摘要：隨著電力系統自動化水平的日益提高，人們對變電站監控系統提出了越來越高的要求。結合變電站現場的實際需求，以及對嵌入式系統Wince和WiFi技術研究的基礎上，文章提出了一套無線視頻傳輸系統。包括論述了系統各組成部分、涉及到的關鍵性技術問題，并驗證了系統設計的正確性。研究的成果為WiFi無線網絡應用于電力系統遠程視頻監控奠定了基礎。
關鍵詞：WiFi；DirectShow；Wince；移動終端；監控系統
0 引言
隨著電力體制改革的深入發展，國家電網為了提高經濟效益，提高勞動生產率，都準備在各變電站實行無人值守。而如今計算機技術、網絡技術、以及多媒體技術的高速發展使得這種通過網絡實遠程視頻監控系統的搭建成為可能。
傳統的監控系統大部分都需要接入有線網絡才能實現監控的功能，在空間和傳輸方式上有一點局限性，監控設備不可能面面俱到。一旦由于自然災害、操作不當、設備老化等問題造成電力事故，而發生故障的地點是不確定的，搶修人員到達現場后，經常由于沒有適合的監控管理設備，致使搶修指揮中心無法及時、準確地采集、存儲和監管操作現場的實時信息。
隨著WiFi等無線技術的發展及普及，使得無線傳輸視頻數據成為可能。利用無線網絡的便捷性，現場可以隨時隨地將視頻傳輸到指揮中心，從而更好地與現場進行交互。基于目前電力監控系統對這一領域市場的強烈需求，提出設計和開發出一套便攜式視頻傳輸系統。
1 系統架構介紹
1．1 系統組成
本系統大致可分為三個部分：無線移動終端、WiFi無線傳輸網絡和監控平臺，采用C／S架構。如圖1所示。
(1)無線移動終端。無線移動終端是一部類似于PDA的手持設備，使用靈活、方便。設備自帶攝像頭、WiFi通信模塊等。終端客戶端軟件主要功能包括：視頻信號的采集、預覽、傳輸、拍照；系統參數的設置(如時間、背光等)；攝像頭參數設置(如亮度、飽和度等)。移動終端軟件涉及的功能比較多，實現難度比較大，是本文討論的重點。
(2)WiFi無線網絡。視頻信號采集后，經過相應的視頻編碼技術處理，將數據通過WiFi無線網絡傳輸到監控平臺，實時顯示和播放。
(3)監控平臺。該監控平臺是一臺PC服務器。
通過安裝監控軟件可以實時監視移動終端傳過來的視頻畫面并保存。
1．2 系統研究的技術基礎
(1)DirectShow技術。DirectShow是DircctX中的一員，它為Windows平臺上處理各種格式的媒體文件播放、音視頻采集等高性能要求的多媒體應用提供了完整的解決方案。
在DirectShow的開發技術中，比較重要的一個概念就是過濾器(Filter)，過濾器處于DirectShow技術的核心地位，一個基于DirectShow的程序的核心功能都是由若干個過濾器實現的，過濾器大致分三種，分別是源過濾器(Source filter)、變換過濾器(Transform filter)、表現過濾器(Render filter)，在一個具體的應用中，這三種過濾器構成了一個過濾器圖(Filter graph)，由一個過濾器圖管理器(Filtcr grap hmanager)來管理這個圖表中的所有過濾器，應用程序則通過事件和命令來和過濾器圖管理器打交道，從而控制所有的功能。DirectShow的體系框架如圖2所示。
(2)WiFi通信技術。WiFi全稱Wireless Fidelity，又稱802．11b標準，是1EEE定義的一個無線網絡通信的工業標準(IEE 802．11)。WiFi無線傳輸技術優勢體現在：
·架設方便，免去了現場長工期的布線安裝工程。
·覆蓋范圍廣，WiFi的半徑可達300feet左右，約合100m。一般只需安裝一個或多個AP設備，就可以解決現場的網絡通信問題，根據實際測得的經驗，現場一般間隔30m安裝一個AP。
投資經濟。有線網絡的固有缺點就是缺乏靈活性，在有線接入網規劃中，考慮到未來的發展，大量的超前投資往往會出現線路利用率低的情況。而WiFi的規劃就可以隨著用戶的增加而逐步擴展，而不需要重新布線，具有較強的經濟性。
·傳輸速度快，最高可達到54Mbit／s，完全滿足視頻數據傳輸的要求。
(3)視頻編解碼技術。通過移動終端攝像頭采集的視頻圖像數據是相當龐大的，如不經過壓縮處理，要想對一幀原始視頻圖像進行數字化傳輸的話(如本系統攝像頭輸出視頻像素格式為320×240，每個像素占用16bit，速度為每秒30幀)則要求傳輸能力要達到320×240×16×30= 35．16Mbit／s。所以未壓縮的視頻在一般的通信網絡上傳輸的是無法想象的。
