无线视频传输基本知识和系统方案

本方案给需要在车间或者生产现场增加无线视频监控的提供一些参考方案。无线传输,通常是在移动、不方便布线的场合架设无线传输模块进行通讯。


一、 无线视频传输的基本常识

无线视频传输就是指不用布线(线缆)利用无线电波来传输视频、声音、数据等信号的监控系统。无线图像传输即视频实时传输按照传输的方式,分为移动中传输,即移动通信;以及宽带传输,即宽带通信。

无线视频传输的优势是:

1 综合成本低,

无线视频传输性能更稳定。只需一次性投资,无须挖沟埋管,特别适合室外距离较远及已装修好的场合;在许多情况下,用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制,例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境,对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便,采用有线的施工周期将很长,甚至根本无法实现。这时,采用无线监控可以摆脱线缆的束缚,有安装周期短、维护方便、扩容能力强,迅速收回成本的优点。

2、组网灵活,可扩展性好,即插即用。管理人员可以迅速将新的无线监控点加入到现有网络中,不需要为新建传输铺设网络、增加设备,轻而易举地实现远程无线监控。

3、维护费用低。无线监控维护由网络提供商维护,前端设备是即插即用、免维护系统。

4、无线监控系统是监控和无线传输技术的结合,它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心,并且自动形成视频数据库便于日后的检索。

5、在无线监控系统中,无线监控中心实时得到被监控点的视频信息,并且该视频信息是连续、清晰的。在无线监控点,通常使用摄像头对现场情况进行实时采集,摄像头通过无线视频传输设备相连,并通过由无线电波将数据信号发送到监控中心。

通过无线传输的时候,按照传输的距离要求,近距离的可以通过WIFI的网络进行传输,远距离的可以通过3G网络、4G网络进行传输。


二、 无线视频传输的相关技术和选型


无线视频传输

1、技术核心:大多是采用802.11n的标准,也就是常用的无线标准,受到带宽限制所以是压缩传输,画质和声音都会下降。


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从理论上来讲,2.4GHz是工作在ISM频段的一个频段。ISM频段是工业,科学和医用频段。一般来说世界各国均保留了一些无线频段,以用于工业,科学研究,和微波医疗方面的应用。应用这些频段无需许可证,只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W),并且不要对其它频段造成干扰即可。

ISM频段在各国的规定并不统一。而2.4GHz为各国共同的ISM频段。因此无线局域网(IEEE 802.11b/IEEE 802.11g),蓝牙,ZigBee等无线网络,均可工作在2.4GHz频段上。

大家所谓的2.4G无线技术,其频段处于2.405GHz-2.485GHz(科学、医药、农业)之间。所以简称为2.4G无线技术。

5GHz频段是一个比2.4GHZ频率更高、开放的ISM频段,提供了3100MHz U-NII(无须许可证的国家信息基础设施)频段用于高速无线数据通信。这三个100MHz频段分别是:一、5.155.25GHz,规定其EIRP不大于23dBm适用于室内无线通信;二、5.255.35GHz,规定其EIRP不大于30dBm,适用于中等距离通信。三、5.7255.825GHz,通常人们选用5.7255.825GHz来进行社区的宽带无线接入,以获得更佳的性能价格比。

由于5GHz 是一个开放的、极少被使用的频段,目前仅有部分高端无线路由器、高端数字无绳电话使用。打个通俗点的比方,5GHz频段就像一条刚刚开通8车道高速公路,而行驶在这条高速公路上的车辆极少,非常适合成为2.4G之后的主流无线外设技术。


2、分辨率:采用普通的无线技术传输的产品最终分辨率最多只有720P的分辨率。

分辨率是用于度量位图图像内数据量多少的一个参数,通常表示成dpi(dot per inch,每英寸点)。简单地说,摄像头的分辨率是指摄像头解析图象的能力,也即摄像头的影像传感器的像素数。最高分辨率就是指摄像头能最高分辨图像的能力的大小,即摄像头的最高像素数。现在市面上较多的30万像素CMOS的最高分辨率一般为640×48050万像素CMOS的最高分辨率一般为800×600。分辨率的两个数字表示的是图片在长和宽上占的点数的单位,一张数码图片的长宽比通常是43

在实际应用中,摄像头的像素越高,拍摄出来的图像品质就越好,但另一方面也并不是像素越高越好,对于同一画面,像素越高的产品它的解析图像的能力也越强,但相对它记录的数据量也会大得多,所以对存储设备的要求也就高得多。如果将摄像头用于网络聊天或者视频会议,那么分辨率越高则需要的网络带宽就越大。因此消费者在这方面应该注意,应根据自己的需要选择一款像素适合自己的产品。

图像解析度/分辨率(Resolution)

ü SXGA(1280 x1024)又称130万像素

ü XGA(1024 x768)又称80万像素

ü SVGA(800 x600)又称50万像素

ü VGA(640x480)又称30万像素(35万是指648X488)

ü CIF(352x288) 又称10万像素

ü SIF/QVGA(320x240)

ü QCIF(176x144)

ü QSIF/QQVGA(160x120)


3、抗干扰:日常生活中的很多无线设备都是采用802.11标准,采用的是2.4G频段,所以会互相有干扰,如果采用5G的频率并具备智能调频抗干扰性能,抗干扰能力会很强,但在中国,目前还不属于ISM的免费频段范围。

