引言

POE（Power Over Ethernet） 也被稱為基于局域網的供電系統(tǒng)或有源以太網（ Active Ethernet），有時也被簡稱為以太網供電.這是利用現(xiàn)存標準以太網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.無線局域網接入點AP.網絡攝像機等） 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?，F(xiàn)有結構化布線安全的同時，保證現(xiàn)有網絡的正常運作，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 設備是為以太網客戶端設備供電的設備，同時也是整個POE 以太網供電過程的管理者；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?a href="http://www.brongaenegriffin.com/analog/" target="_blank">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，經視頻矩陣傳送至監(jiān)控主機，監(jiān)控主機的控制信號經串口傳送至解碼器，經解碼器解碼后實現(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)場視頻信息經網絡編解碼器數(shù)字化后輸出至接入/ 交換設備的網絡接口板，然后再經接入/ 交換設備進入干線網傳輸.用戶終端經授權后可進行查看，控制終端的控制信號經接入/ 交換設備.網絡編解碼器送至解碼前端設備解碼器，經解碼器解碼后實現(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，交換子網和資源子網相互獨立，交換子網為資源子網提供開放的接口，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絡接口送至接入/ 交換設備，進入干線，然后經交換設備內的路由選擇.傳輸后輸出至相應的接入/ 交換設備網絡接口板，再經對應前端設備識別后輸出至相應前端設備.由室內外攝像機采集的視頻信息經前端設備編解碼器數(shù)字化后經網絡接口輸出至接入/ 交換設備，然后再經接入/ 交換設備入干線，用戶顯示控制終端經授權后可進行查看.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和室外兩種類型：室內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 取電電路（MAX5986 電路） 以及DC-DC 電路幾部分組成.

來自攝像機的復合視頻信號經視頻AD（TVP5158） 采樣變換后經總線輸出至DSP（ 本設計采用的TMS320DM6467 為DSP+ARM9 架構的數(shù)字媒體片上系統(tǒng)，是TI 公司的一款新型達芬奇技術數(shù)字媒體處理器），經其進行相應格式的壓縮編碼后輸出，然后經DSP 片上系統(tǒng)集成的以太網外設發(fā)往接入/交換設備，經其進入干線傳輸.用戶顯示及控制終端的控制信息經接入/ 交換設備的帶POE 功能的網絡接口板發(fā)送至前端設備的物理網絡接口，一路由MAX5986 進行取電.DC-DC變換為編解碼器.攝像機.鏡頭.云臺等設備供電；一路進入DSP,由其片上集成的ARM9 處理器進行控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼，實現(xiàn)對攝像機.云臺.鏡頭的控制.其中，調試鍵盤為前端設備單獨調試時使用.

2.2 監(jiān)視系統(tǒng)主機原理

監(jiān)視系統(tǒng)主機主要完成前端設備的錄像.其他設備視頻信號的接入.整個監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視及管理等工作.主要由一臺工控機.視頻采集及處理卡.大屏幕監(jiān)視電視墻和硬盤陣列式長時錄像機等幾部分組成.均可通過采購部件解決，主機通過安裝視頻監(jiān)控軟件實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的控制及管理.

2.3 接入/ 交換設備POE 供電網絡接口板設計原理

接入/ 交換設備POE 供電網絡接口板原理圖如圖5 所示.

如圖5 所示，網絡接入/ 交換設備網絡接口板主要實現(xiàn)前端設備的網絡接入及用戶終端和前端設備間的網絡交換功能.網絡接口板主要由交換控制芯片VT6510.2M 的SGRAM 緩存.POE 供電控制芯片MAX5982.微控制器STM32F103 及相關外圍器件組成.其中，VT6510 交換芯片整合了8 個10/100 Mb/s 交換口及 2 個 Gigabit 交換口為單一控制芯片，符合最新的 IEEE 網標準，包括 802.3x 流量控制.VLAN 功能.高效能交換引擎及 IP 多點傳送功能，可完成8 口的10M/100M自適應網絡無阻塞交換.存儲轉發(fā).

E2PROM 主要用于保存交換設備的配置數(shù)據(jù)，在設備開機或者復位時，設備將從E2PROM 讀出這些數(shù)據(jù)，用于系統(tǒng)初始化.微控制器采用ARM7 架構的STM32F103,主要完成對寄存器的讀寫和與PC 之間的通信，可以將網絡接口板配成各種工作模式，以滿足不同用戶的需求.MAX5982 為POE供電控制芯片，其與整流穩(wěn)壓電路配合完成PSE 設備功能.

3 結 語

綜上所述，基于POE 技術的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有數(shù)字化.智能化.自動化和網絡化等特點，其良好的擴充性.可管理性以及易于與其他系統(tǒng)的集成等諸多優(yōu)點，使其大大地簡化和提高了信息傳遞的方式和速度.隨著網絡技術和計算機技術的不斷發(fā)展，基于POE 技術和視頻交換技術的網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)將會成為船監(jiān)控系統(tǒng)的新標準.