基于3G無線網絡的視頻監控系統方案

文｜無錫職業技術學院電子與信息技術學院 侯立功

1 視頻監控系統的發展現狀

視頻監控系統先后經歷了模擬、數字和網絡三個不同的技術發展階段[1]。以同軸電纜為介質，采用基帶傳輸方式，控制主機只能接收處理模擬信號是第一代模擬監控系統的典型特征。模擬監控系統以磁帶為存儲媒介，磁帶重復利用10次以后，所存儲圖像的清晰度會逐步下降，而且模擬系統的控制主機與信息系統無法交換數據，應用靈活性較差。

數字監控是繼模擬監控之后的第二代監控技術。目前市場上的數字視頻監控系統主要還是采用模擬/數字混合式的技術，即前端圖像采集和傳輸仍采用模擬方式，在后端監控中心由視頻矩陣或硬盤錄像機（DVR）對圖像進行數字處理、切換與控制。該方式的圖像質量、保存時間以及可靠性均較模擬監控有大幅度的提升，系統可以與信息系統交換數據，數據的保存、查詢和檢索方便，應用靈活性較好，是目前主流的應用模式，適合傳統監控系統的改造和中等規模視頻監控系統應用。

網絡視頻監控基于國際通用的TCP/IP協議；前端圖像采集設備采用數字化攝像機，直接將傳統的模擬視頻信號轉換為數字信號；采用流媒體技術實現視頻在互聯網上的傳輸。這種方式可以充分利用現有網絡資源實現遠程視頻監控；并且系統擴展能力強，只要在有網絡的地方增加監控點設備、加載客戶端軟件并授予相應權限就可擴展新的監控工作站。全數字化視頻資源便于保存和檢索，應用靈活，適合大型視頻監控系統工程項目應用。

然而，視頻監控系統的發展仍然存在如下一些問題[3]：

①缺乏統一的，具有強制約束力的國家標準。由于我國相關行業部門的管理制度比較滯后，視頻監控系統的相關法律法規尚待完善，導致了國家標準與區域標準并存，多種廠商聯盟標準并存等現象。市場上存在多種不同的安防監控產品標準，并且互不兼容、各自為政。

②跨行業合作困難。安防監控系統主要是整合音視頻、通信、IT、控制等各行業系統的優勢。然而，我國目前的社會化合作體系還不夠健全，各行業受傳統經營觀念和激烈的市場競爭壓力的影響，都想在本行業甚至其他行業占得先機，擴大自己的市場份額，不愿公開產品技術接口和相關通信協議。

③用戶對監控系統不斷提升的期望與項目實施之間存在一定的落差。雖然基于TCP/IP網絡技術的視頻監控系統受益于網絡傳輸的標準化，擴展能力強、網絡維護由運營商提供保證；但該模式經常受制于網絡帶寬限制，監控圖像質量得不到保證，及時性和流暢性不夠，另外還需要網絡信號和電腦等設備的支持，不能隨時隨地實現對監視點的監控。

2 3G無線網絡的發展與應用

3G無線網絡已經在中國移動、電信、聯通三大運營商的建設和推廣下遍布全國各級市縣和鄉鎮，并占據了國內移動終端主流市場。3G與前兩代移動通信的主要區別是大幅提升了傳輸數據的速度，能夠處理圖像、音樂、視頻等多種媒體形式，提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。三大運營商憑借多年的網絡運營維護以及3G網絡標準化的優勢，可以為視頻監控系統的硬件設備制造商、系統集成商以及最終用戶創造便捷的交互，彌補視頻監控行業發展的欠缺。

目前，三大運營商已經可以提供3G可視電話業務，可以應用于家庭、汽車、店鋪等小范圍場所的日常監控。該業務具有監控、錄像、自動報警和雙向對講等功能，并且實施簡單。用戶只需在家里、車內或店鋪放置一臺3G視頻監控終端，就可隨時隨地了解現場情況。只需用3G手機給3G視頻監控終端撥打視頻電話，就可以在3G手機上觀看到監控圖像，并且還可以通過手機的數字鍵控制監控圖像的轉動。該業務還提供彩信、短信等多種報警方式，支持用戶在出現突發事件時借助雙向對講功能警示不法分子，或與監控點人員進行交流，適用于防火防盜、安全護衛、人員監護、遠程管理等。

該應用采用了H.264視頻壓縮算法、流媒體視頻處理等技術。系統對攝像機采集到的圖像進行視頻壓縮編碼；通過3G智能無線通信模塊，把實時動態圖像傳輸到距離用戶最近的運營商的3G無線網絡；使用戶可方便地通過計算機、手機監控實時圖像；在總體上實現了視頻數據的編解碼、加解密、交互和遠程控制等功能。圖1為目前市場上應用的3G無線視頻監控示意圖[4]。

相比數字和網絡視頻監控系統，采用3G技術的無線視頻監控完全可以脫離固有架構，利用3G智能移動終端，不受地域、時間限制地實現遠程實時監控，提供更便捷、更穩定的監控服務和更廣泛、更靈活的，突破時空限制的監控使用感受。

