基于運營商網(wǎng)絡的無線視頻監(jiān)控新方法[圖]

摘要：隨著運營商網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，以及無線傳輸技術的日益成熟，傳統(tǒng)意義上的監(jiān)控模式已不能滿足人們對多元化視頻監(jiān)控的需求，基于運營商網(wǎng)絡的無線視頻監(jiān)控油然而生。文章通過初步調查，對現(xiàn)今視頻監(jiān)控業(yè)務的需求進行分析，提出了適用于多種場景的無線視頻監(jiān)控模式，加以運營商提供的優(yōu)質無線網(wǎng)絡環(huán)境，并對運營商針對監(jiān)控業(yè)務需求方的配合提出了建議。根據(jù)無線視頻監(jiān)控對于帶寬的要求，分析了目前運營商網(wǎng)絡中較為成熟的3G和無線網(wǎng)絡分布系統(tǒng)，提出無線網(wǎng)絡分布系統(tǒng)將成為其最主要的承載媒介。整套系統(tǒng)既發(fā)揮了無線視頻監(jiān)控的主要功能，又提供了除傳統(tǒng)PC以外如手機終端等更多元化的訪問模式，盡顯了基于運營商網(wǎng)絡的無線視頻監(jiān)控的技術特點和經濟優(yōu)勢。

關鍵詞：無線傳輸技術；3G；多元化；優(yōu)質無線網(wǎng)絡環(huán)境

0 引言

近年來，隨著通信技術的不斷進步和發(fā)展，視頻監(jiān)控技術越來越多地進入人們的日常生活和工作中。伴隨著平安城市理念的出臺，相較重大公共領域固定的高端市場，24小時便利店、超市、購物中心、百貨店、車輛加油站等都為視頻監(jiān)控的應用提供了更加廣闊的平臺。針對這類日常生活接觸的園區(qū)和室內監(jiān)控場景，是否有一種最為適當便捷的應用模式，可在多場合中提供視頻監(jiān)控，這是一個值得我們探究的課題。

1 視頻監(jiān)控的發(fā)展歷史

視頻監(jiān)控制技術的發(fā)展大致經歷了三個階段：第一階段，70年代末到90年代中，這個階段以閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)為主，也就是第一代模擬電視監(jiān)控系統(tǒng)。其傳輸媒介為視頻線纜，由控制主機進行模擬處理。主要應用于銀行、政府機關等高檔場所。第二階段，90年代中至90年代末，以基于PC機插卡式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主，此階段也被稱為半數(shù)字時代。其傳輸媒介依然是視頻線纜。由多媒體控制主機或硬盤錄像主機(DVR)進行數(shù)字處理與存儲。此階段應用也多限于對安全度要求較高的場所。第三階段，90年代末至今，以嵌入式技術為依托，以網(wǎng)絡、通信技術為平臺，以智能圖象分析為特色的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主，自此，網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的發(fā)展也進入了數(shù)字時代。網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的應用不再局限于安全防護，逐漸也被用于遠程辦公、遠程醫(yī)療、遠程教學等領域。

2 視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢

伴隨著用戶市場需求的變化以及相應的計算機技術、編解碼技術、網(wǎng)絡傳輸技術的發(fā)展，視頻監(jiān)控技術將會呈現(xiàn)以下幾方面的發(fā)展趨勢：

(1)IP化。隨著Internet技術的發(fā)展，基于IP的視頻監(jiān)控更能為人們所接受，網(wǎng)絡攝像機把壓縮的視頻信息通過TCP／IP協(xié)議，采用流媒體技術實現(xiàn)視頻在網(wǎng)上的多路復用傳輸，擁有授權的用戶可以隨時訪問互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對整個監(jiān)控系統(tǒng)的指揮、調度、存儲、授權控制等功能。

