够高，但是传输距离不够远，只能用于站所内无线通信，可以作为变电所视频监控的有力补充。移动公网上的2.5G 技术——GPRS、CDMA1X 和EDGE，目前只能提供不超过150kbps的传输速度，小于300 kbps，不能满足传输CIF流畅视频信号的要求。因此目前市面上许多基于CDMA 无线视频监控系统，开始采用双卡CDMA传输，通过多链路绑定提高传输带宽，理论上基本可以实现每秒8~16帧CIF视频信号。尽管如此，视频信号的效果仍然不够好，远不及有线传输系统。在已有技术中，WiMAX(IEEE802.16)可以实现30Mbps 以上的速度，30 km以上的传输距离可以很好的满足视频监控系统对通信的要求。但是由于WiMAX 是新兴的技术，网络搭建费用很高，系统的经济效益差。将来TD-SCDMA，WCDMA 等公网的3G 技术会是很好的选择。

5、供电方案

5.1 两种供电方案

5.1.1 直接电缆供电

直接从电网取电。

5.1.2 太阳能或燃料电池供电

考虑到电力输电线路大多架设在田野或野外，当对这些电力设备进行视频监控时，即必须考虑监控系统远端设备的供电方案。目前太阳能供电主要采用太阳能光伏电池板发电。主要由四部分组成：太阳能电池板，太阳能电池分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池。由于单晶硅电池比其他两类坚固耐用、使用寿命长(一般可达20 年)、光电转换效率高等，致使它成为最常用的电池；太阳能充电控制器；蓄电池组。

5.2 分析选择

对于像江苏地区的平原地带，输电线路大多架设在农田中，如果附近有农户或低压线路，可以使用电缆直接供电。当个别情况下，不可能实现直接供电的，只能使用太阳能供电。江浙地区是多雨地区，尤其在梅雨季节，可能出现连续近十天的阴雨，会影响到设备供电。不考虑照明的情况下，以远端设备日耗电量1.2kWh为例，如选取单组电压=12V，功率=50W 的单晶硅电池板，则需要并联电池板2块，串联电池板8 块；需要蓄电池总容量为24V、450Ah。可以实现出现连续4~5天阴雨时保持供电。这种情况下采用燃料电池供电也许更经济、实用。远端视频监控设备设计时必须充分考虑节能。

6、结论

通过上面的分析计算，电力系统无线视频监控在实现技术上得出以下几条结论：

1) 视频编解码技术上，通过从压缩比、误码的耐受等方面分析比较，我们可以看出，目前H.264编码技术比较适合于无线视频传输。

2) 无线通信手段上，现阶段只有WiMAX 可以提供CIF 以上分辨率，30fps 的流畅通信。但是采用该技术还存在造价高的问题。今后几年，3G移动技术的发展，尤其是3G 移动公网的建成，无线视频监控将迎来突飞猛进的时代，真正进入实用化阶段。现阶段在分辨率和流畅程度要求不高的情况下，可以考虑采用多卡的CDMA 1X 无线通信。

3) 在远端设备的供电技术上，由于光照、连续阴雨天数多等自然条件的原因，尽量采用电缆直接供电。在不得已的情况下，在个别情况下可以采用燃料电池供电或太阳能供电。