5G的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)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(zé)任公司,甘肅 華亭 74400；.蘭州飛思網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)，相比于4G技術(shù)，5G并非獨立運行，但卻在功能延伸方面呈現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)屬于是5G通信的功能之一，能夠依靠5G網(wǎng)絡(luò)完成監(jiān)控任務(wù)，在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題所在，并制定相關(guān)解決策略，為整個監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運行創(chuàng)造有利條件。但從5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用角度來說，監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮出更大作用。

1 5G技術(shù)背景下智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展機遇

1.1 促使智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)邁入高清階段

在5G通訊網(wǎng)絡(luò)幫助下，監(jiān)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(shù)據(jù)處理速度變得更快。更為重要的是，隨著5G技術(shù)的完善以及大范圍應(yīng)用，智能視頻監(jiān)控終端高清畫面同樣能夠得到普及，甚至還會呈現(xiàn)出超高清效果，從智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展角度來說，良好的清晰度是其發(fā)展的本質(zhì)所在。

1.2 能夠?qū)崿F(xiàn)多維度視頻信息采集

在5G通信技術(shù)加持下，智能前端攝像機在應(yīng)用時，能夠捕捉到清晰的圖像內(nèi)容，對應(yīng)的數(shù)據(jù)維度也能得到拓寬。例如，針對視頻信息內(nèi)容采集過程設(shè)計，可實現(xiàn)對音頻、風(fēng)向等各種因素的完整采集，完成具體信息采集任務(wù)之后，數(shù)據(jù)內(nèi)容整合也能有序進行，其中還涉及到信息內(nèi)容的深度挖掘程序。在上述程序幫助下，單臺智能視頻監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集能力大幅提升，還能實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的深入分析。與此同時，各種物聯(lián)感知設(shè)備建設(shè)呈現(xiàn)出集約化特點，數(shù)據(jù)綜合效益可以更好展示出來，讓智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)工作效率達到新的高度。

1.3 實現(xiàn)無線傳輸

傳統(tǒng)智能視頻監(jiān)控設(shè)備在應(yīng)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(wǎng)絡(luò)的商用普及，能夠進一步提升各項內(nèi)容的傳輸速度，數(shù)據(jù)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(shù)幫助下，智能視頻監(jiān)控設(shè)備能夠做好智能數(shù)據(jù)處理工作。另外，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以固定形式為主，維修成本較高，極容易出現(xiàn)故障問題，這些在5G技術(shù)下的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中均能得到解決[1]。

2 目標(biāo)識別與跟蹤關(guān)鍵技術(shù)

以視覺為基礎(chǔ)的目標(biāo)識別與跟蹤，是多個學(xué)科交叉結(jié)合的結(jié)果，具體內(nèi)容包括計算機視覺、模式識別、圖像處理等，該內(nèi)容在虛擬現(xiàn)實、自主導(dǎo)航等領(lǐng)域中得到了深入應(yīng)用，其中最為重要的內(nèi)容當(dāng)屬目標(biāo)檢測分析和目標(biāo)跟蹤兩方面。

2.1 目標(biāo)檢測

在目標(biāo)檢測之中，主要任務(wù)就是對目標(biāo)對象進行深度識別，保證目標(biāo)與背景之間始終處于分離狀態(tài)，讓分離狀態(tài)下的目標(biāo)能夠成為后續(xù)跟蹤操作的基礎(chǔ)所在。因此，在新時代智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計之中，相關(guān)工作人員應(yīng)注重目標(biāo)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(tài)。需要注意的是，檢測目標(biāo)不同，相應(yīng)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(biāo)對象的檢測操作。后景建模中，出發(fā)點在于背景上，做好背景模型與時間模型的相互關(guān)聯(lián)操作，只有這樣，才能讓當(dāng)前畫面與背景模型放在一起進行對比，以此來獲取目標(biāo)對象。相比之下，基于背景建模的檢測方式應(yīng)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?；谇熬敖z測方式應(yīng)用，能夠在動態(tài)環(huán)境目標(biāo)檢測中發(fā)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(biāo)跟蹤

所謂目標(biāo)跟蹤，主要指當(dāng)目標(biāo)對象檢測完成后，會出現(xiàn)一些新的畫面和幀，此時，系統(tǒng)需要建立對應(yīng)目標(biāo)的位置、色彩等匹配特征。一般來說，目標(biāo)跟蹤操作的執(zhí)行，往往是根據(jù)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(yīng)用時，重點對背景與前景進行區(qū)分，了解具體畫面的目標(biāo)檢測內(nèi)容，以及對象所處的實際狀態(tài)。判別式跟蹤則是依靠學(xué)習(xí)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(tài)，相互之間存在密切聯(lián)系。反觀生成式跟蹤，主要是以目標(biāo)檢測為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對前景目標(biāo)建模操作，制定合理的跟蹤策略，預(yù)測后續(xù)畫面中目標(biāo)對象的實際狀態(tài)?？偟膩碚f，該過程中的檢測與跟蹤內(nèi)容處于相互獨立狀態(tài)，時間上二者同樣具備順序性特點。

生成式跟蹤方式在應(yīng)用時，能夠做到在復(fù)雜場景下獲取到更為精準的擬合結(jié)果，但在參數(shù)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(dǎo)致智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的畫面與目標(biāo)對象相似時，便會出現(xiàn)跟蹤偏移情況。反觀判別式跟蹤過程，能夠?qū)⑸墒礁欀械娜毕輳浹a，保證信息的有效識別，但受到訓(xùn)練樣本選取的影響，會降低算法的性能優(yōu)勢。