(2)無線化。當監(jiān)控點分散且與監(jiān)控中心距離較遠，或被監(jiān)控對象不固定(如出租車、運鈔車等)時，利用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控往往成本高且難以實現(xiàn)，而基于多種無線傳輸手段的移動視頻監(jiān)控則具有不可替代的優(yōu)勢。應該看到，隨著無線寬帶技術的進一步發(fā)展，無線視頻監(jiān)控將以其組網(wǎng)靈活、受地域限制少的優(yōu)勢被越來越多的應用。

(3)集成化。隨著社會的發(fā)展進步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)將成為全社會的公共資源而趨于共享，目前相關廠家提供的解決方案是面向電信運營商的可運營的平臺，實現(xiàn)跨區(qū)域的統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理、資源共享，同時能夠融合IPTV、3G流媒體、可視通訊、會議電視等多媒體業(yè)務。

(4)智能化。智能化是視頻監(jiān)控技術發(fā)展比較高級的層次，隨著技術的發(fā)展，全智能的監(jiān)控系統(tǒng)將要求事發(fā)前能夠識別并做出正確的判斷，為人們提供最為有效、及時的快速反應措施。

3 適用于多場景視頻監(jiān)控的技術特點

因此，符合發(fā)展趨勢，并能適用于多場景的視頻監(jiān)控技術至少具備以上四點條件的前三點，即兼顧IP化、無線化和集成化的視頻監(jiān)控應用模式。

3．1 IP網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的特點

所謂IP網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，就是能夠將視頻信息數(shù)字化，并通過有線或無線IP網(wǎng)絡進行傳輸。這使實時監(jiān)控和錄像等功能可以擴展到所有具備網(wǎng)絡連接的地方，同時也使這類系統(tǒng)可以方便地與其他安防系統(tǒng)(如門禁系統(tǒng)等)實現(xiàn)無縫對接。IP監(jiān)控解決方案可以全部由網(wǎng)絡攝像機構成，也可以由模擬攝像機加視頻服務器構成，或者同時由兩者混合構成。與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)具有更為強大的功能：1)利用網(wǎng)絡可實現(xiàn)遠距離高質量信號傳輸；2)更加安全可靠；3)更加強大的分析處理視頻圖像的功能；4)升級擴容簡單方便。

IP監(jiān)控正是由于它系統(tǒng)的安全性、低成本和可擴展性，逐漸鞏固了其在現(xiàn)有監(jiān)視市場的應用地位

3. 2 無線視頻監(jiān)控的特點

無疑，IP網(wǎng)絡視頻監(jiān)控加以后臺軟件端的支撐，基本可以做到視頻監(jiān)控IP化和部分的集成化，加以無線通信技術的擴充應能構成最為實用的應用模式。所以不難推論我們所探究的能適用于多場景的視頻監(jiān)控技術必然也包含了無線視頻監(jiān)控的元素。

隨著無線通信技術的日益發(fā)展，傳輸帶寬不斷提高，通信終端的實時信息處理能力飛速增強，無線多媒體應用日漸成為業(yè)內關注的焦點，也成為人們的必然需求。無線化視頻監(jiān)控包括兩方面內容：一是監(jiān)控中心的移動。通常情況下，被監(jiān)控對象或是攝像機往往是固定的，而作為監(jiān)控系統(tǒng)的使用者(監(jiān)控中心)則可以是動態(tài)的。二是視頻監(jiān)控網(wǎng)絡的無線化。當監(jiān)控點分散且與監(jiān)控中心距離較遠，或被監(jiān)控對象不固定時，利用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控技術往往成本高且難以實現(xiàn)。無線視頻監(jiān)控的優(yōu)勢體現(xiàn)在：

(1)綜合成本低，只需一次性投資，無需布線，不破壞原有的環(huán)境設施，施工周期短，可隨時改變監(jiān)控點位置，最大限度保護用戶投資，“一勞永逸”；

(2)不受地形限制，監(jiān)控點增減方便靈活，可監(jiān)控距離長；

(3)維護費用低，無線監(jiān)控維護由網(wǎng)絡提供商維護，前端設備是即插即用、免維護系統(tǒng)；

(4)圖像質量可控、資料檢索方便。

其中，特別需要提到的是，在很多施工環(huán)境下，由于戶外破路受限或者室內裝修不能破壞的情況下，有線視頻監(jiān)控很難順利完成。而無線視頻監(jiān)控技術恰恰能很突出地解決這一難題。因此，將無線傳輸技術融合在IP網(wǎng)絡視頻監(jiān)控中的無線視頻監(jiān)控基本能滿足在各場合中提供視頻監(jiān)控的需要。

