利用3G無線和有線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的應(yīng)用方案
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1.前言
近幾年來,安防行業(yè)尤其是視頻監(jiān)控系統(tǒng)蓬勃發(fā)展,公眾對(duì)于國內(nèi)運(yùn)營商發(fā)展的“寬視界”、“全球眼”、“神眼”等品牌已經(jīng)不再感到陌生,在這些品牌下發(fā)展的視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)已經(jīng)給各行各業(yè)帶了便利。另外,國內(nèi)的科技強(qiáng)警和平安城市建設(shè),也在全國范圍內(nèi)展開。
隨著視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的逐漸發(fā)展,有越來越多的行業(yè)和個(gè)人用戶在感受到固網(wǎng)視頻監(jiān)控帶來便利的同時(shí),也提出了移動(dòng)視頻監(jiān)控的需求。尤其國家政府機(jī)關(guān)、企業(yè)集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)以及一些商務(wù)人士,工作性質(zhì)要求經(jīng)常外出,不會(huì)在固定辦公地點(diǎn)長(zhǎng)期辦公,而這類用戶經(jīng)常需要進(jìn)行各類重大決策。通過移動(dòng)視頻監(jiān)控的使用,就可以為用戶提供更加豐富的決策依據(jù)。因此,實(shí)現(xiàn)寬帶和移動(dòng)的融合視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的需求就顯得尤為迫切。
在2G發(fā)展初期,就有進(jìn)行移動(dòng)視頻監(jiān)控的探索,其中遇到的一個(gè)最大的瓶頸的無線帶寬的穩(wěn)定性。隨著基于2G技術(shù)的不斷發(fā)展以及3G逐步商用帶來的無線帶寬拓展,移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性建設(shè)階段,使得融合視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)成為可能。
2.3G移動(dòng)視頻監(jiān)控的需求和關(guān)鍵技術(shù)分析
2.1需求分析
視頻監(jiān)控系統(tǒng)的幾個(gè)重要組成部分:前端視頻采集編碼設(shè)備、中心集中管理平臺(tái)系統(tǒng)、用戶客戶端。在有線網(wǎng)絡(luò)支撐的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,這幾部分之間都是通過固網(wǎng)進(jìn)行連接的。也就是說,用戶有某個(gè)區(qū)域的視頻監(jiān)控布點(diǎn)需求時(shí),該區(qū)域必須具備有線網(wǎng)絡(luò)是必要條件,同樣,用戶需要通過有線網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng),才能使用視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)。
在有線視頻監(jiān)控系統(tǒng)下,某些不方便部署有線網(wǎng)絡(luò)的地方無法實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控點(diǎn)的部屬,也無法通過客戶端使用視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)。而這兩方面的需求,尤其是無線瀏覽客戶端的需求,市場(chǎng)方面的呼聲一直都存在并且越來越高。
通過以上分析,可以看出,如果3G無線網(wǎng)絡(luò)提供的帶寬能夠滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求,能夠?qū)崿F(xiàn)前端編碼設(shè)備無線上傳,3G無線終端隨時(shí)隨地瀏覽,那將真正實(shí)現(xiàn)用戶的3A服務(wù):做到任何時(shí)候(Anytime)、從任何地方(Anywhere)、對(duì)任何現(xiàn)場(chǎng)都能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控(Anysee)。隨著3個(gè)運(yùn)營商3G建設(shè)的逐步展開,3G無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬瓶頸也逐步得到突破,3G視頻監(jiān)控將成為殺手級(jí)的應(yīng)用。
