彭 進(jìn) 揚(yáng)州大學(xué)

基于4G技術(shù)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彭 進(jìn) 揚(yáng)州大學(xué)

4G技術(shù)；執(zhí)法部門；視頻監(jiān)控

引言

如今視頻圖像質(zhì)量由高清轉(zhuǎn)向超清或超高清發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸性能要求較高，由于目前3G帶寬有限， wi Fi傳輸距離有限、可移動(dòng)性較差，無線視頻監(jiān)控并沒有得到大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。 4G技術(shù)的特點(diǎn)是高傳輸速度、高帶寬、高穩(wěn)定性，對(duì)廣域無縫覆蓋以及強(qiáng)漫游的移動(dòng)性提供了良好基礎(chǔ)，基于4G網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控技術(shù)為我們提供了一種解決方案。

1.需求分析及功能要求

1.1 需求分析

執(zhí)法機(jī)關(guān)需要能滿足執(zhí)法人員對(duì)執(zhí)法現(xiàn)場進(jìn)行信息采集以作為執(zhí)法證據(jù)的設(shè)備，而視頻信息一般可作為執(zhí)法證據(jù)的主要形式。在一般場合，執(zhí)法人員可以將信息保存下來，但是視頻信息數(shù)據(jù)量大的問題會(huì)增加監(jiān)控終端的存儲(chǔ)費(fèi)用，因此需要在能與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心建立通信的條件下，實(shí)現(xiàn)視頻信息的遠(yuǎn)程傳輸，這樣可以減少現(xiàn)場信息保存產(chǎn)生的費(fèi)用。而且，在案件復(fù)雜的情況下，為了減少現(xiàn)場執(zhí)法人員與當(dāng)事人的矛盾，執(zhí)法系統(tǒng)可以在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過監(jiān)控視頻信息指導(dǎo)現(xiàn)場執(zhí)法人員合理高效執(zhí)法，因此采用合理有效的視頻傳輸方式不僅便于執(zhí)法人員與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心建立通信，同時(shí)有利于視頻信息的傳送，執(zhí)法車配備作為監(jiān)控終端的執(zhí)法工具，以便執(zhí)法人員操作。

1.2 功能要求

在現(xiàn)場的工作人員通過車載終端的攝像頭采集原始視頻數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮編碼、視頻編碼數(shù)據(jù)封裝后，通過選用的TD-LTE制式的4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的中央管理服務(wù)器上，完成視頻數(shù)據(jù)包的接收、解碼，最終將在線的移動(dòng)監(jiān)控終端采集的視頻信息顯示在對(duì)應(yīng)的監(jiān)控窗口中，同時(shí)保存視頻信息，完成系統(tǒng)遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。

2.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 移動(dòng)監(jiān)控終端

TD-LTE無線多模塊視頻終端設(shè)備為整個(gè)移動(dòng)視頻監(jiān)控終端系統(tǒng)的核心部分，整體結(jié)構(gòu)由圖像采集終端、電源模塊、存儲(chǔ)模塊、 TDLTE無線多模塊視頻終端和互聯(lián)網(wǎng)組成。 TDLTE無線多模塊視頻終端，將視頻采集編碼模塊、視頻壓縮編碼模塊（DSP）、主控模塊（ARM）、4G接入模塊和接口模塊等集成化。其具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力：（1）強(qiáng)大的智能糾錯(cuò)技術(shù)：高達(dá)20%丟包率的情況下也可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的多媒體通信。（2）強(qiáng)大的智能網(wǎng)絡(luò)修復(fù)技術(shù)：即使惡劣的網(wǎng)絡(luò)情況下，也能保證圖像不花屏。（3）強(qiáng)大的自適應(yīng)傳輸技術(shù)：自動(dòng)判斷網(wǎng)絡(luò)情況，并自適應(yīng)網(wǎng)路傳輸。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