然而，無線視頻監(jiān)控技術亦不是十全十美的，其本身也存在一定的局限和缺點。其中最為突出的就是無線傳輸過程中受干擾因素過多。戶外天氣的變化，室內一扇門、一堵墻等任何隔斷都會對無線傳輸?shù)穆窂綋p耗造成相應的影響，降低視頻傳輸質量，甚至出現(xiàn)偶爾的間斷。由于這一難點的確在無線傳輸技術中無法避免，我們只能在尋求更好的無線網(wǎng)絡環(huán)境上入手�？紤]到這一點，運營商的網(wǎng)絡環(huán)境自然是不二的選擇。于是基于運營商網(wǎng)絡的無線視頻監(jiān)控應運而生。

4 基于運營商網(wǎng)絡的無線視頻監(jiān)控分析

4．1 運營商網(wǎng)絡環(huán)境對比

目前運營商主要建設的適用于視頻監(jiān)控的無線環(huán)境有WLAN和3G網(wǎng)絡。其中3G網(wǎng)絡信號覆蓋主要分為室外宏站的廣域覆蓋和室內分布系統(tǒng)的熱點覆蓋兩類。3G網(wǎng)絡視頻監(jiān)控是通過在網(wǎng)絡攝像頭中加置3G模塊以將信號編碼后通過3G網(wǎng)絡傳輸至IP網(wǎng)絡，但由于各家運營商所建3G網(wǎng)絡標準不同，而各地區(qū)所接收網(wǎng)絡信號參差不齊，為其推廣帶來弊端。雖然3G已經開始應用于無線視頻監(jiān)控，但在傳輸數(shù)據(jù)量巨大的視頻流時，除了資費問題外，仍然存在一些問題：

(1)無線網(wǎng)絡的帶寬與頻率資源更為有限。由于公共移動通信網(wǎng)絡的單個終端有效帶寬相當有限，往往需要同時承載語音、數(shù)據(jù)等傳輸業(yè)務。目前的3G網(wǎng)絡即使用來傳輸CIF圖像，一個基站只能帶幾個監(jiān)控點，而且3G網(wǎng)絡速度不穩(wěn)定，只能作為輔助手段；

(2)無線信道的誤碼率比較高，特別是當終端設備處于移動狀態(tài)時，可用帶寬和誤碼率指標有較大幅度下降，可用帶寬經常發(fā)生波動，高帶寬的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)易發(fā)生丟包，可靠性低；

(3)通信系統(tǒng)為共享信道資源，在應急情況下發(fā)生局部性負荷劇增時，有可能造成不可容忍的延時甚至阻塞問題。

故在目前的大環(huán)境下，3G網(wǎng)絡視頻監(jiān)控并不成熟，有待發(fā)展。而基于WLAN所提供的豐富穩(wěn)定的帶寬，運營商所提供的WLAN熱點覆蓋的網(wǎng)絡建設則為無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的應用提供了更優(yōu)的平臺。

4．2 運營商WLAN分布系統(tǒng)分析

運營商的WLAN分布系統(tǒng)一般是由該熱點或覆蓋區(qū)域所屬的傳輸機房為中心呈樹型結構分布的。比如在園區(qū)內，每個子樓中布放相應數(shù)量的樓道交換機，由其按需求分配到各樓層設置對應數(shù)量的AP，再由AP在其管轄樓層連接若干副天線發(fā)射運營商的WLAN信號。而最終由在傳輸機房內的匯聚交換機對所有樓道交換機進行收斂后上聯(lián)至傳輸設備，經由其通過運營商傳輸平臺進入IP網(wǎng)絡。對于單棟樓宇亦然，即在多樓層設置一定數(shù)量樓層交換機負責該區(qū)域的AP，AP下掛天線覆蓋，而傳輸機房內的匯聚交換機對其收斂后向外。

