中兴3G无线视频监控系统构成及应用

　   2G时代，由于无线网络带宽受限，相应的增值业务应用少。随着3G时代到来，高速的带宽正在改变人们的生活，人们可以用手机看电视、移动办公，也可以用电脑插上无线上网卡上网，3G无线增值业务正在向生活各个领域渗透。在视频监控领域上，行业也正在经历着一次蜕变，业务从传统的固网模式延伸到无线网络模式。

　　无线视频监控，一般分为三种模式——前端无线接入固网客户端监控、前端固网接入客户端手机监控、无线接入手机监控。对于以上三种模式，最核心的部分就是无线接入和无线监控(即手机监控)。无线的组网方式，对比传统的固网模式，有着很大的优势。中兴移动视频监控管理系统基于国内3G网络建设的快速发展，对无线视频监控业务进行了全面支持，具有以下优点：

　　·覆盖面广：无线网络覆盖率极高，几乎不受区域限制。对于一些无法铺设有线监控的场合，移动视频监控是唯一的选择。

　　·接入方便：前端编码器或网络摄像机，甚至手机，采取无线接入的方式，只需要在移动网络覆盖下，不受山川、河流、桥梁道路等复杂地形限制，能很方便很简易地搭建起监控点，免除复杂地形导致布线繁琐的烦恼。

　　·效率提高：由于考虑无线监控，组网极其方便，大大缩短了建设周期，从而提高了建设效率。

　　·成本低廉：免除了远距离网络布线所造成的高昂费用。

　　·业务多样：无线监控可以涵盖所有固网监控业务，还可以发扬移动方面的特长，业务一下子丰富起来，如：移动执法监控、移动采访等业务。

　　·监控方便：终端可采用手机无线监控，不局限于预先安装好监控客户端的某台电脑。只要手机支持客户端安装，就可以使用手机监控。客户可随时随地打开手机进行监控，大大满足了客户对监控方便性的需求。

　　·及时联动：手机视频监控是实时监看，同MMS、WAP等浏览和联动告警结合起来，更加方便、及时。

　　中兴移动视频监控管理系统组成

　　在3G无线视频监控平台方面，中兴移动视频监控管理系统由中心管理平台和媒体交换平台组成，中心管理平台承担系统用户、设备、调度、数据等管理职责，媒体交换平台在中心管理平台集中管理下完成媒体转发、分发、转码、存储、回放等功能。ZXMVS系统采用集中管理、分布部署的设计架构，根据监控业务量大小，系统支持分布部署媒体交换平台，优化监控系统承载网络的数据流量，为用户提供高质量的监控服务。

　　在系统规模巨大，或者构建全国性监控网络时，系统可以采用多级中心管理平台架构，每级中心管理平台独立运行，并且可以实现监控资源的跨平台统一管理。

　　根据系统网元性质及重要性不同，中心管理平台采用双网双平面网络设计，规避网络层面的单点故障问题。中兴移动视频监控管理系统典型组网如图1所示。

　　系统兼顾了移动网络和固网视频监控业务，可以同时开展固网和移动网视频监控服务。对于移动网络的手机监控用户，通过移动网络访问中心管理平台的移动业务管理单元获取有权限的摄像机列表，选择目标摄像机后，向对应的移动分发单元请求视频，视频流通过前端设备传送到媒体转发单元，再把视频流转发给移动视频转码服务器，经过移动视频转码服务器处理后，分发视频流给手机监控用户。移动业务管理单元采用WEB方式设计，手机监控用户可以不安装任何客户端软件即可浏览视频。手机监控用户终端采用RTSP方式，是目前手机普遍支持的视频点播方式;视频流传输采用RTP承载，系统对大包数据进行拆分，有利于在移动网络上传输数据;系统控制消息采用标准的SIP协议，符合未来发展趋势。系统业务网元之间保持松耦合接口，可以根据业务情况，进行灵活部署。

　    中兴移动视频监控管理系统创新点

　　中兴力维创造性地开发了移动视频转码服务器，包括视频转码模块、RTSP协议管理模块、鉴权管理模块、视频控制管理模块、视频分发管理模块、视频转码管理模块、N+1备份管理模块等，完成移动视频码流格式的转换工作，并将移动视频监控业务的诸多功能高度集成化，简化系统部署的复杂性，并通过N+1备份机制，在节省用户投资的情况下又能够实现高可靠性。

