無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

 一、無線視頻監(jiān)控成為監(jiān)控系統(tǒng)新的發(fā)展方向

    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(nèi)關注的焦點，也成為人們的必然需求。其主流應用之一是便利、靈活的無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)，如無線家庭防盜、汽車監(jiān)控等�；�于多種無線傳輸手段的移動視頻監(jiān)控以其特有的靈活性已成為視頻監(jiān)控新的發(fā)展方向。

    無線化視頻監(jiān)控包括兩方面內(nèi)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)。

    無線監(jiān)控和傳統(tǒng)的監(jiān)控方案相比，能夠避免大量的布線工作，節(jié)省施工費用，重定位能力強，靈活性高，具體地說有以下優(yōu)點：（1）綜合成本低，無須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠及已裝修好的場合；采用無線監(jiān)控可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護方便的優(yōu)點。（2）組網(wǎng)靈活，可擴展性好，使用時能靈活挪動終端設備。（3）改造方便，維護費用低。

    二、無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)涉及的關鍵技術

    1．高效率、抗干擾的視頻編解碼機制

    當今的視頻壓縮標準有MPEG和H.26X兩大系列。MPEG-4目前已應用于Internet流媒體領域，為了盡量減輕MPEG-4視頻流對誤碼的敏感性，以保證壓縮視頻解壓后的恢復質量，MPEG-4提供了多種抗誤碼工具，承載流媒體業(yè)務的實時網(wǎng)絡傳輸層及底層移動通信系統(tǒng)也可以進一步改善流媒體傳輸?shù)目拐`碼性能。MPEG-7是針對存儲形式或流形式的應用而制定的，不僅僅用于多媒體信息的檢索，更能廣泛地用于其他與多媒體信息內(nèi)容管理相關的領域，并且可以在實時和非實時環(huán)境中操作。

    ITU-T頒布的H.261標準，用于可視電話和會議電視。H.263標準是ITU組織為了滿足碼率低于64kb/s的應用而提出的一個低碼率視頻壓縮編碼建議；它能夠在較低碼率的情況下達到較好的圖像質量，因此廣泛應用于遠程監(jiān)控、電視會議以及可視電話等領域，尤其在視頻監(jiān)控領域，它已經(jīng)可以在嵌入式系統(tǒng)中達到實時、穩(wěn)定的壓縮效果，是應用較多的視頻壓縮算法。目前大多數(shù)視頻監(jiān)控產(chǎn)品都支持MPEG-4和H.263標準。

    作為目前最新的視頻編碼技術H.264，在安防行業(yè)的應用有著非常大的前景。H.264標準采用了高精度、多模式預測技術用來提高壓縮比以降低碼流。H.264標準針對網(wǎng)絡傳輸?shù)男枰�設計了視頻編碼層VCL和網(wǎng)絡提取層NAL結構，網(wǎng)絡抽象層是提供“網(wǎng)絡友好”的界面，從而使視頻編碼層能夠在各種系統(tǒng)中得到有效的應用。H.264標準針對網(wǎng)絡傳輸?shù)男枰�設計了差錯消除的工具便于壓縮視頻在誤碼、丟包多發(fā)環(huán)境中傳輸，從而保證了視頻傳輸?shù)挠行�性。支持H.264標準的無線視頻監(jiān)控產(chǎn)品目前也已上市。

    為了能在時變、帶寬有限、誤碼率較高、缺乏QoS保證的無線信道上傳輸視頻數(shù)據(jù),視頻編碼算法必須滿足以下要求:（1）高效的視頻壓縮比；（2）較高的傳輸實時性：更短的傳輸時延，更快的編碼速度；（3）較強的視頻傳輸魯棒性：更好地適應傳輸信道的誤比特干擾。因此，研究在無線視頻監(jiān)控應用中的編解碼機制，重點在于進一步提高編解碼效率及抗干擾能力。

2．無線視頻傳輸網(wǎng)絡鏈路及組網(wǎng)技術

    對于無線視頻監(jiān)控而言，無線網(wǎng)絡傳輸鏈路的選取主要取決于用戶需求和系統(tǒng)工作的具體環(huán)境，目前已投入使用的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要有基于移動通信網(wǎng)絡的和基于無線局域網(wǎng)的兩種類型。但在對音視頻質量要求不高的應用中，也可以采用低端的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。

    在中國目前移動通信網(wǎng)絡的兩大運營商中，中國聯(lián)通采用基于碼分多址的CDMA20001x制式，最高下載速度可達153kbit/s，現(xiàn)網(wǎng)實測可達100kbit/s左右。中國移動采用GPRS技術，是基于GSM網(wǎng)絡發(fā)展而來的新型分組交換數(shù)據(jù)應用業(yè)務，帶寬理論最高可達171.2kbit/s，中國移動現(xiàn)網(wǎng)測試也可達到35kbit/s左右。在目前的網(wǎng)絡帶寬下，普通用戶可以采用彩e傳輸視頻文件，不少廠家也推出了基于2.5G移動公網(wǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，作為對有線網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的有力補充。

