基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方案應(yīng)用研究

視頻監(jiān)控是直觀方便、內(nèi)容詳實的信息記錄方式，并可以為監(jiān)控操作人員提供實時監(jiān)控手段?，F(xiàn)在視頻監(jiān)控已經(jīng)成為公共安全、企業(yè)安全、國土安全，甚至包括社區(qū)、家庭安全等領(lǐng)域的必要手段。

視頻監(jiān)控具體應(yīng)用行業(yè)和領(lǐng)域有：公共安全（城市性范圍監(jiān)控、區(qū)域性安全監(jiān)控、特定安全控制區(qū)域），交通（含機場、火車站、汽車站、地鐵、碼頭等人群聚集地，停車場、鐵路調(diào)車場、鐵路沿線），金融（銀行、金融交易場所等），公營企業(yè)（尤其是水、電、煤氣等系統(tǒng)），企業(yè)生產(chǎn)，商業(yè)（大型購物、消費場所），大型體育場、體育館，海關(guān)，國防，邊防，住宅社區(qū)等。

數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)

目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，正處于從模擬視頻監(jiān)控向數(shù)字化視頻監(jiān)控方式的轉(zhuǎn)型過程中。沿用模擬視頻監(jiān)控或由模擬視頻監(jiān)控升級為數(shù)字監(jiān)控并采取有線連接的方式，是監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程的初級階段。采用數(shù)字化視頻監(jiān)控和無線連接的方式，將加快視頻監(jiān)控方式的轉(zhuǎn)型過程。

數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)與模擬視頻監(jiān)控相比，有諸多優(yōu)勢：

（1）無線網(wǎng)絡(luò)為視頻監(jiān)控提供了更為高效和靈活的網(wǎng)絡(luò)承載方式。相對于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，采用無線網(wǎng)絡(luò)，可以在原來

不便或無法部署有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線監(jiān)控。在城市里出于環(huán)境美觀考慮，采用無線方式來取代有線布線方式，愈發(fā)顯得重要。

（2）價格優(yōu)勢。無線網(wǎng)絡(luò)可節(jié)約大量的有線網(wǎng)絡(luò)布設(shè)成本。無線網(wǎng)狀網(wǎng)（WiMesh）技術(shù)不同于普通的無線局域網(wǎng)；普通的無線局域網(wǎng)同樣需要大量的網(wǎng)絡(luò)布線，而無線網(wǎng)狀網(wǎng)（WiMesh）僅需要少量的網(wǎng)絡(luò)布線。

（3）數(shù)字化視頻監(jiān)控設(shè)備可以將圖像信息轉(zhuǎn)換為基于IP的視頻流，借助于先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實現(xiàn)從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)甚至全球通信。從而監(jiān)控管理人員可以在網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的任何地方進(jìn)行各種監(jiān)控操作，同時，可以實現(xiàn)雙向的視頻通信。

無線網(wǎng)狀網(wǎng)介紹

無線網(wǎng)狀網(wǎng)（Wireless Mesh Network）產(chǎn)品，基于IEEE的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，同時也避免了傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)WLAN的弱點，從而可以實現(xiàn)無線區(qū)域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)的覆蓋。

Wireless Mesh Network （WMN）， 其中的M可以同時有三種含義，分別為M（mesh 網(wǎng)狀網(wǎng)）、M（metro 城域網(wǎng)）、M（mobility 移動網(wǎng)）。相對于傳統(tǒng)的WLAN技術(shù)，它有如下優(yōu)點：

（1）可采用5.8G的IEEE 802.11a的信道進(jìn)行信號的回傳。

無線網(wǎng)狀網(wǎng)可以采用5.8G的IEEE 802.11a的信道進(jìn)行信號的回傳，而傳統(tǒng)的WLAN只能通過以太網(wǎng)進(jìn)行信號回傳。從而避免布線的困難，可以快速靈活地提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。設(shè)備布線的位置不再受限于傳統(tǒng)的100米以太網(wǎng)線的距離限制（如采用普通的無線局域網(wǎng)技術(shù)，需要為每一個接入節(jié)點AP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線），可以延伸到幾百米的距離（采用定向天線，可以提供更遠(yuǎn)的傳送距離）。這樣，可以將傳統(tǒng)WLAN可以實現(xiàn)的熱點覆蓋，轉(zhuǎn)化為熱區(qū)域覆蓋。

