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3G视频监控—无线视频监控的新纪元
前言
随着生产管理水平的不断提高,远程图像监控系统得到了广泛的应用,也越来越成熟,而且正朝着网络化、智能化的方向发展。采用3G无线传输数据通讯方法解决了远程监控系统的通讯问题,比起其它有线通讯方式有着不可比拟的优越性。由于传送的是图像数据,数据量大且较为频繁,可选择不限量使用的商务套餐较为经济。随着3G网络的逐渐完善和应用技术的不断成熟,3G的应用领域也会越来越广阔。
3G无线视频监控优势
目前,3G无线视频监控在以下场景中有着广泛的应用:有线网络无法到达或者有线网络价格过于昂贵的地方,如电力高压线路、高速公路、环境监测、森林防火、路灯、石油开采、石油输油管线、物流、运输船、防洪抢险等;人员无法接近的场所,如易燃易爆等危险场所、疾病传染区、其他微生物危险区等;相对不固定的被监控场所、临时布线会有成本浪费的地方,公安侦查临时布防、部队野战训练、临时建筑工地、临时活动场所、会展中心等。
3G无线视频监控优势主要体现
覆盖面广:手机无线网络覆盖率极高,几乎不受山川、河流、桥梁道路等复杂地形和区域限制。
部署方便:无线视频监控系统几乎可以部署在室外的任何地方,包括水体、崎岖地带、偏远地方。前端编码器或网络摄像机,甚至手机,采取无线接入的方式,只需要在移动网络覆盖下,就能很方便、很简易地搭建起监控点,免除复杂地形导致的布线繁琐和麻烦。
高数据吞吐量:考虑到未来的WIFI和3G技术发展,无线网络传输带宽可高达6Mbps~200Mbps.
高可靠性:高端无线传输系统的可靠性高达99.999%的载波级,可以实现无中断的安全传输。
成本低廉:免除了远距离网络布线所造成的高昂费用。
监控方便:可随时随地采用手机进行无线视频监控,不局限于预先安装好监控客户端的某台电脑。
业务多样:无线视频监控不仅可以覆盖所有固网监控业务,还可以开展各种移动业务,如:移动执法监控、移动采访等。
3G无线视频监控面临的困难
与2.5G类似,虽然3G已经开始应用于无线视频监控,但在传输数据量巨大的视频流时,仍然存在以下一些问题:
无线网络的带宽与频率资源更为有限
由于公共移动通信网络的单个终端有效带宽相当有限,往往需要同时承载语音、数据等传输业务。目前的3G网络即使用来传输CIF图像,一个基站也不能超过3个监控点,而且无线宽带的特点是传输当中带宽的不确定,目前3G网络速度快的话可以达到1M,速度慢的几十个字节,因此只能作为辅助传输手段。
无线信道的误码率比较高
特别是当终端设备处于移动状态时,可用带宽和误码率指标有较大幅度下降,可用带宽经常发生波动,高带宽的视频监控数据易发生丢包,可靠性不高。
无线传输的资费也远高于有线传输
一般来讲,有线传输的性价比高于无线传输,宽带传输更是如此。3G无线视频监控系统的运行费用包括视频源的宽带上网费、手机收看流量费、监控系统运行费等,总的运行费用较高,且很难下降。
共享信道资源的公众通信系统
在应急情况下发生局部性负荷剧增时,有可能造成不可容忍的延时甚至阻塞问题。
3G无线视频监控技术先容
3G无线视频监控以数字信号处理为基础,结合3G无线网络传输的方式实现信号的交换、控制、录像存储以及点播回放,并通过设立强大的中心业务平台,实现对系统内所有编解码设备及录像存储设备的统一管理与集中控制。对用户而言,仅需登录中心业务平台,即可实现全网监控资源的统一调用、浏览与使用。
目前,3G无线视频监控作为一种新型的应用形式已逐渐受到市场的青睐。新一代视频监控管理系统不再局限于简单地完成对视频信号的处理、传输、控制,其核心乃是基于整个IP网络和无线网络的多媒体信息(视频/音频/数据)提供一个综合、完备的管理控制平台。
与前几代视频监控系统相比,3G无线网络视频监控主要是以3G网络依托,以数字视频压缩、传输、存储和播放为核心,以实用的智能图像分析为特色,并与报警系统、门禁系统等整合到同一个平台上,从而轻而易举的避免了以往传统监控系统需要专有布线网络的问题,轻松解决了信号长距离的传输问题,方便的实现了多点远程监控,以及与不同监控系统之间的无缝融合。 
迄今为止,深圳市朗驰欣创科技有限企业在无线网络视频监控领域已完成了一系列的核心技术储备,其主要包括:视音频信号优化技术,数字通信协议栈;数字视音频编解码技术;DSP技术;网络传输中的质量保障体系与传输控制技术;分布式处理技术及嵌入式系统技术等等,同时,企业还在多种核心技术上进行了重大突破,其详细情况如下:
序号
核心技术名称
核心技术描述
实现途径
01
视频处理技术
视频输入降噪、视频输出流量控制,视频输出图像质量控制。
自主研发
02
音频处理技术
AGC/VE(自动增益/语音增强处理)。
自主研发
03
DSP/NSP技术
TI、Equator、Hisilicon硬件处理技术。
领先应用
04
数字通讯技术
国际标准视频与音频通讯协议。
领先应用
05
智能分析技术
背景建模技术、HIS技术、kalman滤波均值漂移目标跟踪技术、粒子滤波多目标跟踪技术等。
自主研发
06
嵌入式系统技术
PSOS、VxWorks、嵌入式Linux技术。
领先应用
07
分布式处理技术
分布式服务器集群(支撑多管理中心、大容量用户的综合应用)。
自主研发
08
平台接入技术
宽带接入技术、光端机接入技术、xPON接入技术。
领先应用
09
3G通信技术
HUAWEIEVDO、WCDMA模组
领先应用
 
 
3G无线视频监控的需求和关键技术分析
需求分析
视频监控系统的几个重要组成部分:前端视频采集编码设备、中心集中管理平台系统、用户客户端。在有线网络支撑的视频监控系统中,这几部分之间都是通过固网进行连接的。也就是说,用户有某个区域的视频监控布点需求时,该区域必须具备有线网络是必要条件,同样,用户需要通过有线网络上网,才能使用视频监控业务。
在有线视频监控系统下,某些不方便部署有线网络的地方无法实现视频监控点的部属,也无法通过客户端使用视频监控业务。而这两方面的需求,尤其是无线浏览客户端的需求,市场方面的呼声一直都存在并且越来越高。
通过以上分析,可以看出,如果3G无线网络提供的带宽能够满足视频监控系统的需求,能够实现前端编码设备无线上传,3G无线终端随时随地浏览,那将真正实现用户的3A服务:做到任何时候(Any time)、从任何地方(Any where)、对任何现场都能实现监控(Any see)。随着3个运营商3G建设的逐步展开,3G无线网络的带宽瓶颈也逐步得到突破,3G视频监控将成为杀手级的应用。
关键技术分析
通过以上分析,3G无线视频监控的关键主要体现在两个端,即移动客户终端和监控点的无线终端。前者用于解决移动用户如何看,后者解决视频监控点视频无线上传。所以,实现3G无线视频监控系统的关键技术包括:适用于无线传输的视频编解码技术,3G移动网络对于视频传输的支撑、视频平台的接口技术,3G移动终端的多媒体处理技术。其中最为关键的是3G无线网络和3G终端。
3G网络环境分析
根据城市的3G无线网络布网情况,结合国内3种3G应用技术标准和网络视频传输要求,推荐使用联通WCDMA和电信EVDO
项目
联通WCDMA
电信EVDO
移动TD-SCDMA
核心网
基于GSM-MAP
基于ANS1-41
基于GSM-MAP
双工方式
FDD
FDD
TDD
双向信道带宽
10 MHz
2.5 MHz
1.6 MHz
码片速率
3.84 Mcps
1.2288 Mcps
1.28 Mcps
帧长
10 ms
可变
10 ms(分两个5 ms子帧)
基站同步
异步(同步可选)
同步
同步
功率控制
开环+快速闭环1500Hz
开环+快速闭环800Hz
开环+慢速闭环200Hz
 
 
基于3G无线的视频监控解决方案举例
方案一:物流网3G视频监控方案
系统功能特点说明:
该3G无线网络视频监控与GPS 定位系统系统可把摄像机采集到的图像及语音,经视音频压缩编码(高效 H.265 压缩编码算法)、GPS 定位信息,通过工业级WCDMA无线通讯模块,传输到具有固定IP的视频管理服务器,用户可方便地通过 Internet/Intranet 访问中心管理服务器,从客户端监控实时图像。其功能特点如下:
图像压缩算法:采用压缩比极高的 H.264超低码流视音频压缩编码算法。
网络图像传输:网络资源占用低,在低带宽(50--300kbps)条件下传输 VCD 级别画质、流畅的视频图像。
实时监控:远程实时监控,实时接收现场监控报警信息,为决策者在第一时间提供准确的现场数据;对云台、变焦的实时控制,预置位和镜头的轮巡。
网络图像显示:显示 VCD、准 DVD 级别画质、流畅的视频图像;支撑电脑浏览、手机浏览、监控中心电视墙浏览多种观看方式,随时随地在线指挥。
