基于POE技術的船用視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計

POE(Power Over Ethernet) 也被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)或有源以太網(wǎng)( Active Ethernet)，有時也被簡稱為以太網(wǎng)供電.這是利用現(xiàn)存標準以太網(wǎng)傳輸電纜的同時傳送數(shù)據(jù)和電功率的最新標準規(guī)范，并保持了與現(xiàn)存以太網(wǎng)系統(tǒng)和用戶的兼容性.POE 技術在為一些基于IP 的終端( 如IP 電話機.無線局域網(wǎng)接入點AP.網(wǎng)絡攝像機等) 傳輸數(shù)據(jù)信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術.

在確保現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時，保證現(xiàn)有網(wǎng)絡的正常運作，最大限度地降低成本.一個完整的POE 系統(tǒng)包括供電端設備(Power Sourcing Equipment,PSE) 和受電端設備(Powered Device,PD) 兩部分.PSE 設備是為以太網(wǎng)客戶端設備供電的設備，同時也是整個POE 以太網(wǎng)供電過程的管理者;而PD 設備是接受供電的PSE 負載，即POE 系統(tǒng)的客戶端設備.

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介

視頻監(jiān)控系統(tǒng)按照視頻信號傳輸?shù)闹剖讲煌?，可分為模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)兩大類.其中，模擬制式視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示.

圖1 所示的模擬制式視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端設備( 攝像機.鏡頭.云臺.解碼器等).視頻矩陣及監(jiān)控系統(tǒng)主機三部分組成.其中，視頻矩陣一般與主機在同一安裝位置，視頻矩陣至前端設備之間傳輸?shù)氖悄M復合視頻信號.模擬復合視頻信號為前端設備采集的現(xiàn)場信息，經(jīng)視頻矩陣傳送至監(jiān)控主機，監(jiān)控主機的控制信號經(jīng)串口傳送至解碼器，經(jīng)解碼器解碼后實現(xiàn)對前端設備的控制.目前，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下幾個特點：一是電纜和部件數(shù)量多，不適宜遠距離傳輸，遇到故障時排除效率低;二是可擴容性差;三是兼容性差，不利于與其他設備進行資源融合.

近年來，隨著計算機.網(wǎng)絡以及圖像處理.傳輸技術的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術有了較快的發(fā)展，模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸被網(wǎng)絡化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)所替代，其系統(tǒng)組成如圖2 所示.

圖2 中的網(wǎng)絡化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由用戶顯示控制終端.接入/ 交換設備.網(wǎng)絡編解碼器.前端設備( 攝像機.鏡頭.云臺等) 四部分組成.攝像機采集的現(xiàn)場視頻信息經(jīng)網(wǎng)絡編解碼器數(shù)字化后輸出至接入/ 交換設備的網(wǎng)絡接口板，然后再經(jīng)接入/ 交換設備進入干線網(wǎng)傳輸.用戶終端經(jīng)授權(quán)后可進行查看，控制終端的控制信號經(jīng)接入/ 交換設備.網(wǎng)絡編解碼器送至解碼前端設備解碼器，經(jīng)解碼器解碼后實現(xiàn)對前端設備的控制.

因監(jiān)視前端設備采用的是分布化接入.分布式處理，故大大降低了網(wǎng)絡化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主機的工作量.同時，因為系統(tǒng)的開放性，交換子網(wǎng)和資源子網(wǎng)相互獨立，交換子網(wǎng)為資源子網(wǎng)提供開放的接口，這也為后期監(jiān)控系統(tǒng)的可擴展性提供了無限的可能性.

2 基于POE 技術的船用網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)設計

針對目前傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的以上特點，結(jié)合目前成熟的POE 技術應用，下面提出了一種面向船用的新型的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設計方案.

系統(tǒng)硬件設備主要包含前端設備( 室內(nèi)一體機.室外云臺.室外攝像機.防護罩等).接入/ 交換設備.系統(tǒng)主機和多用戶終端四大部分;系統(tǒng)組成如圖3 所示.

根據(jù)圖3 所示，室外攝像云臺一體機以及室內(nèi)攝像云臺一體機的供電由帶POE 功能的接入/ 交換設備提供，云臺及攝像機的控制由用戶顯示控制終端或主機通過網(wǎng)絡接口送至接入/ 交換設備，進入干線，然后經(jīng)交換設備內(nèi)的路由選擇.傳輸后輸出至相應的接入/ 交換設備網(wǎng)絡接口板，再經(jīng)對應前端設備識別后輸出至相應前端設備.由室內(nèi)外攝像機采集的視頻信息經(jīng)前端設備編解碼器數(shù)字化后經(jīng)網(wǎng)絡接口輸出至接入/ 交換設備，然后再經(jīng)接入/ 交換設備入干線，用戶顯示控制終端經(jīng)授權(quán)后可進行查看.下面簡要描述系統(tǒng)各主要分機的設計原理.2.1 前端設備設計原理

前端設備主要分為室內(nèi)和室外兩種類型：室內(nèi)型前端設備主要由攝像云臺一體機和前端設備編解碼器組成;室外型的前端設備主要由前端設備編解碼器.攝像機.鏡頭.云臺.護罩幾部分組成.其中，除去前端設備編解碼器需要自行設計外，其余部件可直接采購.前端設備編解碼器為帶PD 功能的編解碼器，為了兼容，室內(nèi)外前端設備采用同一型號的編解碼器.考慮到室外設備的防風性，云臺的最大載重設計為5 kg,最大功率為30 W;攝像機和鏡頭功率約為15 W,因此供電端最大功率45 W即可滿足要求.本設計采用MAX5986 作為以太網(wǎng)供電的控制器，其可提供單端最大70 W的功率輸出，可滿足室內(nèi)外前端設備的供電需求.圖4 所示是前端設備編解碼器的設計原理圖.

如圖4 所示， 前端設備編解碼器主要由視頻AD(TVP5158).DSP 視頻處理芯片TMS320DM6467.PD