（2）采用Mobile IP 設(shè)計方式，切換更加順暢。

普通的WLAN網(wǎng)，只能為移動節(jié)點提供熱點內(nèi)部無縫切換。而無線網(wǎng)狀網(wǎng)采用Mobile IP 設(shè)計方式。在無線網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的移動節(jié)點，如筆記本電腦、PDA、WIFI終端等，均可以在認(rèn)證鑒權(quán)后，一次獲得IP地址，從而在無線網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，實現(xiàn)內(nèi)部的無縫切換，避免用戶不斷重復(fù)的認(rèn)證和切換，提升用戶的使用體驗。

（3）比普通的WLAN擁有更好的安全機制。

無線網(wǎng)狀網(wǎng)采用不同的安全機制，在用戶側(cè)采用WPA的加密認(rèn)證方式或門戶網(wǎng)站的認(rèn)證方式;在網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用IP Sec 隧道的加密方式確保用戶信息的安全。

（4）無線網(wǎng)狀網(wǎng)提供三層的無線路由器功能。

無線網(wǎng)狀網(wǎng)提供三層的無線路由器功能，而普通的WLAN為二層物理層設(shè)備。無線網(wǎng)狀網(wǎng)無線AP基站可以實現(xiàn)節(jié)點之間的自動發(fā)現(xiàn)、自動拓?fù)浣M成。當(dāng)AP基站發(fā)生故障時，還可以實現(xiàn)自動路由的尋找，從而避開故障節(jié)點，將普通WLAN網(wǎng)絡(luò)的可靠性，從98％～99％提升到99.9%，使無線局域網(wǎng)從個人、單位網(wǎng)絡(luò)，提升為穩(wěn)定的、可運營、可商用的網(wǎng)絡(luò)。

無線視頻監(jiān)控典型部署方式

無線視頻監(jiān)控的典型布置方案如圖1所示。一般在無線網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋區(qū)域架設(shè)支持WLAN接入的無線視頻前端設(shè)備（如支持WLAN的IP攝像機或IP視頻服務(wù)器加模擬攝像機），然后通過無線網(wǎng)狀網(wǎng)將采集的IP視頻信號回傳到網(wǎng)絡(luò)中心的監(jiān)控處理平臺。通常在網(wǎng)絡(luò)中心配置支持多通道的網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機和大容量的存儲系統(tǒng)，用于監(jiān)控視頻錄像和存儲，同時為一個或多個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控終端提供實時的監(jiān)控圖像，還可通過安全的網(wǎng)絡(luò)連接（如VPN），從遠(yuǎn)端視頻監(jiān)控終端上實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

圖1 無線視頻

監(jiān)控典型方案

以下是目前在無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的典型IP視頻系統(tǒng)單元。

* IP攝像機

IP攝像機為集成模擬視頻圖像采集和視頻圖像數(shù)字化處理功能的一體化視頻前端設(shè)備。它可以將模擬的視頻信號按照標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并直接提供IP網(wǎng)絡(luò)接口。通過WLAN無線橋接器可以很方便地將IP攝像機變成支持無線傳輸?shù)臒o線視頻前端設(shè)備。

* IP視頻服務(wù)器

IP視頻服務(wù)器通常用于連接模擬攝像機，它可以將模擬的視頻信號按照標(biāo)準(zhǔn)格式（普遍采用M-JPEG或MPEG 4）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并直接提供IP網(wǎng)絡(luò)接口。通過WLAN無線橋接器也可很方便地將IP視頻服務(wù)器變成支持無線傳輸?shù)臒o線視頻前端設(shè)備。