2.2關(guān)鍵技術(shù)分析
通過以上分析,3G無線視頻監(jiān)控的關(guān)鍵主要體現(xiàn)在兩個(gè)端,即移動(dòng)客戶終端和監(jiān)控點(diǎn)的無線終端。前者用于解決移動(dòng)用戶如何看,后者解決視頻監(jiān)控點(diǎn)視頻無線上傳。所以,實(shí)現(xiàn)3G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括:適用于無線傳輸?shù)囊曨l編解碼技術(shù),3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于視頻傳輸?shù)闹С?、視頻平臺(tái)的接口技術(shù),3G移動(dòng)終端的多媒體處理技術(shù)。其中最為關(guān)鍵的是3G無線網(wǎng)絡(luò)和3G終端。
2.2.1 3G通信標(biāo)準(zhǔn)
國際上3G通信有3種制式標(biāo)準(zhǔn):歐洲的WCDMA標(biāo)準(zhǔn)、美國的CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)和由我國科學(xué)家提出的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。
表一:三種3G制式指標(biāo)比較
WCDMA的演進(jìn)過程
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP(第三代合作伙伴項(xiàng)目)控制著 WCDMA 規(guī)范,3GPP WCDMA標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)多年的努力,目前已有R99,R4,R5,R6,R7,R8等多個(gè)版本,其演進(jìn)過程如下圖所示:
圖一:WCDMA的演進(jìn)過程
CDMA2000的演進(jìn)過程
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP2負(fù)責(zé)CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)的制定。2000年10月,3GPP2頒布了1xEV-DORev0標(biāo)準(zhǔn)。CDMA2000 1xEV-DO由CDMA2000 1x演進(jìn)而來,是第一個(gè)可與有線寬帶相比擬,提供高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。與WCDMA不同,CDMA2000有著較為明晰的發(fā)展和演進(jìn)過程。如下圖所示:
圖二: CDMA-2000的演進(jìn)過程
TD-SCDMA的發(fā)展
自2001年3月3GPPR4發(fā)布后,TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)質(zhì)性工作主要在3GPP體系下完成。在R4標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后的兩年多時(shí)間里,眾多的業(yè)界運(yùn)營商、設(shè)備制造商一起,經(jīng)過無數(shù)次會(huì)議討論、郵件組討論,通過提交的大量文稿,對(duì)TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的物理層處理、高層協(xié)議棧消息、網(wǎng)絡(luò)和接口信令消息、射頻指標(biāo)和參數(shù)、一致性測(cè)試等部分的內(nèi)容進(jìn)行了一次次的修訂和完善,使得到目前為止的TD-SCDMAR4規(guī)范相當(dāng)穩(wěn)定和成熟。
在3GPP的體系框架下,經(jīng)過融合完善后,由于雙工方式的差別,TD-SCDMA的所有技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)得以在空中接口的物理層體現(xiàn)。物理層技術(shù)的差別是TD-SCDMA與WCDMA最主要的差別所在。在核心網(wǎng) 方面,TD-SCDMA與WCDMA采用完全相同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,包括核心網(wǎng)與無線接入網(wǎng)之間采用相同的Iu接口;在空中接口高層協(xié)議棧上,TD-SCDMA與WCDMA二者也完全相同。這些共同之處保證了兩個(gè)系統(tǒng)之間的無縫漫游、切換、業(yè)務(wù)支持的一致性、QoS 的保證等,也保證了TD-SCDMA和WCDMA在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的后續(xù)發(fā)展上保持相當(dāng)?shù)囊恢滦浴?/p>