录像及回放:本地录像、远程集中录像和客户端当前显示视频录像;支撑灵活的计划录像、报警联动录像、移动侦测录像等多种录像启动方式;视频流式存储,可随意下载或在线点播任意时间段的视频影像;录像回放时支撑快进、快退、暂停、单帧播放等多种方式,方便发生纠纷或刑事案件后查找证据;通过专用播放App还支撑运动轨迹同步播放、及增强、锐化、均衡等图像处理技术,改进视觉效果,凸显细节。
外接接口:开关量报警输入,继电器报警输出,方便系统集成透明 RS232/485 接口,可以传输现场采集的数据;预留外接传感器等。
可移动性:在监控地点移动条件下,实现完整的视频监控管理指挥解决方案。
系统保护:嵌入式系统设计,内置硬件看门狗,可 7×24 小时连续运行,不死机。
信息安全:充分利用网络隧道、H.264视音频压缩算法、防火墙/VPN、权限管理、安全认证等技术,保证监控系统和录像资料不被越权使用和破坏。
强大的管理平台:分布分级式管理,用户可以不受时间和空间的限制,对监控管理目标进行实时监控、实时管理、实时查看以及实时指挥。
系统设计结构:
大家将该系统以功能要求的不同分为前端设备层、传输网络层、中心服务应用层(中心服务应用层又可分为系统控制部分和视频显示与记录部分),其大致结构如下:
在各层之间大家均采用模块化设计,相对独立,在进行设备更换时不会影响整个系统的正常运行。同时层与层之间采用标准的TCP/IP协议和3G无线通信标准进行通讯,不受网络平台的限制。
根据监控点的具体情况,在各监控点安装相应的监控摄像机(彩色或黑白、固定或活动云台、定焦或变焦)和App系统。在每个监控车辆可以安装一个或数个监控摄像机,外围再各配备一台云台、防护罩及云台控制器。每个视频采集点各匹配一台3G无线视频编码器。监控摄像机用于各监控点实时视频信号。云台可以由控制中心的计算机控制。用户可对摄像机进行水平360度,垂直90度及变焦控制。
3G无线视频编码器是集音、视频采集、音视频压缩编码、网络传输、WEB Server、输入输出控制等功能于一体的无线网络视频传输设备。3G无线视频编码器可以接入各种模拟摄像头,将模拟音、视频信号转换为压缩音视频数据流,再通过3G无线网络传输到PC上解码显示。3G无线视频编解码器负责把摄像机的模拟视频信号转变成数字信号,同时进行压缩,另外也传输控制信号,3G无线视频编解码器将编码压缩处理后的监控信息通过3G无线网络汇集到监控管理中心,监控中心能看到各监控点的实时状况,监控人员可通过监控中心局域网或Internet远程实时浏览视频图像、遥控云台。
为充分保证每个监控点的带宽,采用H.264的编码标准,带宽占用较低,并可实现图像的优质传输和前端本地存储,而且传输距离较远,适用于广阔区域的监控。
通过设备内置的3G网络模块与运营商基站之间形成多对1方式建立覆盖监控领域的无线带网络。产品具有传输距离远、低时延(相对于行业类同类产品)和设备成本低的特点,可以提供高效和安全的视频传输解决方案。WCDMA理论速率384Kbps,目前实际测试速率为250kbps左右,超过目前普通有线电话拨号上网的56kbps,是平均30-40kbps的GPRS数据传输的6-8倍。可以将不同地点的现场视频信息通过无线通讯手段传送到监控中心。
监控管理中心负责接收各监控点通过WCDMA网络传输过来的视频信息,控制中心可以通过显示器显示各现场监控点的图像信息,并进行数码录像,用户登录管理,控制信号的协调。
监控中心主要由控制主机、转发服务器、操作终端(PC或笔记本电脑)、监控管理App与终端操作App都构成,可实现对前端设备的配置、图像监控、录像查询、回放、云台控制、电子地图预警等功能。
转发服务器对经WCDMA无线网络传送来的前端监控点摄像机采集的视频信号进行设备访问地址解析,转发到监控管理中心局域网视频监控服务器上,再经交换机通过内部局域网传播至各个相关部门或人员的客户端。
监控中心发出的对于云台、镜头等的控制指令通过无线设备传送到监控点。用户可以通过位于监控中心的云台控制设备控制现场任意点的云台、镜头的光圈、焦距、变倍;云台的上、下、左、右、自动或辅助控制远端的电源、摄像机开关等。
现场传回的视频图像转化为数字信号存储在存储服务主机上,可方便快捷地实现资料的存储、更新、查询、备份,为执法工作提供依据(此存储方式仅供参考)
            物流网3G视频监控系统拓扑图
视频管理支撑平台
