5G的智能視頻監控系統設計研究

劉礦平，石璐，劉巖峰，朱永寶(.華亭華煤清能煤化工有限責任公司,甘肅 華亭 74400；.蘭州飛思網絡科技有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

5G代表著第五代移動通信系統，相比于4G技術，5G并非獨立運行，但卻在功能延伸方面呈現出巨大優勢。智能視頻監控系統屬于是5G通信的功能之一，能夠依靠5G網絡完成監控任務，在第一時間內發現問題所在，并制定相關解決策略，為整個監控系統穩定運行創造有利條件。但從5G智能視頻監控系統應用角度來說，監控視頻清晰流暢顯得尤為重要，只有這樣，才能讓5G在智能視頻監控系統發揮出更大作用。

1 5G技術背景下智能視頻監控系統的發展機遇

1.1 促使智能視頻監控系統邁入高清階段

在5G通訊網絡幫助下，監控視頻清晰度大幅提升，視頻傳輸時間縮短，與此同時，后臺智能數據處理速度變得更快。更為重要的是，隨著5G技術的完善以及大范圍應用，智能視頻監控終端高清畫面同樣能夠得到普及，甚至還會呈現出超高清效果，從智能視頻監控系統發展角度來說，良好的清晰度是其發展的本質所在。

1.2 能夠實現多維度視頻信息采集

在5G通信技術加持下，智能前端攝像機在應用時，能夠捕捉到清晰的圖像內容，對應的數據維度也能得到拓寬。例如，針對視頻信息內容采集過程設計，可實現對音頻、風向等各種因素的完整采集，完成具體信息采集任務之后，數據內容整合也能有序進行，其中還涉及到信息內容的深度挖掘程序。在上述程序幫助下，單臺智能視頻監控設備的數據采集能力大幅提升，還能實現對相關數據的深入分析。與此同時，各種物聯感知設備建設呈現出集約化特點，數據綜合效益可以更好展示出來，讓智能視頻監控系統工作效率達到新的高度。

1.3 實現無線傳輸

傳統智能視頻監控設備在應用時，往往會將攝像機安裝在智能前端，其傳輸過程采取的是有線傳輸模式。隨著5G網絡的商用普及，能夠進一步提升各項內容的傳輸速度，數據容量同樣能夠得到提升，其覆蓋范圍更加廣泛。也正是在5G技術幫助下，智能視頻監控設備能夠做好智能數據處理工作。另外，傳統網絡建設以固定形式為主，維修成本較高，極容易出現故障問題，這些在5G技術下的智能視頻監控系統中均能得到解決[1]。

2 目標識別與跟蹤關鍵技術

以視覺為基礎的目標識別與跟蹤，是多個學科交叉結合的結果，具體內容包括計算機視覺、模式識別、圖像處理等，該內容在虛擬現實、自主導航等領域中得到了深入應用，其中最為重要的內容當屬目標檢測分析和目標跟蹤兩方面。

2.1 目標檢測

在目標檢測之中，主要任務就是對目標對象進行深度識別，保證目標與背景之間始終處于分離狀態，讓分離狀態下的目標能夠成為后續跟蹤操作的基礎所在。因此，在新時代智能視頻監控系統設計之中，相關工作人員應注重目標檢測算法性能維護，保證最終的跟蹤和識別效果處于最佳狀態。需要注意的是，檢測目標不同，相應的檢測方式同樣存在差異性特點，在此過程中，最為常見的有兩種形式，即基于前景建模和基于后景建模。例如，在前景建模之中，依靠灰度、紋理等特點，打造表觀模型，之后利用分類器做好目標對象的檢測操作。后景建模中，出發點在于背景上，做好背景模型與時間模型的相互關聯操作，只有這樣，才能讓當前畫面與背景模型放在一起進行對比，以此來獲取目標對象。相比之下，基于背景建模的檢測方式應用過程比較簡潔，能夠展示出更高的運算效率，但適用場景并不多，往往需要工作人員將攝像機擺放在固定位置上。基于前景建模檢測方式應用，能夠在動態環境目標檢測中發揮出作用，由于場景不同，所展示的特征表達同樣存在差異，對分類器要求較高，實時性效果也無法得到彰顯。