采用IP視頻服務(wù)器方式，用戶可以自由地選擇模擬攝像機的類型?？梢愿鶕?jù)自己的需要，購買價格和性能不同的模擬攝像機，從而滿足個性化的要求。

* WLAN無線橋接器

WLAN無線橋接器可以為具有有線網(wǎng)絡(luò)接口的IP視頻設(shè)備提供無線局域網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換，為其擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪芰ΑLAN無線橋接器通常應(yīng)支持以太網(wǎng)接口到802.11b/g無線局域網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換，可滿足長時間的無故障工作 （其平均無故障工作時間應(yīng)不小于10000小時）;同時應(yīng)提供外接天線接口，以滿足不同安裝條件下，外接擴(kuò)展天線的需求。例如北電網(wǎng)絡(luò)公司（Nortel）的無線網(wǎng)狀網(wǎng)可支持基于802.11b/g無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的無線視頻終端設(shè)備。

圖2為典型的無線IP視頻前端與無線網(wǎng)狀網(wǎng)的互聯(lián)示意。

* 網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機

圖2 無線IP視頻前端與無線網(wǎng)網(wǎng)狀的互聯(lián)

網(wǎng)絡(luò)錄像機基于專用的高速視頻圖像處理硬件和大容量的數(shù)字存儲系統(tǒng)（如硬盤陣列或磁帶機），用于高速處理和存儲多路IP視頻前端設(shè)備回傳的視頻流信息。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控終端可以與網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機位于同一地點（如網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心），也可在遠(yuǎn)端通過安全的網(wǎng)絡(luò)連接（如VPN）遠(yuǎn)程登錄到網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機可根據(jù)應(yīng)用和容量需求的不同，擁有眾多不同型號的選擇，通常有支持4、8、12、16、32甚至50路視頻錄像的不同規(guī)格。

* DVR軟件管理和監(jiān)控終端

DVR軟件管理和監(jiān)控終端為基于PC平臺的監(jiān)控管理終端和軟件視頻錄像機，適于小型視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的視頻錄像。同時，DVR軟件管理和監(jiān)控終端可以作為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控終端使用，用于實時監(jiān)控瀏覽和相關(guān)的監(jiān)控處理。

無線視頻監(jiān)控中對于IP視頻圖像編碼格式的考慮

基于WLAN技術(shù)的WiMesh網(wǎng)可提供比傳統(tǒng)無線方式（如GPRS和CDMA 1X）高數(shù)倍的網(wǎng)絡(luò)接入帶寬，速率可達(dá)1 Mbit/s甚至數(shù)Mbit/s。但在視頻圖像格式選擇時，仍然需要考慮使用高效率、低帶寬需求的IP視頻圖像編碼格式。目前業(yè)界常用的格式有M-JEPG和 MPEG 4。

M-JEPG格式采用快速拍攝完整圖像幀的記錄方式，通過M-JPEG壓縮算法進(jìn)行編碼處理，圖像質(zhì)量高，但需要的帶寬大。故M-JEPG適合幀數(shù)低（2f/s～4f/s），一般用于需要細(xì)節(jié)識別的視頻監(jiān)控，如人像面部識別。

MPEG 4格式采用動態(tài)預(yù)測和高壓縮比算法處理視頻圖像，并可在較小的帶寬需求下，提供高質(zhì)量的全動態(tài)視頻流。比如，在ACTi公司提供的基于MEPG 4 ASP硬件圖像處理的IP攝像機和IP視頻服務(wù)器中，僅用500 bit/s帶寬即可獲得高質(zhì)量的CIF格式（相當(dāng)于TV分辨率）全動態(tài)視頻流;1 Mbit/s～1.2 Mbit/s帶寬即可獲得高質(zhì)量的D1格式（相當(dāng)于DVD分辨率）全動態(tài)視頻流。MPEG 4格式適合于大空間和開闊環(huán)境的實時監(jiān)控，如建筑物、路口、廣場等。

