基于4G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的探索

林基鋒

摘要：傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過銅纜、光纜傳輸視頻信號，會受到多種因素的制約，建設(shè)和維護(hù)方面都需要較大的投入；而3G網(wǎng)絡(luò)上傳速率未能達(dá)到高清視頻信號傳輸?shù)膸捯?，網(wǎng)絡(luò)寬帶成為無線視頻傳輸系統(tǒng)建設(shè)的瓶頸。因此，對4G網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用就顯得十分重要。隨著4G技術(shù)的普及，因其具有上行帶寬大、時延小的特點，使得通過無線傳輸突破高清視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)瓶頸成為了可能，促進(jìn)了無線視頻傳輸系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：4G；網(wǎng)絡(luò)；視頻；監(jiān)控

中圖分類號：TN929.5；TP277.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）08－0132－02

隨著計算機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也有所突破，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足人們的要求，早期的模擬設(shè)備已經(jīng)被數(shù)字視頻監(jiān)控所取代，視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入了高清數(shù)字時代。隨著移動通信技術(shù)的演化，第四代移動通信技術(shù)（4G）已逐漸成熟，我國正處于第三代移動通信技術(shù)（3G）向4G過渡的時期。因4G網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬、低時延的特點，使高清無線視頻監(jiān)控的實現(xiàn)成為了可能。目前，全國在推進(jìn)廣電網(wǎng)、電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的三網(wǎng)融合，利用新型的4G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是發(fā)展的必然趨勢，各運(yùn)營商正在加大力度進(jìn)行4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，建成后的4G網(wǎng)絡(luò)在傳輸?shù)姆€(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率方面都具有很大的優(yōu)勢。此外，由于移動終端便于攜帶和部署，利用4G網(wǎng)絡(luò)承載的高質(zhì)量信號傳輸，可以在視頻監(jiān)控和應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)等應(yīng)用的基礎(chǔ)上加載更多的功能，減少系統(tǒng)架設(shè)所需的線路資源，不僅節(jié)省了大量的人力，還有效縮減了后續(xù)的維護(hù)費(fèi)用。該系統(tǒng)同時融合了無線通訊（4G）、身份認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)安全隔離網(wǎng)閘等多種移動通訊、信息處理和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的前沿技術(shù)。

14G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于移動4G網(wǎng)絡(luò)，主要由視頻采集壓縮模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和中心監(jiān)控調(diào)度管理平臺三部分組成，配合4G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋使用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔明了、擴(kuò)展性好，能適應(yīng)多變的監(jiān)控和其他業(yè)務(wù)的要求。

1.1前端視頻采集模塊

前端監(jiān)控點整體采用高清攝像頭，以獲得更多的視頻信息，實現(xiàn)1280×720，1920×1080，1600×1200甚至更高的視頻圖像分辨率，支持1080p，1080i，720p高清全實時視頻圖像輸出，采用無擁塞、無延時、無失真的HD-SDI串行數(shù)字接口。前端的視頻采集模塊從攝像機(jī)中采集瞬時的視頻信號，并將信號根據(jù)用戶設(shè)置的不同壓縮比進(jìn)行壓縮，以達(dá)到無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蟆?/p>

1.2無線傳輸模塊

視頻采集壓縮后就可以將壓縮好的視頻圖像文件實時傳輸?shù)街行姆?wù)器進(jìn)行處理，傳送通過前端設(shè)備中內(nèi)置的4G通信模塊完成。系統(tǒng)與4G基站建立通信連接，嵌入式地實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議、POP3/SMTP 協(xié)議，同時支持動態(tài)IP，并通過

VPDN的方式進(jìn)行二次撥號，建立專網(wǎng)安全通信，防止信息泄露。無線傳輸模塊將高清視頻、報警和低速數(shù)據(jù)等遠(yuǎn)端信號上傳至所屬監(jiān)控中心局端的接收設(shè)備，滿足用戶對視頻及操控實時性的嚴(yán)格要求。

1.3監(jiān)控中心

監(jiān)控中心根據(jù)遠(yuǎn)端設(shè)備數(shù)量設(shè)置一臺或多臺與VPND處于同一內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)器，為確保電路穩(wěn)定性，一般使用CN2電路接入。在服務(wù)器上部署視頻綜合管理平臺，與各個視頻監(jiān)控遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行連接，對于始終在線模式的終端，可以按照需要查詢當(dāng)前的圖像情況，也可以自動不停地記錄監(jiān)控點的圖像變化，同時對移動客戶端的接入、調(diào)取視頻信息的請求進(jìn)行授權(quán)和處理。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