所謂視頻編碼技術就是指通過特定的壓縮技術，將原始的視頻流轉換成另一種視頻流的方式。目前視頻流傳輸中最為重要的編解碼標準有ITU的H．263、H．264，ISO運動圖像專家組的MPEG系列標準，此外在互聯網上被廣泛應用的還有Real-Networks的Real Video、微軟公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。
2 系統實現
2．1 無線移動終端
2．1．1 硬件設計
移動終端采用Wince操作系統，硬件平臺基于TI的OMAP3530嵌入式高端CPU，主頻可達600MHz。系統硬件架構如圖3所示。
2. 1．2 客戶端軟件設計
客戶端軟件設計是無線視頻系統最重要的部分，也是實現的難點。軟件采用MFC編寫工具，基于DirectShow框架的實現方式，主要包括以下幾個功能：
(1)系統參數設置模塊實現方法。
·系統背光調節。系統的背光調節功能主要由Wince系統的電源管理模塊以及背光驅動程序相互作用實現的。提供如設置背光的亮度、無人機交互情況下何時自動關閉背光等。
視頻文件存放路徑。考慮到實際工作環境下，視頻實時保存的路徑可能是flash路徑或者是SD卡路徑，這就涉及到文件路徑的設置。實現方式為：默認情況下為flash的存儲路徑(＼ResidentFlash)，如果flash的空間很小且有SD卡的情況下，建議設置為SD卡路徑(＼Storage Card)。下次開機后顯示為上次保存的路徑。
·系統時間設置。系統時間的顯示和設置是通過調用wince系統自帶的時間設置程序。
(2)視頻控制模塊實現方法。
構建正確的Filter Graph是基于DirectShow軟件開發成功的關鍵。構建好Graph之后，接下來就利用DirectShow組件提供的相關接口函數把圖中所有的Filter都加入進去，連接相連Filter的Pin(Pin是DirectShow中多媒體信息藉以流經的單元，數據在Graph中流動是通過各個Fil ter導出的Pin來支持的)，最后啟動Graph。
·視頻數據實時傳輸。移動終端攝像頭采集的原始視頻數據經過H264編碼壓縮后，通過TCP／IP網絡傳輸到遠方監控平臺。構建如下Fil ter Graph：
·視頻數據本地實時預覽。工作人員不僅要將現場捕獲的視頻圖像實時傳送到指揮中心，還需要本地可以實時顯示當前的畫面，從而保證圖像的一致性。建構如下Filter Graph：
·即時拍照功能。現場的情況錯綜復雜，環境也千差萬別，可能由于在夜間施工，光線太暗，導致視頻質量不佳；或者需要對現場某一故障設備進行詳細觀察，這時就需要拍照功能。移動終端采用高分辨率攝像頭(OV3640，像素300萬，帶有閃光燈)，拍下來的畫面非常清晰，完全滿足使用要求。Filter Graph構建如下：
軟件開發過程當中，會涉及到許多的Filter，它們分別對應唯一的GUID標識，表1列出了主要的Filter名稱以及功能簡要說明：
2．2 監控平臺
PC服務器端監控軟件的實現相對容易，實現功能比較簡單。主要包括視頻數據的解壓等。相關Filter Graph的建立參考無線移動終端部分，這里不再贅述。
3 測試與驗證
為測試系統的可行性及正確性，搭建如下測試平臺：手持移動終端一臺、無線路由器(也就是AP)一臺、PC機一臺(服務器)。無線路由器和PC服務器在局域網內。測試平臺實物圖如下：
3．1 視頻無線實時傳輸顯示
測試過程如下：
首先分別運行無線終端客戶端軟件(如圖8)，以及PC端服務器監控軟件，這時監控軟件處于等待客戶端連接狀態。
設置移動終端WiFi連接；開啟DHCP功能，連接AP(如圖9)。
AP連接成功之后，會自動分配一個IP地址(如圖10)。
·建立TCP／IP連接，成功之后，傳輸視頻數據。
測試效果如圖11所示。
實際測試過程中，以AP為中心，在有效的范圍內(大約50m)隨意走動，視頻都能夠流暢地傳輸顯示，達到了現場的使用范圍要求。
4 結論
當前，隨著嵌入式技術、數字視頻以及無線網絡技術的飛速發展，視頻監控技術也日趨成熟，并成功運用于電力系統自動化領域。本文設計和開發了基于嵌入式系統Wince和WiFi無線技術的便攜式視頻傳輸系統，有如下特點：依靠手持終端，隨時隨地采集和傳輸現場圖像，突出便攜性；采用WiFi無線技術，方便快捷；使用TCP／IP協議傳輸視頻數據，保證了傳輸的可靠性。
隨著無線傳輸技術在視頻監控系統中的成熟應用，必將增強電力運行的安全和可靠性，對社會經濟的發展起重要的作用。 