目前对于无线网来说,影响最大的当然是无线干扰,这严重影响了无线网的稳定性和传输的速度,是日常生活中无线网的运用范围越来越广,无线网的干扰的情况也是不断发生。

扩频通信技术是广泛运用在公网和专网的一种无线通信技术。扩频通信可分为直序列扩频和跳频两种。各种扩频的机理不同。难以断言某种扩频方式优于另外一种扩频方式,只能在一定条件下具体分析不同厂家的实际产品,下面就两种技术作一简单比较:

1)抗衰落、非凡是频率选择性衰落

直扩系统射频带宽很宽。小部分频谱衰落不会使信号频谱严重的畸变;对于跳频系统,频率选择性衰落将导致若干个频率受到影响,导致系统性能恶化。

2)抗强的定频干扰

直扩抗干扰通过相关解扩取得处理增益到达抗干扰的目的,但假如超过干扰容限的定频干扰也会导致直 系统的通信中断。一般的扩频产品有多个频道(Channel,可以在2.4G2.4835G的范围内选择。可以躲过这一干扰。

跳频系统靠载波的随机跳变,躲避干扰,将干扰排斥在接受通道以外达到抗干扰的目的,若调频系统的可用频道很大,在某一个频点停留时间很短,才有好的效果。

与上面第(1)点谈到的同理,慢跳系统(一般跳次数在1000跳以下),属于跳频产品中的低端产品,因此很大程度上丧失了很多跳频技术本身所具备的特性。

慢跳频产品对窄带干扰非常敏感,举例来说,假设扩频段中有一个1MHz频宽的频点受到干扰,慢跳频产品每秒跳频100次,那么至少有一次会受到上述提到的窄带干扰,此时误码率为10-2,这么高的误码率对正常通信来说是不可用的。只有快跳频产品才能避免窄带干扰,但成本极高,目前商用通信中还没有快跳频产品。

3 抗多径干扰

多径干扰是由于电波传播过程中碰到各种反射体(高山,建筑物)引起,使接受端接受信号产生失真,导致码间串扰,引起噪音增加。而直扩系统可以利用这些干扰能量提高系统的性能。跳频系统要抗多径干扰,要求每一跳驻留的时间很短,一般要实现1M次跳/每秒,实际难以实现。

4)同步

直扩系统除了一般通信系统所要求的同步以外,还必须完成伪随机码的同步,以便接受机用此同步后的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直扩系统随着伪随机码字的加长,要求的同步精度也就高,因而同步时间就长。跳频系统的调频速率远低于直扩系统的伪随机码速率,因而对同步的要求就相对降低,同步时间就短。直扩系统的同步时间就短、入网就快。调频系统的同步时间在毫秒级,直扩系统的时间在秒级。

但这仅指两台扩频设备开机,到可以通信的时间。

5)通信安全保密性

直扩和跳频系统都有很强的保密性能。另外,对于直扩系统而言,射频带宽很宽,谱密度很低,甚至沉没在噪音中,就很难检查到信号的存在。由于直扩信号的频谱密度很低,直扩系统对其它系统的影响就很小。

6)信号处理

直扩系统一般采用相关解调解扩,其调制方式多采用BPSKDPSKQPSKMPSK等调制方式。而跳频方式由于频率不断变化、频率的驻留时间内都要完成一次载波同步,随着跳频频率的增加,要求的同步时间就越短。因此跳频多采用非相干解调,采用的解调方式多为FSKASK,从性能上看,直扩系统利用了频率和相位的信息,性能优于跳频。从实现的角度看,由于相干检测需要载波恢复电路,直扩实现起来成本昂贵。

另外慢速跳频系统对于同一地区的所有微波设备都产生干扰,因为跳频系统是一种窄带产品,由于商业跳频都是慢速跳频,其瞬时单位频谱功率很高,并且会跳到ISM规定的频段中所有频谱范围内。因此会干扰整个地区的所有同频段设备,由于,跳频在跳动中会产生严重的杂散发射,甚至会干扰受频率许可保护的其它无线电设备。事实上跳频设备同时也会被同地区的所有跳频系统干扰。正因为如此,实际上各个国家的无线电治理机构对于跳频的使用往往均加以各种方式的限制,如不答应跳频采用全向天线,强制要求室外应用中跳频的频率恒定(这也就完全消灭了跳频的优势),因此虽然跳频的价格极端便宜(其跳频基本电路是采用GSM手机跳频电路设计、成本相当低),实际上使用中是以严重浪费无线电频率资源为代价的的。

跳频系统的频道数不是同一概念,其相邻频道之间无隔离度的概念,因此在实际理论上是没有扩频增益的。

正是由于跳频技术本身的限制,在多次测试中跳频的传输质量均远远低于扩频。在国内,一个北京市的用户试装一个号称3M速率,传输超过30公里的跳频无线调制解调器,实际距离仅有4公里,采用了一个高达250mW的功率放大器,测试中实际能够维持的速率仅在384kbps左右,并且随着时间和信号的变化,其设备会自行降低通信速率。最后用户通过其它手段发现其原版英文说明书上的距离仅仅保证2公里(约3.2公里)。


4、延迟性:普通的无线设备因为需要压缩处理时间会出现不稳定或者延迟情况。

无线,不同于有线传输,在有线转无线、无线转有线之间始终存在一个延时。根据协议的不同,无线设备的CPU和射频芯片的不同,无线延时的响应时间不同。

对于视频来说,要选择合适分辨率的摄像头和合适带宽的无线传输设备。在设计时,需要考虑多少路摄像头,通过什么协议或者无线频段进行载波传输。



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