TD技術(shù)的成熟程度正在迅速向WCDMA靠攏,TD HSDPA是TD-SCDMA系統(tǒng)提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率的一種重要技術(shù),通過TD HSDPA,在不改變?cè)?GPP R4版本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的情況下,可以大大提高上下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率。
2.2.3 移動(dòng)視頻監(jiān)控對(duì)3G手機(jī)終端的需求
要實(shí)現(xiàn)3G手機(jī)監(jiān)控,一般來講,需要以下幾個(gè)條件:
1. 足夠的無線網(wǎng)絡(luò)帶寬。通過上面3G技術(shù)的分析,可以看出,其下行帶寬已經(jīng)足夠支撐手機(jī)高清晰流暢單畫面的需求。
2. 手機(jī)處理器的能力足夠強(qiáng),能完成流媒體視頻播放。由于還需要和視頻監(jiān)控集中管理平臺(tái)進(jìn)行信令交互,所以需要在手機(jī)平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用接口軟件。目前的3G手機(jī),基本上都具備這些要求。
3. 無論是手機(jī)自帶的流媒體播放器,還是采用二次開發(fā)的手機(jī)播放器,都需要能夠?qū)崿F(xiàn)手機(jī)終端屏幕等的正確匹配。
4. 能夠在進(jìn)行視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)時(shí),不影響手機(jī)的語音、短信等業(yè)務(wù)。
5. 能夠處理網(wǎng)絡(luò)異常等情況,并支持網(wǎng)路恢復(fù)后重新連接的功能。
3.系統(tǒng)架構(gòu)
3.1網(wǎng)絡(luò)分析
通過上述分析,我們可以看出基于3G提供的無線寬帶,可以滿足移動(dòng)視頻監(jiān)控的需求。但仔細(xì)分析,盡管目前已經(jīng)商用的3.5G HSPA的理論下行速率已經(jīng)達(dá)到14.4Mbps,未來的LTE更高達(dá)100Mbps,但是無線頻譜資源總是有限的,3G移動(dòng)用戶如果大量同時(shí)在線,移動(dòng)寬帶無法保障每個(gè)用戶分配到足夠的帶寬。同樣的道理可以想象一下高速公路行車,理論速率和實(shí)際速率因?yàn)檐嚵髁康年P(guān)系,相差很大。但光纖卻可以保障固網(wǎng)寬帶無限擴(kuò)容。因此,對(duì)于帶寬要求較高的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)來講,一定是固網(wǎng)和無線的融合,以有線為主,無線為輔。
3.2基于3G無線和有線的視頻解決方案
基于3G無線和有線的視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)解決方案如下:
圖三:基于3G無線和有線的視頻監(jiān)控系統(tǒng)
在原有有線視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上,通過引入3G網(wǎng)絡(luò),在前端無線上傳、3G無線傳輸鏈路以及用戶展現(xiàn)側(cè)進(jìn)行無線補(bǔ)充。
前端一些無法部署有線監(jiān)控點(diǎn)的地方,通過在多媒體編碼器上增加3G無線接入方式,實(shí)現(xiàn)多媒體信息的無線上傳,同時(shí)接受視頻監(jiān)控管理支撐平臺(tái)的管理。同樣,在一些公共交通工具上,可以通過部署無線編碼器,實(shí)現(xiàn)車載3G無線監(jiān)控。
用戶展現(xiàn)側(cè),在引入3G無線手機(jī)終端以前,視頻監(jiān)控的瀏覽、歷史回放等業(yè)務(wù)。更多的是通過在固定網(wǎng)絡(luò)上建立監(jiān)控中心,由專職值班人員在固網(wǎng)監(jiān)控中心,通過電視墻或者PC機(jī)客戶端實(shí)現(xiàn)的。引入3G無線視頻監(jiān)控解決方案,通過3G無線網(wǎng)絡(luò)和3G手機(jī)終端的支撐,用戶就可以實(shí)現(xiàn)在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間進(jìn)行視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的使用。