IMagineworld大型管理平台
IMagineworld综合服务平台分为管理服务器、数据库服务器、RVS流服务器、APS报警处理服务器、客户端、虚拟矩阵六部分。可以完全实现项目要求的目录服务,网关服务,转发服务(IVS服务),录象及回放服务以及与报警管理中心进行相应的联动,此外整个系统也能够实现电子地图安防查看功能。根据项目需要,监控中心只需架设管理服务器、数据库服务器、RVS流服务器和客户端。
App基本架构示意图:
下面分别对IMagineworld综合服务平台的主要部分做详细说明
IMagineworld Server(管理服务器):
*     管理服务器完成对所有设备的管理、分配,所有用户管理以及权限分配,报警处理等。
  提供编码器、解码器、矩阵及附属设备等的增加、修改、删除及参数配置,以及设置某编码器归属哪个录像站点。
*       自动搜索并显示设备服务器、转发服务器、录像服务器的信息,包括名称、IP地址,可修改站点名称,可删除无效站点。设备站点下会显示所有曾经出现过的设备,若不再使用某设备,可将其删除。
*      设备分组将系统中的镜头进行分组管理,便于监控管理。可将整个组的设备一次性地分配给某个用户,而不必一个个地单独配置。
*        能方便地设置电子地图,布置镜头,并将地图分配给用户。
*        完善的日志管理,对各个用户的操作进行不可人为修改的记录,以备查询。
*       提供4种用户类型,包括管理员、超级用户、一般用户和浏览用户,分别授予不同的权限范围,同一类型的用户又可以设置更具体的权限,共有64级,以各自的用户名和密码登录。可以单独为各个用户分配镜头组和电子地图。
*       系统管理员实现站点管理,设备管理、用户管理等各项管理,包括配置、修改、删除等。
*       网络内合法用户可以按照它的级别权限使用IE浏览器,通过登陆Server观看摄像机图像。
IMagineworld RVS(流服务器): 
*       流服务器接收视频服务器的音频视频数据,报警消息等,完成对用户数据的转发;
*        数据的本地存储已经将数据转储到NAS存储阵列,以及将报警等消息转发给管理服务器,并且根据需要将数据转发给下一级网络;
*        前端接入进来的模拟信息包括音视频数据信息、声光烟感红外等报警信息,数据量庞大,需要首先经过视频服务器进行数字化,再进行压缩编码,获得适于传输的数字码流;
*       依据不同的数据类型,转发到不同的服务器,进行进一步处理;
*       由于网络视频系统的传输方式是组播,在没有客户浏览时,网络内的编码器并不向网络发送视频流,仅仅发送数量非常小的监听IP包,可以降低网络内部的码流压力并不是很大。
IMagineworld DBS(数据库服务器):
*        数据库服务器实现分布式存储,兼容MySQL和Oracle数据库。
*        通过数据库,建立摄像机与存储服务器之间的“软性”关联,每一个区域由一个存储服务器负责,系统以分布式结构构建,将整个系统划分为若干区域,这样充分的降低了系统的风险。
*        存储服务器的数量没有限制。每一个存储服务器与管理的摄像机是通过App指定的,用户可以灵活的将某个(或某些)摄像机调入或调出某个存储服务器,是由数据库统一管理。
*        套系统提供多个存储服务器以及FOS Service(故障切换服务)。在存储服务器损坏的情况下,自动切换,确保故障损失最低。
IMagineworld综合服务平台功能优势如下:
*       标准化:
网络视频监控系统就是要实现在网络系统上的图像传输和共享。本系统采用的产品均遵循网络协议和传输标准的要求。
*        可扩展:
由于用户以后的需求会不断发展,监控数量将随之扩大,只要增加前端设备和升级App,不用添加其他附加设备,以保证用户的投资。
*        可用性和可靠性:
采用了嵌入式的操作系统,减少了其他因素造成故障的可能性。
*        易用性:
App使用界面良好,用户安装相应App后就可进行实现监控,完全智能控制,不用单独设置;系统建立基于B/S架构(即WEB)的组网技术,可以方便灵活的使用。
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