1、基站视频监控解决方案-基于嵌入式技术的网络视频监控系统(丽水联通分公司刘松荣)【摘要】要实现基站视频监控，系统主要解决的难题是视频信号传输问题,系统的组网问题。基站视频监控与本地机房视频监控最大不同之处就是组网，其难度大、距离远。一般本地局房(大楼) 各监控点范围基本都在 500M 以内，而基站各监控点间的距离少则几公里，多则上百公里。因此基站视频监控不像本地机房可以采用直接组网的形式，基站监控组网必须跨越空间上的因素，显然利用传统技术是无法实现这一目的。【关键词】 视频监控 嵌入式系统 传输网络 CDMA1X目前市场上摄像头多为模拟信号，模拟信号必须通过同轴电缆进行传输，且对距离十分敏感。因
2、此必须对视频信号进行数字化、网络处理，视频信号数字化意味着数据量将更换小，网络化意味着传输距离更远。在摄像机前端完成了视频的数字化、压缩、打包等过程。即完成了视频流的数字化、网络化，利用 TCP/IP 网络进行视频传输，完成视频监控任务。由各地基站被盗猖獗，因此据我所知丽水移动、温州、台州联通等单位均在基站监控上有所投入，但由于每站投入动则数万的投入成本让其推广成本泡影。因此降低成本就必须从技术上革新，采用新技术。本文就以采用嵌入式技术的网络视频监控系统在丽水联通实际运用的经验来谈谈基站视频监控的低成本解决方案。一、 为何视频需网络化、数字化1各种视频监控系统的比较 视频监控系统目前主要有模拟
3、闭路电视监控系统，插视频采集卡的监控系统和基于嵌入式技术的网络数字监控系统等发展过程。1.2. 模拟闭路电视监控系统 本地图像监控系统主要由摄像机、画面分割器、监视器、录像机等组成，利用模拟视频将来自摄像机的视频连接到监视器上，利用视频矩阵主机(多画面分割器)进行切换和控制，录像采用使用磁带的长时间录像机；图象传输采用同轴电缆进行视频的传输。1.3. 插视频采集卡的监控系统 插视频采集卡图像监控系统是在本地模拟信号图像系统上改进而成，同样需要使用同轴电缆进行视频传输。只是由 PC 机插视频卡代替了多画面分割器，PC 机代替了磁带录像机，视频存储及监测现了数字化。系统引入了计算机处理技术，在监控
4、现场，有若干个摄像机，各种检测、报警探头与数据设备，通过各自的同轴电缆传输线路，汇接到监控终端机上，该终端可以是一台 PC 机，也可以是专用的工业机箱(工控机)。1.4.基于嵌入式技术的网络数字监控系统较插视频采集卡图像监控系统，基于嵌入技术的监控系统不需处理模拟视频信号的PC，而是把摄像机输出的模拟视频信号通过嵌入式视频编码器(已集成在摄像头中)直接转换成 IP 数字信号。嵌入式视频编码器具备视频编码处理、网络通信、自动控制等强大功能，直接支持网络视频传输和网络管理，使得监控范围达到前所未有的广度。布线简单，视频前端可通过网络接口 RJ45 使用计算机网线直接互联。嵌入式技术的网络摄像头如图
5、：2视频信号网络化、数字化后的优点三种视频监控系统符合使用在不同的场合，首先传统的模拟闭路电视监控系统有很多局限性，有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感；其次，模拟闭路电视监控系统无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且使得布线工程量极大; 另外，模拟闭路电视监控信号数据的存储会耗费大量的存储介质（如录像带），查询取证时十分烦琐。目前仅作小超市、楼宇等监控点相对少，无须组网的场合应用。插视频采集卡的监控系统采用 PC 机作为视频的采集、压缩、存储。大量模拟信号摄像头数据流汇集至 PC 机上，视频采集卡采集作为视频编解码器所能接入的摄像头有限，一般最多接纳数为 9-16 路。监控点增加后必须相
