劉鵬

摘 要：遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控目前在我國建筑工程領(lǐng)域到廣泛的應(yīng)用，針對(duì)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信與傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)，而受限于傳輸時(shí)延、吞吐量等因素的限制，致使視頻圖像在發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)無法保障其保真性與實(shí)時(shí)性。所以，需以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期通過提高視頻峰值信噪比及其視頻原畫保真度，來達(dá)到監(jiān)控視頻無損傳輸?shù)哪康模瑸槲覈ㄖㄔO(shè)行業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的保障。

關(guān)鍵詞：信噪比;遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控;圖像;物聯(lián)網(wǎng);工程建設(shè)

0 引言

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控得益于我國網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)的發(fā)展而廣泛普及，目前在野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)、安全防衛(wèi)、住宅安全、工程建設(shè)等方面均涉及到對(duì)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。盡管當(dāng)前遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)取得顯著的成效，但是因技術(shù)限制、丟包率等因素的影響，致使視頻圖像的實(shí)時(shí)傳輸性無法得到保證。如何在保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能覆蓋的前提下，進(jìn)行圖像視頻的實(shí)時(shí)、高保真?zhèn)鬏?，?shí)現(xiàn)在工程建設(shè)過程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控，已然成為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)注重點(diǎn)。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)及其物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概述

物聯(lián)網(wǎng)在某種程度上而言就是物與物之間相連的網(wǎng)絡(luò)依托，在具體人與物、物與物連接過程中，物聯(lián)網(wǎng)會(huì)基于光學(xué)識(shí)別、學(xué)傳感器、射頻識(shí)別等技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)對(duì)物體互動(dòng)過程的采集。分析物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵，具體表現(xiàn)為：①互聯(lián)網(wǎng)始終是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用核心關(guān)鍵，需要以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，才能通過技術(shù)拓展和延伸來形成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1];②以相關(guān)物品為載體，實(shí)現(xiàn)用戶端的延伸。將射頻識(shí)別裝置、傳感裝置安設(shè)于相關(guān)物體上，包括激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)各個(gè)物體之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳遞，以用戶端為媒介實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)物體的集成，進(jìn)而達(dá)到相關(guān)物體智能化識(shí)別、管控、跟蹤等。

而針對(duì)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，則是以相關(guān)場(chǎng)景為載體，通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來達(dá)到相關(guān)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控的目的，并對(duì)物體運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行智能識(shí)別、分析以及跟蹤。系統(tǒng)運(yùn)行期間，依托于對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的高效處理，并借助圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)來進(jìn)行關(guān)鍵信息的獲取。做到第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)場(chǎng)景下物體的異常情況，并迅速對(duì)其做出反應(yīng)[2]。以往所應(yīng)用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，雖然可以做到對(duì)場(chǎng)景下目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，但是不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，所以系統(tǒng)運(yùn)行期間若設(shè)備出現(xiàn)問題，無法通過遠(yuǎn)程檢測(cè)的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)自身的監(jiān)控，難以在建筑工程建設(shè)過程中最大化發(fā)揮出視頻監(jiān)控的作用。而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景內(nèi)目標(biāo)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備遠(yuǎn)程診斷等。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方式分析

2.1 電話線傳輸

當(dāng)前常見的建筑工程現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控的傳輸系統(tǒng)包括電話線傳輸，基于對(duì)PSTN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多媒體信號(hào)以電話線為載體進(jìn)行傳輸，具體傳輸方式包括：①視頻信號(hào)采用H.263低速率進(jìn)行壓縮，并基于MODEM進(jìn)行介入，PSTN接收28.8Kpbs數(shù)據(jù)流的傳輸，以此實(shí)現(xiàn)以15幀/s進(jìn)行QCIF、GIF圖像的傳輸[3];②XSDL接入。1.ASDL.此種傳輸方法的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在傳輸?shù)纳舷滦兴俾史謩e為16～ 640KBPS、1.5～9MBPS，數(shù)據(jù)傳輸距離則為5.5km范圍內(nèi)。

此種傳輸方式的主要應(yīng)用項(xiàng)目包括是視頻廣播與點(diǎn)播。2.HSDL。該傳輸形式的雙向速速率體現(xiàn)為1.5～2MBPS，利用雙絞線將傳輸距離控制在5km范圍內(nèi)。

2.2 DDN傳輸

此種傳輸形式中數(shù)據(jù)的提供主要采用數(shù)字通道，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，會(huì)對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)送，即對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的視頻信號(hào)以數(shù)字信號(hào)形式進(jìn)行傳輸。該傳輸方式主要特點(diǎn)為專業(yè)數(shù)字鏈路的提供，且鏈路多以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多的形式體現(xiàn)，具有高速率、高專業(yè)性等優(yōu)勢(shì)，用戶使用時(shí)需要先租用電路，并具備提供VPN業(yè)務(wù)的功能，其傳輸速率為2.4～19.2kpbs。

2.3 ISDN傳輸

此種傳輸方式主要包括信息、控制信道，其中B、H信道共同組成信息信道。針對(duì)B信道而言，其主要傳輸對(duì)象包括數(shù)據(jù)、語音、圖像以及視頻等，該信道帶寬為64Kpbs;針對(duì)H信道而言，主要傳輸對(duì)象包括高流量圖片、高速率數(shù)據(jù)的傳輸，信道常用帶寬包括384、1920Kpbs