24G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能

2.1全實時視頻監(jiān)控

通過4G網(wǎng)絡(luò)，用戶使用電腦客戶端、手機(jī)客戶端和電視墻等多種終端，可以隨時直觀地觀察被監(jiān)控現(xiàn)場的圖像信息，以便發(fā)生情況時，在最短的時間內(nèi)作反應(yīng)。如果有需要，還可以將某一圖像放大至全屏幕，以便更細(xì)致地觀察。

Design and Realization of Television Transmitter Monitoring System

Du Jianlei, Liu Zhao, Wei Yafeng, Shi Shuangbin

Abstract: TV transmitter is the core equipment of radio and television systems. Management of the TV transmitter remote monitoring system is to achieve the best way to broadcast television media without fault operation. TV transmitter on the design and implementation of monitoring system in-depth analysis, aimed at improving the capacity of the safety of radio and television broadcast, and continue to improve the efficiency of broadcast TV.

Key words: television transmitters; monitoring system; design; broadcast

2.2資源集中管理

所有的遠(yuǎn)端設(shè)備傳來的圖像全部能直接進(jìn)入數(shù)字硬盤錄像機(jī)進(jìn)行錄制，錄像資料隨時可以進(jìn)行回放。對視頻、云臺、報警和串口等資源集中管理、統(tǒng)一配置, 便于方便、科學(xué)的管理。不用針對多個設(shè)備進(jìn)行多次、單獨、重復(fù)操作，節(jié)約系統(tǒng)管理的人力、物力、財力。

2.3多級用戶管理權(quán)限

用戶名密碼機(jī)制保障了系統(tǒng)使用的安全性。管理員提供了用戶賬號的開戶、修改、刪除和密碼修改等維護(hù)操作；對于每個用戶，管理員可以分配其操作權(quán)限，包括瀏覽、控制和管理等。

2.4網(wǎng)絡(luò)錄像管理

系統(tǒng)不僅能夠自動錄像和清除以往錄像, 還能夠提供錄像異地查詢和下載等功能。系統(tǒng)的錄像啟動方式有以下幾種：①客戶端本地錄像?？蛻粼谑褂帽O(jiān)視器軟件時，可以隨時啟動/關(guān)閉“本地錄像”功能，錄像文件保存在當(dāng)前的電腦中。②客戶端網(wǎng)絡(luò)錄像?？蛻粼谑褂帽O(jiān)視器軟件時，可以啟動“網(wǎng)絡(luò)錄像”功能進(jìn)行錄像, 錄像文件保存在預(yù)先設(shè)定的、指定網(wǎng)絡(luò)路徑的電腦中。③按時間計劃錄像。管理員可以配置“錄像計劃”進(jìn)行有目的的錄像?！颁浵裼媱潯痹O(shè)定錄像類型、錄像啟動時間、錄像停止時間、每個錄像文件的持續(xù)時間段和錄像保存周期等。④聯(lián)動觸發(fā)錄像。管理員可以配置聯(lián)動錄像，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些預(yù)期的事件后（比如環(huán)面移動檢測、紅外報警輸入發(fā)生、某個客戶登陸等），將觸發(fā)錄像啟動。

2.5智能管理功能

智能管理功能主要體現(xiàn)在聯(lián)動功能上，系統(tǒng)定義了26種事件、15種可執(zhí)行的操作。管理員可以任意綁定“事件”和“操作”之間的關(guān)系，建立“聯(lián)動”。只要有任何一種事件發(fā)生，系統(tǒng)都會按照預(yù)先設(shè)定的聯(lián)動完成相應(yīng)的“操作”，不需要再人為干預(yù)，提高了系統(tǒng)的智能化、節(jié)約了管理成本。比如“ 畫面移動”事件可以聯(lián)動“錄像開始”“打開聲光設(shè)備”和“發(fā)送文字提示信息”等操作。完全模擬監(jiān)控點實地分布圖，顯示簡潔直觀，操作便利，方便人員操作和管理。

3系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的工作原理主要有以下幾點：①通過本地IP地址，預(yù)先設(shè)定代理程序的網(wǎng)絡(luò)位置；②借助4G無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能——自動撥號，獲得IP地址，并使用VPDN進(jìn)行二次撥號，建立加密的數(shù)據(jù)傳輸通道；③通過VPDN撥號獲得內(nèi)網(wǎng)IP地址，通過無線網(wǎng)絡(luò)和代理程序建立連接，開始傳輸數(shù)據(jù)；④用戶通過“監(jiān)視器”軟件，登陸代理程序，可以觀看到遠(yuǎn)端傳輸過來的圖像；⑤用戶通過“監(jiān)視器”軟件，登陸代理程序， 可以雙向交互、控制云臺等；⑥單個Agent代理程序可以支持幾十到上百個視頻服務(wù)器接入，接入視頻服務(wù)器、無線網(wǎng)絡(luò)、代理程序，三者結(jié)合為一體相當(dāng)于一個具有若干視頻的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器站點。