6、应增加 PC 机及视频采集卡。以上两种监控方式的布线类型均为点对点式即每个摄像头均需要一根同轴电缆、电源线、云台控制线与监控器相连。系统结构类似于一个星形的放射状网络，无法实现远程联网。广泛使用于小区监控。而取用嵌入式系统的网络摄像头由于，数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性(系统如树状结构)；其次，数字视频可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线；另外，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。 基于嵌入式设备的监控系统的优点是：每个摄像头相当于一
7、个小 PC，可独立完成视频的压缩、打包等及系统的智能管理工作。在任何一台联网的计算机上便可实现图像的浏览，存储及管理。目前广泛应用于城市道路交通监控。采用 CCD 摄像头与视频服务器分离式的嵌入式系统摄像机二、 嵌入式系统的作用摄像头前端处理采用嵌入式系统智能化处理。智能化计算机处理系统已或设备已从大型计算机或通用 PC 控制系统逐渐向微型化，专业化的嵌入式单片控制系统。嵌入式系统，一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不称为计算机的设备或器材，它是以应用为中心，软硬件可裁减的，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于
8、 PC 中 BIOS 的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的应用。由于其代码小、速度快、可靠性高、价格便宜(代码开放免费)因此广泛应用于各个专业领域。随着计算机技术及网络技术的迅猛发展，视频监控掀起一股强大的数字化、网络化浪潮，对于公安、安防行业的发展，必须经历模拟数字混合的阶段，但是最终的趋势必然是全面数字化，即视频在前端进行数字化、网络化，采用嵌入式网络摄像机，利用网络进行传输，采用分布式存储系统，模块化结构，完成视频监控任务。采用嵌入式网络摄像机，在前端即完成了视频流的网络化，完成了视频的数字化、压缩、打包等过程，由于采用计算机处理系统因此
9、可根据带宽情况调节视频的传输帧数。因此采用嵌入式系统的视频系统具有更小的视视频流，占用的带宽要求更低。三、 视频传输方案基站视频监控主要难点就是解决的是视频信号传输问题。采用嵌入式技术的网络视频监控系统，把摄像机输出的模拟视频信号通过嵌入式视频编码器，利用目前流行的图像压缩技术 MPEG-4，直接转换成 IP 数字信号可成功解决基站视频的传输方式。以下对 MPEG-4 作一个简单的介绍。目前主要采用的图像压缩技术主要有，MPEG MPEG-1 及 H263 技术(MPEG 图片即电脑常用的 JPG 格式的图片) 。新一代的基于对象的编码标准 MPEG-4 和传统的MPEG、MPEG-1 和 H
10、.263 相比较，它在交互性、抗误码性和高效压缩上都具有巨大的优势。在交互性方面，MPEG-4 采用的是基于对象的编码，便于操作和控制对象；在抗误码性方面，MPEG-4 提供了强壮性和可扩展性，并且对其误码恢复技术（包括再同步，数据恢复和错误隐藏）都进行了优化；在高效压缩方面，由于采用了基于对象的编码方式，使得在编码过程中能够考虑到人对图像信息的主观感受以及人眼的视觉神经特性。这就可以给人们感兴趣的对象分配较多的码率，而一些诸如背景等人们感觉迟缓的对象分配较少的码率，从而大大提高压缩率。表 1 把 MPEG-4 的表现同 MJPEG 和 MPEG-1 做了比较。采用 MPEG-4 压缩技术在窄