    基于無線局域網(wǎng)絡（WLAN）的多媒體信息傳輸，是解決建筑物內(nèi)靈活視頻監(jiān)控的主要手段，基于802.11協(xié)議族。IEEE802.11a規(guī)定的頻點為5GHz，適合于室內(nèi)及移動環(huán)境，傳輸速度為1到2Mbps。IEEE802.11b（Wi-Fi）工作于2.4GHz頻點，當信噪比低于某個門限值時，其傳輸速率可從11Mb/s自動降至5.5Mb/s，或者再降至直接序列擴頻技術的2Mb/s及1Mb/s速率。IEEE802.11e及IEEE802.11g是下一代無線LAN標準，被稱為無線LAN標準方式IEEE802.11的擴展標準，是在現(xiàn)有的802.11b及802.11a的MAC層追加了QOS功能及安全功能的標準，為其上可靠的視頻信息傳輸?shù)於�了基礎。

    隨著WiMAX技術和3G技術的日趨成熟，基于WiMax和3G的無線視頻監(jiān)控也成為研究熱點。WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)是近年來出現(xiàn)的一種無線寬帶接入技術。WiMAX采用多載波調(diào)制技術，能夠提供高速的數(shù)據(jù)業(yè)務，并且具有頻譜資源利用率高，覆蓋范圍大（傳輸距離可達數(shù)十公里）等特點。無線城域網(wǎng)（WMAN）采用了WiMax技術，組網(wǎng)采用的802.16協(xié)議族。與現(xiàn)有的移動通信技術相比，WiMAX技術可以提供更高的數(shù)據(jù)速率，更強的數(shù)據(jù)業(yè)務能力。

    多媒體業(yè)務是3G數(shù)據(jù)業(yè)務的重點，其傳輸速率要求為：高速移動時能夠達到144kbps，慢速移動時為384kbps，靜止狀態(tài)為2Mbps。3G的帶寬非常適合無線視頻監(jiān)控的應用。相信隨著3G的商用，無線視頻監(jiān)控必將蓬勃發(fā)展。

    CDMA或OFDM作為點到多點或點到點圖像、視頻信息傳輸?shù)年P鍵技術手段，其頻譜利用率高、支持高速率的多媒體服務、系統(tǒng)容量、抗多徑信道干擾能力強。CDMA技術是基于擴頻通信理論的調(diào)制和多址連接技術，OFDM技術屬于多載波調(diào)制技術。預計第三代以后的移動通信的主流技術將是OFDM技術。

    在無線實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，控制協(xié)議決定了整個系統(tǒng)的效率、兼容性、安全性等諸多重要問題，是系統(tǒng)運轉的指揮中心�？刂茀f(xié)議尤其是無線實時監(jiān)控系統(tǒng)的控制協(xié)議，不但要求能夠快速穩(wěn)定的建立連接，而且要求對該連接具有一定的控制能力。會話啟動協(xié)議SIP（sessioninitiationprotocol）是IETF的MMUSIC（multipartymultimediasessioncontrol）工作組制定的多媒體通信框架應用層信令協(xié)議，設計理念和協(xié)議結構完全符合NGN的特性和要求，得到了越來越多業(yè)內(nèi)人士的認可，國內(nèi)外許多知名企業(yè)都開始從事SIP的研究與開發(fā)工作。Nokia和Ericsson已經(jīng)開發(fā)出了基于SIP的端到端的網(wǎng)絡多媒體系統(tǒng)，3GPP和3GPP2分別在R5和Phase2階段引入了基于SIP的IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）�；�于SIP的多媒體通信已經(jīng)成為新的主流發(fā)展方向。

    3．數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)安全

    視頻監(jiān)控系統(tǒng)中保護數(shù)據(jù)不因偶然和惡意的原因而遭到破壞、更改和顯露是非常必要的。通過無線網(wǎng)絡或Internet傳輸?shù)臄?shù)據(jù)很有可能會遭到截取。這會給敏感數(shù)據(jù)帶來巨大風險。對于一些網(wǎng)上黑客或惡意員工而言，為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建立和采取技術和管理上的安全保護是不夠的。對此，就很有必要對數(shù)據(jù)采取加密技術。

    隨著監(jiān)控點的增多、應用行業(yè)的日益普遍化、監(jiān)控時間周期的延長和視頻清晰度的提升，視頻數(shù)據(jù)容量也在飛速發(fā)展。即使按照一定的標準以壓縮形式存儲這些數(shù)據(jù)，仍然有成百TB直至上千TB的數(shù)據(jù)需要歸檔、存儲，并且需要高速傳輸。針對這些情況，優(yōu)化視頻存儲、歸檔解決方案及設備選擇已經(jīng)是很多用戶的一個現(xiàn)實考慮。

    一般來說，從應用需求來看，設計的系統(tǒng)必須具有以下的要求：保障具備長時間無故障運行的能力；能夠遠程實時傳遞高清晰圖像，并實現(xiàn)回放；具備靈活存儲圖像資料的能力，存儲保留時間達到一定要求；圖像傳輸必須具備防竊取功能，圖像資料具備防篡改功能；設備操作必須具有安全的管理和控制手段。