3 基于3G無線網絡的視頻監控系統方案

隨著物聯網產業的興起和發展，市場上出現了很多基于3G無線網絡技術的應用，主要集中在應急指揮、公交監控[6]、家庭監控、公共多媒體服務等領域。但是，3G無線網絡技術與傳統意義上的安防視頻監控弱電系統的結合應用還不多見，僅有部分系統集成公司在進行這方面的嘗試。圖2展示了一種基于3G無線網絡技術的視頻監控系統設計方案。

該方案采用了有線、無線一體化解決策略，選擇具備3G無線網絡和TCP/IP網絡通信功能的嵌入式DVR作為監控中心核心設備。傳統的視頻監控系統的基本功能，如實時監控、實時記錄、錄像回放、遠程控制攝像機等仍以有線方式實現，確保在出現意外情況（比如無線或網絡信號運營商設備故障或設備檢修）時，監控系統仍能發揮作用。

通過給DVR加載3G無線路由器，可實現監控系統的3G通信。目前的3G無線路由器除支持3G無線信號的發送和接收外，還具備動態域名解析、靜態地址分配、網絡地址轉換等功能，支持手機遠程控制。用戶可以隨時隨地使用手持設備通過3G網絡來瀏覽視頻、查看監控圖像、監聽現場聲音，同時實現點擊跟蹤和放大功能。

DVR通過TCP/IP網絡接口與中心機房連接，只需要給DVR配置一個系統內的IP，就可以實現內網和外網的連接。通過安裝在中心機房的各類功能性服務器[6]，可實現對3G無線網絡和Internet網絡視頻監控服務功能的支持，各服務器的具體作用如表1所示。通過在管理服務器上安裝安防系統管理軟件實現對整套系統前端視頻采集設備、監控報警設備、平臺服務器、網絡等資源以及授權用戶的管理。流媒體服務器用來完成流媒體信號的轉發，可實現對前端圖像的實時監視及錄像的調看和轉發。存儲服務器可以實現對視頻監控信息的長時間保存和查看。當系統設置的報警狀態被觸發時，報警服務器可以提供通過短信網關和彩信網關給用戶發送短信、彩信以及打電話等信息提示服務。經過授權的相關安保和管理人員不僅可以在監控中心通過DVR控制手柄，還可以通過3G無線網絡用智能手機遠程控制智能高速球的旋轉，實現遙控監視，隨時隨地實時了解監視現場情況；還可以用3G智能手機或任意一臺聯網的電腦調用、訪問系統服務器存儲的各現場記錄畫面。

表1 基于3G無線網絡技術的視頻監控系統應用服務器一覽表

在管理服務器上安裝智能分析軟件，利用強大的服務器資源和軟件智能算法自動進行人臉識別和行為分析。在一些主干道和重要的公共場所設置智能高速球，使監控系統可以在發生緊急情況，如突發性群體事件時，及時抓拍現場圖像進行分析檢測，并通過3G無線網絡發送短信提醒和現場圖片彩信給相關安保人員。相關管理人員可以隨時隨地主動撥打電話連接現場畫面進行進一步的確認。

4 結束語

本文提出的技術方案在實現視頻監控傳統功能的基礎上，結合了3G無線網絡的應用，可以實現短信提醒、彩信報警、手機呼叫和手機遠程監控，帶來更加方便和智能化的安防管理。然而，目前3G無線網絡的帶寬與頻率資源較為有限，當終端設備處于移動狀態時，可用帶寬和誤碼率指標之比有較大幅度下降，加上3G無線傳輸的資費較高[2]，導致安防監控與3G的順暢結合目前仍受到一定的限制。

盡管存在一定的發展瓶頸，但智能化一定是安防監控未來發展的一個重要方向。隨著國家“平安城市”的建設和“物聯網應用”的推廣，大規模的安防監控系統建設對智能化解決方案提出了迫切需求[5]。相信隨著移動通信技術的發展，基于3G甚至4G無線網絡的安防監控系統的優勢將會愈發突出，成為智能化安防系統一個主流的應用平臺。

1 吳建國.視頻監控系統的發展趨勢[J].云南警官學院學報，2011（3）：67-70

2 劉力群.基于3G無線網絡傳輸的視頻監控系統[C].第二十五屆中國（天津）2011年IT、網絡、信息技術、電子、儀器儀表創新學術會議.2011：42-45

3 侯立功.基于物聯網技術的智能家居系統構想[J].數字通信，2011（6）：33-35

4 安防知識網.3G技術攜手監控，助力安防[EB/OL].（2011-04-08）[2012-05-30].http://www.asmag.com.cn/technic/th-41691-new-6.shtml

5 比特網.叫好不叫座——淺談智能視頻監控發展前景[EB/OL].（2010-07-02）[2012-05-30].http://network.chinabyte.com/42/11406042.shtml

6 俞云平.視頻監控技術變革推動平安城市深入建設[EB/OL].（2011-01-06）[2012-05-30].http://www.hikvision.com/Cn/SuccessStory_list_more.asp?id=229