11、带及以局域网络的表现情况：由于人眼在每秒 24 帧即感觉视频流畅，因此从以上图表数据可以看出，理论上采用MPEG-4 满足带宽 256K bits 即可流畅查看视视频监控。实际应用防盗应用要求中，实时图像满足 5 帧/S(数据量为 1.7K*5=6.5K)即可满足监控要求。因此从上述数据可以推出，只有速度大于 56K bit s 的任何网络均可作为图像传输之用。网络摄像头可直接联接电脑进行监控也可以通过局域网进行联接甚至可以通过 Internet 上网 查看。图像提供两种查看方式。一种为使用 专用软件查看。另一种可以使用浏览器查看和控制云台。组网方便。成本低廉。无须传统图像监控设备的画面分割器
12、、视频采集卡、视频采集线、云台控制线等。仅须一根双绞线，数据量大小：可通过设置来调节图像帧数。（可随带宽加大图像随着流畅）以下是目前结合丽水联通实际情况所作的网络传输方案： 1有线组网方式组网方式 1：利用基站现有传输资源，直接通过 PDH 或 SDH，分配一个 2M 线路。利用光纤资源，通过基站和中心局各加装一个(E1 转以太网)协议转换器，实现 E1 信号与以太网信号的转换通过 2M 透明传输建立一个以太网，通过对基站嵌入式网络摄像头分配一个 IP，从而实现局端与基站的通信。优点：带宽够大(可提供 2048K bit s),图像流畅，可同时对基站室内外实施多点监控。缺点：占用传输网络资源。
13、目前应用：各高速公路的测速拍照、交流情况监控。即通过高速公司铺设的光纤来组网。目前丽水联通按此组网方法在青田温溪 1 站点建立了一个试验点，实现对温溪 1 室内外(共安装 2 个摄像头) 的监控。组网方式 2：利用现有设备自身提供的传输通道，实现视频数据的传输。如利用基站 BTS，后插时隙的方式从 BTS 设备获取传输资源。利用 BTS 占用的传输资源，然后通过 BTS 网管将占用的时隙抽出，通过在基站和中心局加装一个(E1 转以太网) 协议转换器，实现 E1 信号与以太网信号的转换通过 2M 透明传输建立一个以太网，通过对基站嵌入式网络摄像头分配一个 IP，从而实现局端与基站的通信。优点：不
14、占用现有传输网络资源，利用不可利用资源提供传输带宽(可提供 64K-1024K bit s)，图像传输流畅，可同时对基站室内外实施多点监控。如：丽水对滴水岩站点即采用此方法，在华为(GSM900)BTS 上采用级联的方式，在网管抽出时隙建立图像通道。效果如图：组网方式 3：利用动力监控组网时多余的时隙资源实现时隙复用。动力监控采用链式的组网方式，一条链有 31 个可用时隙。大多数监控链路，基本只占用 10 几个时隙多的也就 20 几个时隙。我们甚至可通过网络优化调整，将长链改成短链，以此来增加可用时隙数。利用时隙复用设备( 合路器等)通过基站和中心局加装一个协议转换器，实现 E1 信号与以太网
15、信号的转换建立一个以太网。并可通过调节协议转换器占用的时隙数量来实现带宽的调整，时隙资源多的带宽可适当大点，时隙资源小的带宽相应小点。优点：不占用传输网络资源。缺点：带宽受资源影响较大(可提供 64-1024 K bit s 视所点时隙多少决定 )，基本满足视频监控要求。组织网方式 4：利用联通目前提供的数据业务实现基站视频数据传输。目前联通大力发展互联网业务，已有众多小区乡镇可以使用联通互联网业务。通过视频监控服务器提供的 RJ45 接口直接接入基站的交换机或 VDSL 或 ADSL 设备设备中实现与互联网的联网。优点：不占用传输网络资源，无须增加协议转换器，此种组网方式是各种组网方式中最理
16、想的组网方式成本最为合算( 可提供 512-1024000K bit S)。缺点：目前联通有数据业务的站点不多。在城市网格建设中城市电子眼，即通过电信或网通提供的 XDSL 线路通过互联网来实现系统的组网。2无线组网方式组网方式 5：利用 CDMA 无线网络视频监控系统。是一套高效率的、性价比极高的网络多媒体视频监控系统。它把摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩，通过智能无线通讯终端发射到 CDMA 网络，实现视频数据的交互、发送/ 接收、加解密、加解码，链路的控制维护等功能。根据应用，把实时动态图像传到距离用户最近的联通通信网络。可以通过Internet 从系统中控端得到实时图像信息。 该系统