主要由視頻監(jiān)視器、 中央管理服務(wù)器（CMS）、 硬盤錄像機(jī)、中心圖像處理服務(wù)器、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控組成，用于接收現(xiàn)場傳輸來的圖像、及報(bào)警信號(hào)，提示現(xiàn)場人員采取各類措施，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制矩陣、攝像機(jī)、云臺(tái)和遠(yuǎn)距離聯(lián)動(dòng)控制，也可遠(yuǎn)程錄像文件下載、圖像檢索和數(shù)碼錄像、播放等操作。在管理服務(wù)器上安裝有系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)管理軟件及監(jiān)控終端模塊等軟件，起著對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理和服務(wù)作用。監(jiān)控終端是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的操作主機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的各種功能。監(jiān)控終端由普通PC機(jī)擔(dān)當(dāng)，各前端的視頻數(shù)據(jù)均由安裝在監(jiān)控終端的監(jiān)控軟件進(jìn)行解壓還原。監(jiān)控中心的主要功能：（1）從采集站接收視頻數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)回放及轉(zhuǎn)發(fā)；（2）控制臺(tái)可以向任何一個(gè)采集站發(fā)出控制命令，如云臺(tái)動(dòng)作、圖像切換等；（3）提供歷史錄像的查詢和播放；（4）在屏幕墻上顯示任何一個(gè)攝像機(jī)的圖像，并可以進(jìn)行切換。

3.中央管理軟件

在閉路電視監(jiān)控時(shí)代，系統(tǒng)的核心是硬件，所有的信號(hào)采集、傳輸、交換、存儲(chǔ)都是基于模擬信號(hào)，系統(tǒng)可以不需要任何平臺(tái)管理軟件的支持而獨(dú)立工作。在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控時(shí)代，系統(tǒng)的構(gòu)架變得網(wǎng)絡(luò)化，分布化、功能專一化，因此，CMS的主要使命是利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫、軟件服務(wù)，在分散的設(shè)備與用戶之間建立一個(gè)接口服務(wù)平臺(tái)，通過這個(gè)平臺(tái)，完成系統(tǒng)應(yīng)用中所以 DVR、 DVS、NVR、 IPC等設(shè)備的統(tǒng)一管理與集中控制，并可以對(duì)大量用戶提供統(tǒng)一的接口應(yīng)用及媒體分發(fā)服務(wù)，從這個(gè)角度說， CMS 實(shí)質(zhì)是個(gè)中間橋梁。 CMS 有以下模塊構(gòu)成（1）中央管理服務(wù)器（2）虛擬矩陣服務(wù)器（模塊）（3） Web 服務(wù)器（模塊）（4）存儲(chǔ)服務(wù)器（模塊）（5）視頻分發(fā)服務(wù)器（模塊）（6）網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器（模塊）（7）客戶端應(yīng)用軟件（模塊）。其中，中央管理器服務(wù)器是核心部分，而其他服務(wù)器模塊通常根據(jù)需要選擇配置。本系統(tǒng)中除了（3）模塊沒有使用別的都有使用。

從功能及結(jié)構(gòu)來看，CMS 應(yīng)該是服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、核心程序、媒體交換服務(wù)、虛擬矩陣服務(wù)、 web 服務(wù)、時(shí)間同步服務(wù)、 PTZ控制服務(wù)、客服應(yīng)用軟件等多個(gè)功能模塊構(gòu)成的集合體。 CMS 不是簡單的一臺(tái)服務(wù)器或一個(gè)軟件、程序，而是一個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)硬件系統(tǒng)，是基于一定服務(wù)器及操作系統(tǒng)、依托于數(shù)據(jù)庫、構(gòu)架于網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行一定程序服務(wù)的系統(tǒng)，可以分散或幾種部署，可以是一臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備，可以是硬件或軟件平臺(tái)。中央管理服務(wù)器，負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)備的管理、設(shè)備的接入、設(shè)備的注冊、邏輯連接、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、用戶的管理、用戶的接入，信令的轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)日志的存儲(chǔ)等。

4.總結(jié)

將新一代4G技術(shù)基于應(yīng)用在遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域，是與傳統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重大跨越，其性能超越了當(dāng)下3G、 wifi 等無線技術(shù)，使遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸不在受帶寬限制，傳送實(shí)時(shí)高清畫面，在新一代視頻壓縮編碼技術(shù)H.265的到來必然向超高清發(fā)展。

［1］ 林鑫顯.基于4G無線傳輸?shù)囊曨l應(yīng)用體系的研究與分析［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2015.

［2］ 劉夏.4G技術(shù)應(yīng)用研究綜述［A］..2013年中國信息通信研究新進(jìn)展論文集［C］.

［3］ 王華安.4G時(shí)代高清無線視頻監(jiān)控的變革［J］.中國公共安全，2014.

本文從4G技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢出發(fā)，針對(duì)執(zhí)法部門的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)h(yuǎn)程視頻監(jiān)控的需求，從系統(tǒng)的監(jiān)控功能、移動(dòng)監(jiān)控終端、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心等方面對(duì)4G遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出了一種基于4G的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方案。