目前運營商的WLAN主要是依照IEEE802．11g的標準，基于IEEE802．11g的WLAN具有速率高、覆蓋范圍較大、價格較低、設備的互用性好(WIFI聯(lián)盟統(tǒng)一認證)且向后兼容IEEE802．11b等優(yōu)點。已經成為當今WLAN的主流標準。IEEE802．11g的標稱數(shù)據(jù)率最高可達54Mbps。然而在實際使用中，發(fā)現(xiàn)基于IEEE802．11g的WLAN傳輸?shù)膬魯?shù)據(jù)率遠低于標稱值。影響其最主要的因素有：1)成幀效率；2)信道共享效率；3)沖突避免效率。所以實際情況下，一般WLAN的傳輸凈數(shù)據(jù)率為20Mbps左右。

4．3 基于運營商WLAN分布系統(tǒng)的無線視頻監(jiān)控應用解析

針對通常情況以本地監(jiān)控為主的無線視頻監(jiān)控，基于運營商整套無線網(wǎng)絡分布系統(tǒng)加以應用，建議向運營商網(wǎng)運單位申請對其分布系統(tǒng)中的交換機劃分不同VLAN。令前端監(jiān)控攝像頭采集的視頻信息通過編碼后由WLAN傳至AP后經由數(shù)據(jù)分流功能以不同的SSID從AP、樓道交換機傳至匯聚交換機。并通過與匯聚交換機級聯(lián)的方式將數(shù)據(jù)傳送到本地監(jiān)控中心的交換機上，再經由多媒體服務器到監(jiān)控用PC上，由后端軟件提供多路視頻監(jiān)控觀看。在無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，按前端采集點向無線AP傳輸圖像選擇D1格式，碼流設置為平均傳輸速率2Mbps。在不妨礙普通用戶從其他終端(手機、筆記本電腦等)訪問運營商WLAN的使用環(huán)境下，每個AP至少能帶5路以上視頻，基本可以滿足一般的視頻監(jiān)控需求。需要指出的是，在此無線視頻監(jiān)控應用中，需將用于視頻監(jiān)控的SSID單獨命名后在公共廣播中隱藏，避免其他用戶干擾。另一方面，鑒于無線信號在傳輸介質中易受干擾的情況，考慮針對特定重要位置的前端無線網(wǎng)絡攝像機配置大容量SD卡以存儲當天視頻信息，做到前后端分開存儲的模式，以確保整個監(jiān)控系統(tǒng)的安全性。按照每個監(jiān)控點以D1格式存儲1天需要消耗21G(2Mbps／8×3600秒×24小時／1024)，在重要位置的前端采集點可配置32G或64G的SD卡以存儲當天信息。

值得一提的是，此類基于運營商WLAN網(wǎng)絡的無線視頻監(jiān)控已有實際運用的經驗。筆者有幸在2011年曾接觸過一個項目，上海某三甲醫(yī)院為保障院內人員財產安全，需部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)。而其本身有幾棟市級保護建筑，歷史悠久，對布線帶來很大困難。院方一再強調不能破壞建筑內環(huán)境，并提出以下要求：1)少量布線即可對醫(yī)院各個監(jiān)控點進行全方位實時監(jiān)控；2)各視頻監(jiān)控點集中管理，數(shù)據(jù)存儲安全可靠；3)系統(tǒng)故障率低、維修方便迅捷，以保證監(jiān)控的連續(xù)性；4)除本地監(jiān)控外，將來有需要可拓展遠程多終端視頻觀看。針對院方所提的需求進行概括，其本質即在視頻監(jiān)控質量不降的情況下盡可能地減少布線。這為該工程的技術實現(xiàn)帶來了不小的挑戰(zhàn)，所幸該醫(yī)院之前已做過上海移動WLAN覆蓋工程，在院內進行了少量布線，并在樓道口集中布放了交換機。因此方案團隊最終嘗試采用無線視頻監(jiān)控模式，并架設在運營商LAN分布系統(tǒng)的基礎上。監(jiān)控點均設置在WLAN分布系統(tǒng)最末端的天線附近，以確保監(jiān)控點與天線間僅存在自由空間路徑損耗，而無門墻等隔擋，能更好地提供信號傳輸環(huán)境。由于整個系統(tǒng)是架設在運營商接入網(wǎng)絡中的，所以為后期拓展遠程觀看服務也提供了基礎，很好地滿足了業(yè)主所提的要求。這一案例為此類新應用提供了扎實的依據(jù)和實踐數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)網(wǎng)絡架構圖如下：