2.2 目標跟蹤

所謂目標跟蹤，主要指當目標對象檢測完成后，會出現一些新的畫面和幀，此時，系統需要建立對應目標的位置、色彩等匹配特征。一般來說，目標跟蹤操作的執行，往往是根據具體的檢測步驟確定跟蹤形式，常見的跟蹤方式有兩種，即判別式和生成式。在判別式跟蹤方法應用時，重點對背景與前景進行區分，了解具體畫面的目標檢測內容，以及對象所處的實際狀態。判別式跟蹤則是依靠學習分類器，突出畫面中背景差異情況，整個檢測和跟蹤過程處于同步狀態，相互之間存在密切聯系。反觀生成式跟蹤，主要是以目標檢測為基礎，實現對前景目標建模操作，制定合理的跟蹤策略，預測后續畫面中目標對象的實際狀態。總的來說，該過程中的檢測與跟蹤內容處于相互獨立狀態，時間上二者同樣具備順序性特點。

生成式跟蹤方式在應用時，能夠做到在復雜場景下獲取到更為精準的擬合結果，但在參數估計方面，容易受到局部極值影響，再加上背景信息量巨大，導致智能視頻監控系統中的畫面與目標對象相似時，便會出現跟蹤偏移情況。反觀判別式跟蹤過程，能夠將生成式跟蹤中的缺陷彌補，保證信息的有效識別，但受到訓練樣本選取的影響，會降低算法的性能優勢。

3 5G通信關鍵技術分析

3.1 增強型移動寬帶

高速率傳輸屬于是5G技術重要特征點所在，從已經建設完成的5G基站中能夠了解到，其傳輸速率在20 Gbit/s以上，在該類基站幫助下，很多大流量的超高清視頻能夠在短時間內傳輸。相比于4G網絡中的LTE技術，5G網絡存在更多的關鍵技術應用，進而實現傳輸效率的大幅提升。常見技術類型如下。

第一，Massive MIMO。5G建設涉及到很多天線矩陣，主要目的是為了讓系統中的天線數量大幅增加，以此來提升系統容量。在該類技術幫助下，空間維度能夠得到充分利用，幫助人們對空間分辨率進行深度挖掘，還能將小區分簇與波束賦形技術相結合，讓信號集中于特定用戶群體內，保證空口數據傳輸速率達到更好狀態。

第二，FB-OFDM。在LTE應用時，往往會應用到CP-OFDM技術，實現對多徑效應的充分抑制，由于帶外泄露問題存在，導致頻譜效率受到影響，5G技術依靠FB-OFDM技術與濾波器組的結合應用，能夠實現對多個子載波的同時濾波操作，建立起相應的區域數據信號。該技術的優勢性特點十分明顯，能夠與LTE系統處于兼容狀態，且在不同場景下，可形成不同的波形函數，支持更多業務開展，獲取到更高的頻譜效率[2]。

第三，新型調制編碼。與傳統turbo編碼技術相比，在5G系統數據信道設計上，采用的是LDPC編碼形式，在控制信道建設時，會應用到polar編碼，在上述編碼程序幫助下，新空口信道編碼效率會得到進一步提升，滿足5G業務開展需求，延時率更低，數據傳輸過程也會變得更加可靠。

第四，上下行解耦。5G網絡設定之中，其傳輸特性設計以C波段為主，針對終端上行發射功率設定了相應限制，在共址設計上，依靠LTE系統1.8G基站。該類基站中，只有核心用戶才能獲取到5G技術服務內容，在上下行解耦方面，為了讓C波段上行覆蓋不足問題得到改善，相關人員將LTE低頻空閑頻譜引入其中，以此來實現5G業務覆蓋范圍的拓寬。

3.2 邊緣計算

邊緣計算應用，主要集中在通用服務器部署上，以無線接入形式為主，突出云計算和IT性能。除此之外，在邊緣計算幫助下，傳輸帶寬進一步提升，整體延時能夠得到有效控制，此種狀態之下，業務面可以更好下沉，為本地化以及近距離業務部署創造有利條件。尤其是在視頻監控業務開展上，攝像頭在獲取到高清畫面后，會通過流媒體進行回傳操作，系統也會將最終的處理結果快速反饋，保證對攝像頭的智能化控制。總的來說，邊緣計算的應用效果十分明顯，在實時性、低延時網絡信息訪問過程中，具體內容包含以下幾方面：第一，無線側內容緩存。該過程主要是將邊緣計算服務器與業務系統對接在一起，常見的業務系統內容有視頻監控系統等，并依靠基站完成業務內容的迅速傳輸，為業務數據分組解析創造有利條件，做好本地緩存等工作。第二，本地分流。用戶可以通過邊緣計算平臺，來獲取本地業務的全部內容，之后進行分流操作，該過程并不需要核心網絡參與其中，避免訪問延時出現，創造更好的業務體驗。第三，業務優化。邊緣計算服務器能夠利用無線側網絡傳輸，提升數據采集質量參數，并做到對業務質量的動態優化，最終確定最佳的內容分發機制、擁塞策略等內容。