　　在无线编码器终端方面，经过多年的技术积累和创新，开发出了多种特色技术解决方案，对无线编码器的图像质量控制进行了大幅优化，包括：网络自适应编码、结合内容的编码优化、差错隐藏、图像前处理、码率控制等。

　　网络自适应编码：根据发送缓冲区中的缓存数据大小进行建模自动调整码流大小。打开关闭网络自适应编码可以在软件上进行设置。通过网络自适应编码功能，在带宽变化比较大的时候，图像质量比原方案有很大提高。如图2所示。　

　　网络自适应编码主要分为：网络感知模块和自适应控制模块。“网络感知模块”确定信道带宽或信道带宽变化率，“自适应控制模块”根据信道带宽或信道带宽变化率动态调整编码参数。编码参数调整原则：根据历史情况，当带宽升高时，调高码率等参数;当带宽变低时，降低码率等参数。基本原则是调高码率需谨慎，但降低码率需反应及时。I帧间隔、帧率应需码率动态变化，综合确定编码参数。通过对滑动窗口与应用层发送缓冲区中的缓存数据大小进行建模，从模型中分析出当前带宽的变化方向及程度，“自适应控制模块”可根据变化方向做出是增加还是减少编码码率的决定;根据带宽变化程度决定编码码率的增减程度。当出现带宽突然变化(3G到2G切换)、网络突发拥塞等情况，不会引起图像质量严重下降，编码器断线等异常。

　　结合内容的编码优化：编码套餐优化方式是根据视频场景与H.264编码原理精心确定的一组编码参数集合。目前我们提供3大类编码套餐：室外多运动目标场景(马路)、室内办公室场景(办公室)、室内多运动目标场景(商场)，这3种编码套餐基本涵盖了目前大多数应用。对于每一类编码套餐，又可进行细化。如室外多运动目标场景(马路)DI、室外多运动目标场景(马路)CIF、室外多运动目标场景(马路)QCIF套餐等。

　　差错隐藏：指解码器用主观可接受的、近似原始质量的视频数据来遮盖受损图像数据，掩盖的基础是自然景物在空间和时间上相邻的像素具有平滑性。解码器端差错隐藏包括各种各样的空域和时域的掩盖算法，其中最常用的方法是当解码端收到错误数据后，解码端进行判断，对可能引起花屏、马赛克的数据进行按帧边界自动丢弃，保证解码器不出现花屏和马赛克，其他方法比如在编码端根据信道损耗以及解码器的反馈信息，进行改进的RDO编码，或是一些加入独特参数，在解码器端采用联合拥塞控制法，都存在计算复杂度较高，不利于实时应用等缺点。

　　前处理优化：视频信号扫描方式有两种：逐行扫描(progressivescanning)和隔行扫描( interlaced scanning)。CCD摄像机的采集方式是隔行扫描，隔行扫描方式是将一帧图像分为奇场(Odd Field)和偶场(Even Field) 分别处理， 最后把奇偶场合并恢复原始图像。隔行扫描方式能够缩小带宽，但存在爬行、边缘羽化或交错锯齿等缺点，这些图像噪声会明显地降低图像的质量，并且会造成编码器编码后的码流偏大。

　　解决上述问题的办法，是通过运动估计算法找出两场之间的位置矢量差，然后根据此矢量把已经运动的图像放回原来的位置，最终把这两场重新合并为一帧。修改后的场相当于修正了由于运动造成的位移矢量，采用场间插值运动补偿法的块匹配算法，采用运动补偿De- interlace算法可以消除隔行扫描引起的爬行、边缘羽化或交错现象。

　　码率平滑控制：在图像数据向外发送过程中可能出现图像内容剧烈变化，网络带宽变化等情况，导致用户看到的图像质量受到影响，我们通过码率平滑控制功能来缓解上述原因带来的质量体验下降。

　　如图3所示，“发送控制器”实现码率控制的平滑发送算法，综合考虑图像内容变化率大小(运动静止场景变化)、带宽变化、帧大小变化三种情况，使媒体数据的发送速率变化平缓，防止网络猝发的发生。

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