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(guó)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(shí)現(xiàn)了跨越省市區(qū)縣的固定區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)控和信息記錄。但這類(lèi)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(duì)于具有臨時(shí)性和移動(dòng)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(diǎn)，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(guò)現(xiàn)有固定監(jiān)控技術(shù)來(lái)進(jìn)行解決，存在以下三點(diǎn)問(wèn)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(shí)性的監(jiān)控場(chǎng)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(chǎng)地對(duì)施工有嚴(yán)格限制，不允許改網(wǎng)改線。比如客機(jī)和列車(chē)，出于安全原因，在出廠之后不允許對(duì)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(chǔ)需要外部系統(tǒng)支持。固定式監(jiān)控，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一般存儲(chǔ)在后臺(tái)專(zhuān)用的服務(wù)器或電腦上，對(duì)于一些臨時(shí)性的監(jiān)控場(chǎng)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(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種一體化便攜式視頻監(jiān)控器（簡(jiǎn)稱(chēng)“監(jiān)控器”），運(yùn)用陀螺儀防抖動(dòng)、智能電池供電等技術(shù)，集采集、存儲(chǔ)、供電于一體，提供實(shí)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(duì)具有臨時(shí)性和移動(dòng)性的監(jiān)控需求，從而與固定式監(jiān)控實(shí)現(xiàn)較好的互補(bǔ)。

2 監(jiān)控器設(shè)計(jì)

2.1 組成結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)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(jì)，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(chǔ)單元：視頻采集存儲(chǔ)單元負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(guò)IC管理芯片對(duì)電池進(jìn)行管理，智能分析當(dāng)前狀態(tài)耗電量，從而延長(zhǎng)電池使用時(shí)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(chǔ)和視頻轉(zhuǎn)存。

（1）視頻采集。監(jiān)控器通過(guò)高分辨率微型攝像頭對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)情況進(jìn)行視頻采集。針對(duì)公共交通工具這樣的應(yīng)用場(chǎng)景，在視頻采集中，為了緩解振動(dòng)造成的圖像抖動(dòng)，攝像頭還內(nèi)嵌了電子陀螺儀，能夠?qū)σ曨l采集過(guò)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(guò)內(nèi)嵌的H.264芯片對(duì)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(chǔ)。監(jiān)控器將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地存儲(chǔ)卡上。一體化便攜式視頻監(jiān)控器具備兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)TF卡插槽，最大能夠支持256 GB容量存儲(chǔ)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^(guò)專(zhuān)用的多路讀卡設(shè)備，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控器存儲(chǔ)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(duì)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(chǎng)景中。監(jiān)控器采用的大容量電池能夠通過(guò)IC管理芯片對(duì)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(zhǎng)電池使用時(shí)間。在測(cè)試中，監(jiān)控開(kāi)機(jī)的情況下，監(jiān)控器可連續(xù)工作30-60小時(shí)（根據(jù)電池容量的不同），能夠滿(mǎn)足較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的需要。

（2）雙卡循環(huán)錄像存儲(chǔ)。由于監(jiān)控器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)卡上，為了提高整體存儲(chǔ)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(chǔ)卡容量，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到空閑空間較大的存儲(chǔ)卡中，當(dāng)雙卡空間耗盡時(shí)，監(jiān)控器會(huì)按照時(shí)間順序?qū)ΡO(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)覆蓋，保證監(jiān)控器不會(huì)因?yàn)榇鎯?chǔ)耗盡而停止工作。雙存儲(chǔ)卡提高了整體存儲(chǔ)空間，延長(zhǎng)了數(shù)據(jù)的保存時(shí)間；而循環(huán)存儲(chǔ)，保證了監(jiān)控器能夠在無(wú)人工干預(yù)的情況下長(zhǎng)時(shí)間正常工作。

（3）電子陀螺儀。它是一種用于獲取物體相對(duì)位移的傳感器，其本質(zhì)是一個(gè)簡(jiǎn)單易用的基于自由空間移動(dòng)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(guò)電子陀螺儀來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻采集的防抖輔助功能，其基本原理是：通過(guò)電子陀螺儀，可以記錄攝像頭抖動(dòng)的相對(duì)位置偏移量，將這個(gè)數(shù)量值傳遞給攝像頭的主控芯片，主控芯片就可以通過(guò)該值對(duì)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(dòng)對(duì)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(chē)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(shí)測(cè)參數(shù)

（1）電池續(xù)航能力。監(jiān)控器在設(shè)計(jì)時(shí)按照大小兩種電池容量進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中小容量電池設(shè)計(jì)續(xù)航時(shí)間30小時(shí)，大容量電池設(shè)計(jì)續(xù)航時(shí)間60小時(shí)。對(duì)5個(gè)監(jiān)控器分別使用大小兩種電池在監(jiān)控開(kāi)機(jī)狀態(tài)下的續(xù)航時(shí)間進(jìn)行了記錄，各自續(xù)航時(shí)間如表2所示。實(shí)際測(cè)試中小容量電池的平均續(xù)航時(shí)間達(dá)到29.1小時(shí)，大容量電池的平均續(xù)航時(shí)間達(dá)到60.1小時(shí)，與設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)誤差在±1之內(nèi)。

（2）視頻采集數(shù)據(jù)量。分時(shí)段對(duì)5個(gè)監(jiān)控器的視頻采集數(shù)據(jù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表3所示。從測(cè)試結(jié)果看，一臺(tái)監(jiān)控器平均每小時(shí)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(shí)長(zhǎng)

表3 監(jiān)控器視頻采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

上述測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，本文設(shè)計(jì)的一體化便攜式視頻監(jiān)控器能夠達(dá)到設(shè)計(jì)工作要求，在采用電池供電的基礎(chǔ)上具備較長(zhǎng)的工作續(xù)航時(shí)間，同時(shí)安裝方便，應(yīng)用靈活，能夠應(yīng)對(duì)具有臨時(shí)性和移動(dòng)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(duì)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(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種一體化便攜式視頻監(jiān)控器，集采集、存儲(chǔ)、供電于一體，提供實(shí)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(chē)上投入應(yīng)用，從應(yīng)用效果來(lái)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(shì)與特點(diǎn)：

（1）采用電池供電，具備高續(xù)航能力。為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控器的便攜性，同時(shí)解決部分應(yīng)用場(chǎng)景無(wú)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(guò)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(shí)間，使監(jiān)控器續(xù)航時(shí)間達(dá)到了60小時(shí)，能夠充分滿(mǎn)足各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)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(jì)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(duì)設(shè)備尺寸要求較高的應(yīng)用場(chǎng)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(jiǎn)化了系統(tǒng)安裝部署流程，同時(shí)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(duì)公共交通工具等存在震動(dòng)的監(jiān)控場(chǎng)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shì)，本文設(shè)計(jì)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(chǎng)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(chǎng)景。

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