基于3G和固网的融合视频监控技术

　1.前言

　　近几年来，安防行业尤其是视频监控系统蓬勃发展，公众对于国内运营商发展的“宽视界”、“全球眼”、“神眼”等品牌已经不再感到陌生，在这些品牌下发展的视频监控业务已经给各行各业带了便利。另外，国内的科技强警和平安城市建设，也在全国范围内展开。

　　随着视频监控业务的逐渐发展，有越来越多的行业和个人用户在感受到固网视频监控带来便利的同时，也提出了移动视频监控的需求。尤其国家政府机关、企业集团的领导以及一些商务人士，工作性质要求经常外出，不会在固定办公地点长期办公，而这类用户经常需要进行各类重大决策。通过移动视频监控的使用，就可以为用户提供更加丰富的决策依据。因此，实现宽带和移动的融合视频监控业务的需求就显得尤为迫切。

　　在2G发展初期，就有进行移动视频监控的探索，其中遇到的一个最大的瓶颈的无线带宽的稳定性。随着基于2G技术的不断发展以及3G逐步商用带来的无线带宽拓展，移动视频监控系统进入了实质性建设阶段，使得融合视频监控业务成为可能。

　　2.3G移动视频监控的需求和关键技术分析

　　2.1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（Anytime）、从任何地方（Anywhere）、对任何现场都能实现监控（Anysee）。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。

　　2.2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持、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。

　　2.2.1 3G通信标准

　　国际上3G通信有3种制式标准：欧洲的WCDMA标准、美国的CDMA2000标准和由我国科学家提出的TD－SCDMA标准。

　　表一：三种3G制式指标比较



　　

　　WCDMA的演进过程

　　国际标准化组织3GPP（第三代合作伙伴项目）控制着 WCDMA 规范，3GPP WCDMA标准历经多年的努力，目前已有R99，R4，R5，R6，R7，R8等多个版本，其演进过程如下图所示：
 

　　图一：WCDMA的演进过程

　　CDMA2000的演进过程

　　国际标准化组织3GPP2负责CDMA2000标准的制定。2000年10月，3GPP2颁布了1xEV-DORev0标准。CDMA2000 1xEV-DO由CDMA2000 1x演进而来，是第一个可与有线宽带相比拟，提供高速分组数据业务的第三代移动通信标准。与WCDMA不同，CDMA2000有着较为明晰的发展和演进过程。如下图所示：
 

　　图二： CDMA-2000的演进过程

　　TD-SCDMA的发展

　　自2001年3月3GPPR4发布后，TD-SCDMA标准规范的实质性工作主要在3GPP体系下完成。在R4标准发布之后的两年多时间里，众多的业界运营商、设备制造商一起，经过无数次会议讨论、邮件组讨论，通过提交的大量文稿，对TD-SCDMA标准规范的物理层处理、高层协议栈消息、网络和接口信令消息、射频指标和参数、一致性测试等部分的内容进行了一次次的修订和完善，使得到目前为止的TD-SCDMAR4规范相当稳定和成熟。

　　在3GPP的体系框架下，经过融合完善后，由于双工方式的差别，TD-SCDMA的所有技术特点和优势得以在空中接口的物理层体现。物理层技术的差别是TD-SCDMA与WCDMA最主要的差别所在。在核心网 方面，TD-SCDMA与WCDMA采用完全相同的标准规范，包括核心网与无线接入网之间采用相同的Iu接口；在空中接口高层协议栈上，TD-SCDMA与WCDMA二者也完全相同。这些共同之处保证了两个系统之间的无缝漫游、切换、业务支持的一致性、QoS 的保证等，也保证了TD-SCDMA和WCDMA在标准技术的后续发展上保持相当的一致性。

　　TD技术的成熟程度正在迅速向WCDMA靠拢，TD HSDPA是TD-SCDMA系统提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术，通过TD HSDPA，在不改变原有3GPP R4版本网络架构的情况下，可以大大提高上下行数据业务速率。