3.3視頻監(jiān)控管理支撐平臺(tái)
圖四:視頻監(jiān)控管理支撐平臺(tái)
在一個(gè)大型的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,視頻監(jiān)控管理平臺(tái)處于中心的地位,上圖是以一個(gè)省級(jí)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例,圖中上半部分是整個(gè)平臺(tái)的管理中心,一般部署在省會(huì)城市,便于集中管理和維護(hù),下半部分是媒體管理中心,一般部署在各個(gè)地市。這種組網(wǎng)部署的優(yōu)點(diǎn)是:
集中管理,維護(hù):眾所周知,一個(gè)大型的監(jiān)控系統(tǒng)牽涉到網(wǎng)絡(luò)側(cè)、設(shè)備側(cè)、外網(wǎng)接口系統(tǒng)等,整個(gè)的維護(hù)管理相當(dāng)復(fù)雜,需要由專業(yè)人士承擔(dān)維護(hù)任務(wù)。而整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)的網(wǎng)管數(shù)據(jù)屬于信令數(shù)據(jù),所需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬并不大。因此,通過很小的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,將維護(hù)管理集中在省會(huì),由專業(yè)人士進(jìn)行管理維護(hù),是一種明智的選擇。
媒體數(shù)據(jù)分布部署,模擬視頻經(jīng)過數(shù)字化壓縮以后,相比較普通的信令數(shù)據(jù),所需要的帶寬和存儲(chǔ)空間是很大的。比如一個(gè)相當(dāng)于DVD畫質(zhì)的視頻信息,所需要的帶寬大約為1.5Mbps,而對(duì)于一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的用戶來說,本地瀏覽的概率在90%以上。所以,將媒體管理平臺(tái)部署在地市,就可以省去90%以上的地市和省會(huì)城市之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬,而且,性能方面也會(huì)優(yōu)越。
從整個(gè)管理平臺(tái)的組成來看,主要包括集中管理服務(wù)器、業(yè)務(wù)支撐服務(wù)器、認(rèn)證管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器等。實(shí)現(xiàn)了用戶管理、設(shè)備管理、業(yè)務(wù)管理、視頻管理、計(jì)費(fèi)等支撐功能。
3.4移動(dòng)終端3G手機(jī)的視頻業(yè)務(wù)流程
3.4.1 視頻實(shí)時(shí)瀏覽
圖五:3G手機(jī)終端瀏覽流程
(1) 3G手機(jī)終端向業(yè)務(wù)門戶發(fā)送實(shí)時(shí)瀏覽請(qǐng)求;
(2) 媒體流協(xié)議適配,業(yè)務(wù)門戶解析3G手機(jī)終端的實(shí)時(shí)瀏覽請(qǐng)求,發(fā)送到集中平臺(tái);
(3) 集中平臺(tái)向?qū)?yīng)的媒體管理平臺(tái)請(qǐng)求視頻;
(4) 集中平臺(tái)決定媒體路由,回送給業(yè)務(wù)門戶;
(5) 業(yè)務(wù)門戶根據(jù)媒體路由,向媒體管理平臺(tái)發(fā)送媒體請(qǐng)求;
(6) 媒體管理平臺(tái)向集中管理平臺(tái)發(fā)送視頻流;
(7) 集中平臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)碼適配后,通過業(yè)務(wù)門戶發(fā)送視頻流到3G手機(jī)終端。
3.4.2 歷史錄像回放
圖五:3G手機(jī)終端歷史錄像回放流程
(1) 3G手機(jī)向集中監(jiān)控管理平臺(tái)發(fā)送錄像回放請(qǐng)求
(2) 集中監(jiān)控平臺(tái)解析后,將回放請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的媒體管理平臺(tái)
(3) 媒體管理平臺(tái)接收錄像回放請(qǐng)求后,檢索相應(yīng)的磁盤陣列,得到響應(yīng)后通知3G手機(jī)
(4) 媒體管理平臺(tái)接收錄像視頻流并進(jìn)行轉(zhuǎn)碼適配,發(fā)送給3G手機(jī)