4 基于5G技術的智能視頻監控系統設計內容

以5G技術為基礎的智能視頻監控系統在設計過程中，需要從不同角度和方向著手，確保系統設計的完整性和創新性。

4.1 組網

首先，在通信運營商幫助下，5G智能視頻監控系統屬性用戶能夠獲得網絡接入點，且該類接入點與公共接入點之間存在明顯差異性。與此同時，相關人員在登陸時，可利用終端無線傳輸模塊發起登陸請求，以此來提升網絡運行速度，優化5G智能視頻監控系統性能。其次，當接入點設計好之后，工作人員可通過分組無線業務節點發出查詢要求，當運營商接收到請求后，會對無線業務支持節點進行重新分組。與此同時，在網絡隧道幫助下，前后無線終端會及時響應，發揮出5G系統的智能視頻監控優勢。再次，在用戶認證時，可利用專用鏈路保證遠程用戶的撥號認證，只有在確定用戶身份后，系統才能處于正常操作狀態。最后，無線終端在獲得網絡地址后，會根據用戶需求傳遞數據包，構建專網服務通信模式，讓信息查詢、數據傳輸等操作能夠得到有序開展。

4.2 安全措施

根據實際5G智能視頻監控系統分析，安全措施的制定不可或缺，主要涉及到的內容如下：第一，確保通信端專線接入與通信運營商網絡處于相互連接狀態，此時，私有IP地址同樣能夠完成廣泛連接操作，在隧道技術幫助下，數據包傳輸安全性能夠得到相應維護；第二，當移動網絡進入到專業接入點之后，用戶會進行相關信息核實，得到正確核實結果后開展后續工作，避免5G智能視頻監控系統安全性受到影響；第三，無線終端設備需要與服務平臺建立相應的連接關系，依靠終端加密模式，保證數據信息的穩定性，降低泄露、被篡改等問題出現幾率；第四，設置防火墻，保證防火墻網絡地址的及時更新，并通過端口過濾操作，將一些非法信息排除在外。

4.3 視頻終端設備

在5G智能視頻監控系統之中，視頻終端設備應用顯得尤為重要，主要是依靠其音頻、視頻等信號采集，之后開展各種類型的信號壓縮工作，打造數字流模式。與此同時，還可以利用無線網絡執行傳輸任務，確定相應的無線移動傳輸終端。不同視頻終端設備對應著不同的信息傳輸模式，為了避免峰值速率、參數等不受任何影響，工作人員應做好視頻信息傳輸質量控制操作，以此來確保整個系統的安全應用[3]。

4.4 核心網排查工作的開展

實際5G智能視頻監控系統應用時，其核心在于PS域核心網設備，這其中還涉及到一些其他設備和技術，如：路由器、SGSN等，在這些技術設備幫助下，5G智能視頻監控系統運行效果能夠處于穩定狀態，更好地滿足使用者使用需求。除此之外，系統還能通過對多種跟蹤口令發送，檢查5G智能視頻監控系統的運行狀態，了解各項業務內容的開展情況，針對其不足之處進行合理調整，讓5G智能視頻監控系統性能始終處于最佳狀態，整個運行系統也會朝著更加完善的方向發展。需要注意的是，開展核心網排查任務時，工作人員應重點查看路由器節點等內容，看其是否存在故障現象，當終端不能正常訪問時，相關人員同樣需要開展全面排查操作，維護監控系統的使用性能。

5 結語

智能視頻監控系統建設，與計算機技術、跟蹤技術存在直接聯系。相比于之前的視頻監控系統，基于5G的智能視頻監控系統在視頻信息處理能力上有著較大提升，系統運行功能也得到了優化，應用范圍越來越廣。以5G通信技術為基礎的智能視頻監控系統的可應用環境更加豐富，如：個人、商場等，這也是該系統應用價值所在。