　　2.2.3 移动视频监控对3G手机终端的需求

　　要实现3G手机监控，一般来讲，需要以下几个条件：

　　1. 足够的无线网络带宽。通过上面3G技术的分析，可以看出，其下行带宽已经足够支撑手机高清晰流畅单画面的需求。

　　2. 手机处理器的能力足够强，能完成流媒体视频播放。由于还需要和视频监控集中管理平台进行信令交互，所以需要在手机平台上开发应用接口软件。目前的3G手机，基本上都具备这些要求。

　　3. 无论是手机自带的流媒体播放器，还是采用二次开发的手机播放器，都需要能够实现手机终端屏幕等的正确匹配。

　　4. 能够在进行视频监控业务时，不影响手机的语音、短信等业务。

　　5. 能够处理网络异常等情况，并支持网路恢复后重新连接的功能。

　　3.系统架构

　　3.1网络分析

　　通过上述分析，我们可以看出基于3G提供的无线宽带，可以满足移动视频监控的需求。但仔细分析，尽管目前已经商用的3.5G HSPA的理论下行速率已经达到14.4Mbps，未来的LTE更高达100Mbps，但是无线频谱资源总是有限的，3G移动用户如果大量同时在线，移动宽带无法保障每个用户分配到足够的带宽。同样的道理可以想象一下高速公路行车，理论速率和实际速率因为车流量的关系，相差很大。但光纤却可以保障固网宽带无限扩容。因此，对于带宽要求较高的视频监控网络来讲，一定是固网和无线的融合，以有线为主，无线为辅。

　　3.2基于3G无线和有线的视频解决方案

　　基于3G无线和有线的视频监控系统组网解决方案如下：
 

　　图三：基于3G无线和有线的视频监控系统

　　在原有有线视频监控的基础上，通过引入3G网络，在前端无线上传、3G无线传输链路以及用户展现侧进行无线补充。

 
　　前端一些无法部署有线监控点的地方，通过在多媒体编码器上增加3G无线接入方式，实现多媒体信息的无线上传，同时接受视频监控管理支撑平台的管理。同样，在一些公共交通工具上，可以通过部署无线编码器，实现车载3G无线监控。

　　用户展现侧，在引入3G无线手机终端以前，视频监控的浏览、历史回放等业务。更多的是通过在固定网络上建立监控中心，由专职值班人员在固网监控中心，通过电视墙或者PC机客户端实现的。引入3G无线视频监控解决方案，通过3G无线网络和3G手机终端的支撑，用户就可以实现在任何地点、任何时间进行视频监控业务的使用。

　　3.3视频监控管理支撑平台

　　图四：视频监控管理支撑平台

　　在一个大型的视频监控系统中，视频监控管理平台处于中心的地位，上图是以一个省级的视频监控系统为例，图中上半部分是整个平台的管理中心，一般部署在省会城市，便于集中管理和维护，下半部分是媒体管理中心，一般部署在各个地市。这种组网部署的优点是：

　　集中管理，维护：众所周知，一个大型的监控系统牵涉到网络侧、设备侧、外网接口系统等，整个的维护管理相当复杂，需要由专业人士承担维护任务。而整个系统的维护的网管数据属于信令数据，所需要的网络带宽并不大。因此，通过很小的网络负载，将维护管理集中在省会，由专业人士进行管理维护，是一种明智的选择。

　　媒体数据分布部署，模拟视频经过数字化压缩以后，相比较普通的信令数据，所需要的带宽和存储空间是很大的。比如一个相当于DVD画质的视频信息，所需要的带宽大约为1.5Mbps，而对于一个监控系统的用户来说，本地浏览的概率在90%以上。所以，将媒体管理平台部署在地市，就可以省去90%以上的地市和省会城市之间的网络带宽，而且，性能方面也会优越。

　　从整个管理平台的组成来看，主要包括集中管理服务器、业务支撑服务器、认证管理服务器、网络管理服务器等。实现了用户管理、设备管理、业务管理、视频管理、计费等支撑功能。