等[4]。此外，ISDN傳輸還涉及到控制信道，包括D信道，其主要作用在于傳輸相關(guān)控制信號(hào)，常用16Kpbs帶寬，具有通過信號(hào)傳輸倆控制B信道的作用，或者是在高峰時(shí)期用作低數(shù)據(jù)的傳輸。

2.4 光纖傳輸

相較于其他信號(hào)傳輸方式的應(yīng)用，光線傳輸方式具備高穩(wěn)定性、高質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)，并且在當(dāng)前建筑工程建設(shè)中，此種視頻監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸方式的應(yīng)用十分廣泛，其中二次群復(fù)接設(shè)備、PCM設(shè)備、三次群復(fù)接設(shè)備的那個(gè)構(gòu)成光通信微端，其中用戶接口的提供主要依托于PCM設(shè)備，滿足不同的接口要求標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 無線數(shù)據(jù)傳輸

此種傳輸形式主要是依托于對(duì)無線擴(kuò)頻的應(yīng)用，現(xiàn)階段無線專用網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)施工企業(yè)、施工現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛普及，且大部分企業(yè)的專網(wǎng)都具備遠(yuǎn)程訪問功能，所以企業(yè)在信息傳輸時(shí)可以利用專網(wǎng)64k～42Mbps通道的提供。另外，大部分企業(yè)會(huì)在構(gòu)建無線專用網(wǎng)絡(luò)過程中進(jìn)行視頻圖像傳輸帶寬的預(yù)留，所以在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)與企業(yè)專網(wǎng)IP的有效連接，達(dá)到多媒體數(shù)據(jù)通信的目的，以無線數(shù)據(jù)傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，進(jìn)一步提升企業(yè)對(duì)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控能力。

3 視頻監(jiān)控視頻的量化編碼算法

為實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程中遠(yuǎn)程監(jiān)控視頻系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用K-means算法進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)量化編碼，具體步驟為：第一，確定任務(wù)長(zhǎng)度屬性（文中任務(wù)屬性被確定為1），并將其移植在物聯(lián)網(wǎng)差異平臺(tái)，以降序?yàn)樵瓌t進(jìn)行程序中N個(gè)任務(wù)額有效排列，做到對(duì)移植任務(wù)列表進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)在不同視頻、圖像輸入的前提下，確保利用K-means算法可以進(jìn)行長(zhǎng)度編碼算法的確定。第二，進(jìn)行量化任務(wù)的采集，采集對(duì)象主要為基于物聯(lián)網(wǎng)下的監(jiān)控設(shè)備平臺(tái)，然后將采集完成的量化任務(wù)進(jìn)行聚類中心的轉(zhuǎn)化，并注意在編碼過程中需以DPCM調(diào)制方式為主，采用的編碼公式體現(xiàn)為“DC（i）-DC（i-1）=Diff”，實(shí)現(xiàn)低頻分、高頻分以先后的順序出現(xiàn)。第三，以攝像頭為目標(biāo)對(duì)象，發(fā)送端通過量化編碼進(jìn)行圖像信息的獲取，并在獲取過程中以最小距離規(guī)范為基準(zhǔn)進(jìn)行視頻幀序列特征的分配，然后進(jìn)行量化編碼一致度的分析，以歐式距離為依據(jù)。第四，采用Huffman編碼進(jìn)行RLE行程編碼任務(wù)的壓縮，而進(jìn)行任務(wù)放大時(shí)，則需秉持著逐級(jí)的原則利用三級(jí)放大器進(jìn)行放大，進(jìn)而達(dá)到遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的目的。

4 仿真實(shí)驗(yàn)與性能測(cè)試

為驗(yàn)證本研究遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果，開展仿真實(shí)驗(yàn)，探測(cè)并分析優(yōu)化后遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、保真性等各方面性能。首先，在開展仿真實(shí)驗(yàn)前需進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的構(gòu)建，布設(shè)場(chǎng)景面積為4500m×3400m的施工現(xiàn)場(chǎng)虛擬環(huán)境，并劃分成不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中分別安設(shè)106個(gè)節(jié)點(diǎn)。應(yīng)用本研究?jī)?yōu)化后視頻監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行場(chǎng)景中不同變化目標(biāo)的采集，包括室外與室內(nèi)場(chǎng)景、動(dòng)態(tài)與靜態(tài)場(chǎng)景等，確保此次仿真實(shí)驗(yàn)的開展可以為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考價(jià)值。

5 結(jié)束語

通過對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中量化編碼算法的優(yōu)化，進(jìn)一步提升視頻圖像傳輸?shù)谋Ｕ嫘耘c實(shí)時(shí)性，避免因傳輸時(shí)延、吞吐量等因素對(duì)視頻圖像造成影響，在保證遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，發(fā)揮出建筑施工現(xiàn)場(chǎng)中遠(yuǎn)程監(jiān)控的最大作用與效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]余雷，許宏科，胡欣，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控優(yōu)化方法研究[J].科技通報(bào)，2015，31（010）：226-228.

[2]孫大揚(yáng).解析物聯(lián)網(wǎng)視角下遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的優(yōu)化策略[J].數(shù)字化用戶，2019，025（010）：17.

[3]余雷，許宏科，胡欣.基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2016，26（04）：139-143.

[4]余雷，許宏科，胡欣.基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2016，026（004）：139-143.