17、整合了 CDMA 网络和 Internet 网络的优势，无论您身在何处、任何时间，都可以迅速接入系统，随时随地的进行远程监控管理。优点：CDMA 无线网络视频监控系统具有独特的移动性，易操作性，组网方便。可以在很多行业里应用。 如：1、车载视频监控系统适用于公安警车、金融运钞车、消防车、货运车、长途客车、城管监察车、其他应急抢险车等; 2、有线网络无法到达的地方：如电力高压线线路、高速公路、公安侦查临时布防、环境监测、部队野战训练、森林防火、路灯、石油开采、石油输油管线、物流、运输船、长途车、火车、车库、防洪抢险等;可提供 56-153.4K bit s 的速度，满足监控系统要求，随着 3G
18、的到来速度、移动都将成为 CDMA 视频监控的优点。 缺点：设备价格昂贵，每套设备须 3800 元左右。CDMA 无线网络视频监控系统是一套完善的、高效率的、性价比极高的网络多媒体视频监控系统。 整合了 CDMA 数据通讯功能和数字视频编码功能为一体化的便捷式的产品。它把摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩，通过智能无线通讯终端发射到 CDMA 网络，实现视频数据的交互、发送/接收、加解密、加解码，链路的控制维护等功能。根据应用，把实时动态图像传到距离用户最近的联通通信网络。可以通过 Internet 从系统中控端得到实时图像信息。 该系统整合了 CDMA 网络和 Internet 网络的优势，
19、无论您身在何处、任何时间，都可以迅速接入系统，随时随地的进行远程监控管理。系统主要由前端视频采集模块、无线传输模块、监控中心组成。前端的视频采集模块实现的功能是从普通的视频摄像头中捕捉瞬时的视频信号，然后压缩。视频采集压缩后就可以将压缩好的视频图像文件传送到中心：传送的方式是通过联通的 CDMA 网络，支持动态 IP。监控中心通过迅通集中监控管理软件，通过 INTERNET 即可将监控图像连接。CDMA 视频监控器实物四、 组网(网管)5 种组网方式可单独组网也可混合组网，因为采用基于嵌入式技术的网络视频监控系统，通过各种组网方式最终将各监控设备集于基于 IP 通信的以太网中。通过互联网跨越空
20、间上的因素。系统提供移动侦测告警(录像) ，报警触发，电平输入输出报警，支持连动报警，最大限度的减少数据存储。目前丽水联通的实际运用中，通过设定双 IP 的形式，由公网 IP(或域名)接收来自于通过互联网方式传来的数据(如：通过组网方式 4 和组网方式 5)。利用内网 IP 来接收通过组网方式 1、2、3 的内网数据。从而实现基站视频的远程监控，甚至可通过此服务器实现系统的多级网管。例如建立省级网管。通过网管方便实现对基站视频的集中监控。五、 结束语与采用传统技术的其它高成本视频监控方案，以目前丽水移动的方案来说，由于其采用模拟摄像头+ 视频编解码器+网桥等。故其成本相对高，安装工艺要求也相对繁锁，布线量大。并只能通过单独开 2M 的形式完成视频监控，无法在低带宽的情况下完成视频流的传输。嵌入式数字监控系统采用嵌入式实时多任务操作系统，视频压缩和 Web 功能集中到一个体积很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，所以无需专人管理，适合于无人值守的环境。此外由于设备采用模块化设计，采用 IP 通信所以不同厂家设备可实现互连。因此基于嵌入式技术的网络视频监控系统是解决基站视频监控传输的基础。参考文献：MPEG-4 标准-北京交通大学信息所 李心益 裘正定嵌入式技术-清华同方视讯公司 袁野刘松荣 133570793862006-11-20