　　3.4移动终端3G手机的视频业务流程

　　3.4.1 视频实时浏览

　　图五：3G手机终端浏览流程

　　（1） 3G手机终端向业务门户发送实时浏览请求；

　　（2） 媒体流协议适配，业务门户解析3G手机终端的实时浏览请求，发送到集中平台；

　　（3） 集中平台向对应的媒体管理平台请求视频；

　　（4） 集中平台决定媒体路由，回送给业务门户；

　　（5） 业务门户根据媒体路由，向媒体管理平台发送媒体请求；

　　（6） 媒体管理平台向集中管理平台发送视频流；

　　（7） 集中平台进行转码适配后，通过业务门户发送视频流到3G手机终端。

　　3.4.2 历史录像回放

　　图五：3G手机终端历史录像回放流程

 
　　（1） 3G手机向集中监控管理平台发送录像回放请求

　　（2） 集中监控平台解析后，将回放请求转发给对应的媒体管理平台

　　（3） 媒体管理平台接收录像回放请求后，检索相应的磁盘阵列，得到响应后通知3G手机

　　（4） 媒体管理平台接收录像视频流并进行转码适配，发送给3G手机

　　（6） 当集中管理平台收到“停止”回放请求后，通知相应的媒体管理平台等

　　3.4.3 浏览过程中的摄像机控制

　　（1） 3G手机终端向集中管理平台发送控制请求；

　　（2） 集中管理平台解析3G手机终端的控制请求；

　　（3） 集中管理平台向对应的媒体管理平台发出控制请求；

　　（4） 媒体管理平台执行控制命令；

　　（5） 媒体管理平台向3G手机返回控制反馈结果。

　　4.3G移动视频定位和趋势分析

　　4.1 3G视频监控和传统视频的比对

　　在普通用户的印象中，视频监控仍然是一个应用在相对专业场景的概念，从用户的使用角度看，必须在一个固定的地方，用固定的终端才能够实现视频监控业务。使用的不够便利和相对造价高的客户端，是制约视频监控走向个人用户的一个重要的因素。

　　可以看到，在融合了3G和固网的视频监控系统中，通过3G提供的无线宽带、终端的实时信息处理能力的飞速增强，就可以实现只要摄像机能够拍到的地方，就可以通过移动3G终端实现视频监控业务，可以为用户带来任何时候（Anytime）、从任何地方（Anywhere）、对任何现场都能实现监控（Anysee）的体验。实际上目前已经众多的便利、灵活的3G无线实时视频监控系统实际应用案例，如无线家庭防盗、汽车监控等。基于3G无线传输手段的移动视频监控以其特有的灵活性已成为视频监控的一个新的发展方向。

　　3G移动视频监控功能的优势非常明显，主要体现在以下几个方面：

　　网络健全，覆盖面广。随着几个运营商3G网络的大规模建设，使用3G手机监控，几乎就可以不受区域限制。

　　使用方便，操作简单。只要会用3G手机，就可以使用3G手机监控。

　　即时有效。是实时监看，同短信、彩信等即时通讯结合起来，更加方便、及时。

　　除了安防意义的移动视频监控，它还有具有视频信息的及时获取功能，如交通信息的实时获取医院病人的探视、幼儿园小孩的探视、家庭监看等。

　　4.2 3G视频监控趋势分析

　　正如无线电话仍然不能完全替代固定电话一样，目前的移动视频监控，仍然是做为固网视频监控的补充，这是因为：

　　由于频段资源是固定的，造成无线带宽资源不能够像有线那样，几乎可以无限制的扩容。

　　移动终端设备的处理能力，仍然不能和专业的计算机相比。

　　技术的发展是永不停步的，市场的需求是产品和技术发展的原动力，随着移动视频监控市场逐步走向个人用户，3G视频监控将会在以下几个方面，越来越完善。

　　视频质量和流畅度将越来越好，支撑的一个重要技术是低带宽下的视频编解码技术。

　　监控业务越来越丰富，随着3G移动终端处理能力的不断提高，告警联动、多画面等在专业客户端上才能实现的功能，将会出现在3G移动终端上。

　　（ 作者：深圳中兴力维技术有限公司  向稳新）

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