(6) 當(dāng)集中管理平臺(tái)收到“停止”回放請(qǐng)求后,通知相應(yīng)的媒體管理平臺(tái)等
3.4.3 瀏覽過程中的攝像機(jī)控制
(1) 3G手機(jī)終端向集中管理平臺(tái)發(fā)送控制請(qǐng)求;
(2) 集中管理平臺(tái)解析3G手機(jī)終端的控制請(qǐng)求;
(3) 集中管理平臺(tái)向?qū)?yīng)的媒體管理平臺(tái)發(fā)出控制請(qǐng)求;
(4) 媒體管理平臺(tái)執(zhí)行控制命令;
(5) 媒體管理平臺(tái)向3G手機(jī)返回控制反饋結(jié)果。
4.3G移動(dòng)視頻定位和趨勢(shì)分析
4.1 3G視頻監(jiān)控和傳統(tǒng)視頻的比對(duì)
在普通用戶的印象中,視頻監(jiān)控仍然是一個(gè)應(yīng)用在相對(duì)專業(yè)場(chǎng)景的概念,從用戶的使用角度看,必須在一個(gè)固定的地方,用固定的終端才能夠?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)。使用的不夠便利和相對(duì)造價(jià)高的客戶端,是制約視頻監(jiān)控走向個(gè)人用戶的一個(gè)重要的因素。
可以看到,在融合了3G和固網(wǎng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,通過3G提供的無線寬帶、終端的實(shí)時(shí)信息處理能力的飛速增強(qiáng),就可以實(shí)現(xiàn)只要攝像機(jī)能夠拍到的地方,就可以通過移動(dòng)3G終端實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù),可以為用戶帶來任何時(shí)候(AnyTIme)、從任何地方(Anywhere)、對(duì)任何現(xiàn)場(chǎng)都能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控(Anysee)的體驗(yàn)。實(shí)際上目前已經(jīng)眾多的便利、靈活的3G無線實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用案例,如無線家庭防盜、汽車監(jiān)控等?;?G無線傳輸手段的移動(dòng)視頻監(jiān)控以其特有的靈活性已成為視頻監(jiān)控的一個(gè)新的發(fā)展方向。
3G移動(dòng)視頻監(jiān)控功能的優(yōu)勢(shì)非常明顯,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
網(wǎng)絡(luò)健全,覆蓋面廣。隨著幾個(gè)運(yùn)營商3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè),使用3G手機(jī)監(jiān)控,幾乎就可以不受區(qū)域限制。
使用方便,操作簡(jiǎn)單。只要會(huì)用3G手機(jī),就可以使用3G手機(jī)監(jiān)控。
即時(shí)有效。是實(shí)時(shí)監(jiān)看,同短信、彩信等即時(shí)通訊結(jié)合起來,更加方便、及時(shí)。
除了安防意義的移動(dòng)視頻監(jiān)控,它還有具有視頻信息的及時(shí)獲取功能,如交通信息的實(shí)時(shí)獲取醫(yī)院病人的探視、幼兒園小孩的探視、家庭監(jiān)看等。
4.2 3G視頻監(jiān)控趨勢(shì)分析
正如無線電話仍然不能完全替代固定電話一樣,目前的移動(dòng)視頻監(jiān)控,仍然是做為固網(wǎng)視頻監(jiān)控的補(bǔ)充,這是因?yàn)椋?/p>
由于頻段資源是固定的,造成無線帶寬資源不能夠像有線那樣,幾乎可以無限制的擴(kuò)容。
移動(dòng)終端設(shè)備的處理能力,仍然不能和專業(yè)的計(jì)算機(jī)相比。
技術(shù)的發(fā)展是永不停步的,市場(chǎng)的需求是產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展的原動(dòng)力,隨著移動(dòng)視頻監(jiān)控市場(chǎng)逐步走向個(gè)人用戶,3G視頻監(jiān)控將會(huì)在以下幾個(gè)方面,越來越完善。
視頻質(zhì)量和流暢度將越來越好,支撐的一個(gè)重要技術(shù)是低帶寬下的視頻編解碼技術(shù)。
監(jiān)控業(yè)務(wù)越來越豐富,隨著3G移動(dòng)終端處理能力的不斷提高,告警聯(lián)動(dòng)、多畫面等在專業(yè)客戶端上才能實(shí)現(xiàn)的功能,將會(huì)出現(xiàn)在3G移動(dòng)終端上。