在基于無線網(wǎng)狀網(wǎng)的無線視頻監(jiān)控方案中，通常建議在需要細(xì)節(jié)識別的視頻監(jiān)控時，采用低幀率（2f/s～4f/s）、高分辨率（VGA）的M-JPEG視頻監(jiān)控前端設(shè)備;對于社區(qū)，城市環(huán)境的實時監(jiān)控可采用MPEG 4視頻監(jiān)控前端設(shè)備，通常可采用CIF格式（約500 kbit/s帶寬）即可滿足監(jiān)控需求;對于一些重要場所可采用高分辨率的D1格式（帶寬約1 Mbit/s～1.2 Mbit/s）。

無線視頻監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)狀網(wǎng)的規(guī)劃

在北電公司（Nortel）提供的無線網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)中，接入點（AP）到有線網(wǎng)絡(luò)的帶寬將被與接入點（AP）無線互聯(lián)的獨立AP所共享，同時經(jīng)過多跳無線連接，其有效帶寬將降低。為了滿足為視頻傳輸提供穩(wěn)定的帶寬，無線網(wǎng)狀網(wǎng)需要根據(jù)視頻的需求進(jìn)行細(xì)致的規(guī)劃。

在視頻監(jiān)控應(yīng)用下，一般需要遵循的規(guī)劃原則為：每個連接有線網(wǎng)絡(luò)接入點（AP）最多連接不超過2個無線互聯(lián)的獨立AP;每個獨立AP到有線接入點（AP）間不超過2個無線中繼（Hop）;接入點（AP）到有線網(wǎng)絡(luò)的接入帶寬建議不小于10 Mbit/s。

在視頻監(jiān)控應(yīng)用下，每個接入點（AP）下面建議最多支持4個無線互連的獨立AP。當(dāng)監(jiān)控視頻流所需帶寬達(dá)到1 Mbit/s～1.5 Mbit/s時，每個AP下面建議連接一套無線IP視頻監(jiān)控設(shè)備。通常建議采用一套支持P/T/Z的全方位監(jiān)控攝像機，可替代5～6個固定攝像機的功能，同時，大大減少回傳的視頻流量。其典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 采用全方位監(jiān)控攝像的典型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

當(dāng)然，如果每路視頻圖像需要的帶寬不高（如500 kbit/s）時，也可以根據(jù)實際需求，在AP下增加無線IP視頻前端設(shè)備。

無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中對流媒體/手持終端設(shè)備的支持

隨著移動的手持終端或車載無線終端（如適應(yīng)工程用的筆記本電腦等）的大量出現(xiàn)，且性價比的逐漸提高，越來越多的用戶開始采用移動終端設(shè)備。

無線視頻監(jiān)控流媒體系統(tǒng)采用的解決方案，為利用視頻采集卡設(shè)備/視頻流媒體服務(wù)器設(shè)備，將從遠(yuǎn)端無線攝像頭獲取的圖像信息轉(zhuǎn)化為流媒體。這樣，移動手持、車載無線終端就可以獲取流媒體視頻流（如圖4所示）。

圖4 無線視頻監(jiān)控流媒體系統(tǒng)

專網(wǎng)用戶對于網(wǎng)絡(luò)的安全性更加注重，建議用戶將網(wǎng)絡(luò)劃分為專網(wǎng)用戶（圖4中的綠色區(qū)域）。采集到的視頻流由網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機記錄，并通過解碼器傳送到相應(yīng)的模擬顯示的大屏幕上。

專網(wǎng)用戶采集到的圖像，可以通過模擬信號傳送的方式，傳送到流媒體服務(wù)器的視頻采集卡上（上圖的紅色區(qū)域），該網(wǎng)絡(luò)同專網(wǎng)物理上截然分開。這樣，可以確保專網(wǎng)用戶的網(wǎng)絡(luò)安全要求。該網(wǎng)絡(luò)也可以添加相應(yīng)的防火墻來滿足相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全要求。

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