44G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢

4.1覆蓋面廣

手機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率極高，幾乎不受山川、河流、橋梁道路等復(fù)雜地形和區(qū)域的限制。

4.2部署方便

監(jiān)控點接入固網(wǎng)不方便、費(fèi)用高、突發(fā)性強(qiáng)，而使用無線4G 網(wǎng)絡(luò)無需網(wǎng)絡(luò)布線和架設(shè)天線。無線監(jiān)控系統(tǒng)幾乎可以部署在室外的任何地方，包括水體、崎嶇地帶和偏遠(yuǎn)地方。前端編碼器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或手機(jī)采取無線接入的方式，只需要在移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋下，就能方便、簡易地搭建起監(jiān)控點。

4.3高數(shù)據(jù)吞吐量

考慮到未來的WIFI和4G技術(shù)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬可高達(dá)6～200 Mbps。

4.4高可靠性

要充分利用網(wǎng)絡(luò)隧道、128位加密算法、防火墻/VPN、加密鎖、權(quán)限管理、安全認(rèn)證和實時時鐘等技術(shù), 保證監(jiān)控系統(tǒng)和錄像資料不被越權(quán)使用和破壞。高端無線傳輸系統(tǒng)的可靠性高達(dá)99.999%的載波級，可以實現(xiàn)無中斷的安全傳輸。

4.5成本低廉

線路租用成本低，運(yùn)營商對4G業(yè)務(wù)給予積極的政策支持，對每線包月費(fèi)用進(jìn)行優(yōu)惠，免除了遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)布線所造成的高昂費(fèi)用。

4.6監(jiān)控方便

該系統(tǒng)方便使用、操作簡單、便于管理，既可以安裝客戶端軟件，也可以直接通過WEB方式進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，圖形化界面?？呻S時隨地采用手機(jī)進(jìn)行無線視頻監(jiān)控，不局限于預(yù)先安裝好監(jiān)控客戶端的某臺電腦。

4.7業(yè)務(wù)多樣

無線視頻監(jiān)控不僅可以涵蓋所有固網(wǎng)監(jiān)控業(yè)務(wù)，還可以開展各種移動業(yè)務(wù)，比如移動執(zhí)法監(jiān)控、移動采訪等業(yè)務(wù)。

4.8擴(kuò)展性好

系統(tǒng)具備無限的擴(kuò)展性，采用標(biāo)準(zhǔn)的組網(wǎng)方式，支持IP單播、組播功能，可以組成點對點的監(jiān)控系統(tǒng)，也可以組成一個中心對各站點的系統(tǒng)；在網(wǎng)絡(luò)上可以設(shè)置多個分控圖像工作站，滿足多個用戶的需要，組成多級監(jiān)控系統(tǒng)；嵌入式的產(chǎn)品設(shè)計，每個視頻服務(wù)器都是一個獨立工作的站點，增加/減少一個站點非常方便。

5結(jié)束語

綜上所述，4G視頻監(jiān)控將移動通信、安全防范和互聯(lián)網(wǎng)融為一體，把系統(tǒng)集成技術(shù)轉(zhuǎn)化成潛伏的產(chǎn)品應(yīng)用，通過手機(jī)或電腦能實現(xiàn)查看遠(yuǎn)程實時動態(tài)畫面的功能，為企業(yè)和家庭提供了更簡樸、更便利、更及時的監(jiān)控解決方案。隨著4G網(wǎng)絡(luò)的成熟和覆蓋，4G無線視頻監(jiān)控以其無可比擬的優(yōu)勢，已經(jīng)開始膨脹式發(fā)展，甚至將顛覆傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的工作方式。

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〔編輯：李玨〕

Explore the Remote Monitoring System Based on 4G Network

Lin Jifeng

Abstract: The traditional video surveillance system via copper cable, fiber optic cable to transmit video signals, will be constrained by many factors, the construction and maintenance require a large investment; while the upload speed 3G network failed to meet the bandwidth requirements of high-definition video signal transmission , network broadband wireless video transmission system construction becomes the bottleneck. Therefore, the 4G network video surveillance system application is very important. With the popularity of 4G technology, because of its large upstream bandwidth, low latency characteristics, making breakthroughs in high-definition video surveillance network via wireless transmission bottlenecks as possible, to promote the further development of wireless video transmission system.

Key words: 4G; networks; video; monitoring