針對遠程客戶端的視頻監(jiān)控功能，此應用也可以拓展。僅需運營商為監(jiān)控場所建設一根數(shù)據(jù)專線，即可通過VPN方式令具有相關權限的用戶從遠程觀看視頻。不僅如此，由于此應用基于運營商網(wǎng)絡，用戶可選擇視頻監(jiān)控的終端。依靠現(xiàn)今3G網(wǎng)絡的支撐，也可選擇以QCIF、QVGA等格式在手機終端上觀看。真正做到了無線視頻監(jiān)控的集成化、多元化。可見，無線視頻監(jiān)控一旦以運營商的網(wǎng)絡為基礎后，在遠程觀看終端上也將出現(xiàn)革新和突破。

4．4 基于運營商網(wǎng)絡無線視頻監(jiān)控的特點

因此，本視頻監(jiān)控是一種基于運營商網(wǎng)絡的無線網(wǎng)絡視頻監(jiān)控，必須建立在監(jiān)控場所已建運營商WLAN網(wǎng)絡分布系統(tǒng)的基礎上。協(xié)調運營商劃分原WLAN系統(tǒng)的VLAN，以提供一個新的VLAN用于本地視頻監(jiān)控。并為前端重要位置的無線網(wǎng)絡攝像機配置SD卡，以彌補無線傳輸過程中可能的不穩(wěn)定因素。此應用亦可通過該場所的外部傳輸光纜連接運營商大網(wǎng)后提供遠程多終端視頻觀看。在真正意義上達到視頻監(jiān)控應用向集成化發(fā)展的目的。具體歸納其特點如下：

(1)工程布線量最小化，在原有分布系統(tǒng)基礎上，幾乎零布線；

(2)無線信號損耗最小化，無線傳輸部分幾乎僅存在自由空間路徑損耗；

(3)頻點干擾最小化，AP設置合理，已由運營商覆蓋方案全權考慮；

(4)監(jiān)控后端布線系統(tǒng)維護安全級別更高，其AP、交換機及饋線等由運營商維護；

(5)采用前后端分開存儲，真正做到視頻信息雙備份，以彌補無線傳輸不穩(wěn)定。

(6)綜合成本最低，大部分需布線處已由運營商前期投資；

(7)后期護容簡便，無線方式僅需考慮供電與帶寬，無新增布線量。可靈活增加監(jiān)控點位。

(8)后期可根據(jù)需求拓展遠程觀看模式，提供多種終端監(jiān)控，真正做到集成化、多元化。

5 結語

綜上，伴隨各大運營商近年來在“無線城市”概念上的充分詮釋，WLAN網(wǎng)絡的高密度建設幾乎在我們日常接觸的園區(qū)、商務樓、賣場等公共場所均已完成無線網(wǎng)絡覆蓋，因此，此視頻監(jiān)控的新應用理應逐漸被用于各種場景。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展一直是以應用的便捷性、技術的先進性為方向�；�于運營商網(wǎng)絡的無線視頻監(jiān)控無論是應用、技術還是發(fā)展環(huán)境上都具備獨特的魅力和優(yōu)勢，相信不久的將來在監(jiān)控模式中必將占有一席之地。

作者：王瑋 來源：電子技術