3 5G通信關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 增強型移動寬帶

高速率傳輸屬于是5G技術(shù)重要特征點所在，從已經(jīng)建設(shè)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(nèi)傳輸。相比于4G網(wǎng)絡(luò)中的LTE技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)存在更多的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，進而實現(xiàn)傳輸效率的大幅提升。常見技術(shù)類型如下。

第一，Massive MIMO。5G建設(shè)涉及到很多天線矩陣，主要目的是為了讓系統(tǒng)中的天線數(shù)量大幅增加，以此來提升系統(tǒng)容量。在該類技術(shù)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(qū)分簇與波束賦形技術(shù)相結(jié)合，讓信號集中于特定用戶群體內(nèi)，保證空口數(shù)據(jù)傳輸速率達到更好狀態(tài)。

第二，F(xiàn)B-OFDM。在LTE應(yīng)用時，往往會應(yīng)用到CP-OFDM技術(shù)，實現(xiàn)對多徑效應(yīng)的充分抑制，由于帶外泄露問題存在，導(dǎo)致頻譜效率受到影響，5G技術(shù)依靠FB-OFDM技術(shù)與濾波器組的結(jié)合應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個子載波的同時濾波操作，建立起相應(yīng)的區(qū)域數(shù)據(jù)信號。該技術(shù)的優(yōu)勢性特點十分明顯，能夠與LTE系統(tǒng)處于兼容狀態(tài)，且在不同場景下，可形成不同的波形函數(shù)，支持更多業(yè)務(wù)開展，獲取到更高的頻譜效率[2]。

第三，新型調(diào)制編碼。與傳統(tǒng)turbo編碼技術(shù)相比，在5G系統(tǒng)數(shù)據(jù)信道設(shè)計上，采用的是LDPC編碼形式，在控制信道建設(shè)時，會應(yīng)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(yè)務(wù)開展需求，延時率更低，數(shù)據(jù)傳輸過程也會變得更加可靠。

第四，上下行解耦。5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)定之中，其傳輸特性設(shè)計以C波段為主，針對終端上行發(fā)射功率設(shè)定了相應(yīng)限制，在共址設(shè)計上，依靠LTE系統(tǒng)1.8G基站。該類基站中，只有核心用戶才能獲取到5G技術(shù)服務(wù)內(nèi)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(guān)人員將LTE低頻空閑頻譜引入其中，以此來實現(xiàn)5G業(yè)務(wù)覆蓋范圍的拓寬。

3.2 邊緣計算

邊緣計算應(yīng)用，主要集中在通用服務(wù)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(tài)之下，業(yè)務(wù)面可以更好下沉，為本地化以及近距離業(yè)務(wù)部署創(chuàng)造有利條件。尤其是在視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)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(tǒng)也會將最終的處理結(jié)果快速反饋，保證對攝像頭的智能化控制?？偟膩碚f，邊緣計算的應(yīng)用效果十分明顯，在實時性、低延時網(wǎng)絡(luò)信息訪問過程中，具體內(nèi)容包含以下幾方面：第一，無線側(cè)內(nèi)容緩存。該過程主要是將邊緣計算服務(wù)器與業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接在一起，常見的業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)容有視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，并依靠基站完成業(yè)務(wù)內(nèi)容的迅速傳輸，為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分組解析創(chuàng)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(yè)務(wù)的全部內(nèi)容，之后進行分流操作，該過程并不需要核心網(wǎng)絡(luò)參與其中，避免訪問延時出現(xiàn)，創(chuàng)造更好的業(yè)務(wù)體驗。第三，業(yè)務(wù)優(yōu)化。邊緣計算服務(wù)器能夠利用無線側(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸，提升數(shù)據(jù)采集質(zhì)量參數(shù)，并做到對業(yè)務(wù)質(zhì)量的動態(tài)優(yōu)化，最終確定最佳的內(nèi)容分發(fā)機制、擁塞策略等內(nèi)容。

4 基于5G技術(shù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容

以5G技術(shù)為基礎(chǔ)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計過程中，需要從不同角度和方向著手，確保系統(tǒng)設(shè)計的完整性和創(chuàng)新性。

4.1 組網(wǎng)

首先，在通信運營商幫助下，5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)屬性用戶能夠獲得網(wǎng)絡(luò)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(guān)人員在登陸時，可利用終端無線傳輸模塊發(fā)起登陸請求，以此來提升網(wǎng)絡(luò)運行速度，優(yōu)化5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)性能。其次，當(dāng)接入點設(shè)計好之后，工作人員可通過分組無線業(yè)務(wù)節(jié)點發(fā)出查詢要求，當(dāng)運營商接收到請求后，會對無線業(yè)務(wù)支持節(jié)點進行重新分組。與此同時，在網(wǎng)絡(luò)隧道幫助下，前后無線終端會及時響應(yīng)，發(fā)揮出5G系統(tǒng)的智能視頻監(jiān)控優(yōu)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(tǒng)才能處于正常操作狀態(tài)。最后，無線終端在獲得網(wǎng)絡(luò)地址后，會根據(jù)用戶需求傳遞數(shù)據(jù)包，構(gòu)建專網(wǎng)服務(wù)通信模式，讓信息查詢、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮髂軌虻玫接行蜷_展。

4.2 安全措施

根據(jù)實際5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)分析，安全措施的制定不可或缺，主要涉及到的內(nèi)容如下：第一，確保通信端專線接入與通信運營商網(wǎng)絡(luò)處于相互連接狀態(tài)，此時，私有IP地址同樣能夠完成廣泛連接操作，在隧道技術(shù)幫助下，數(shù)據(jù)包傳輸安全性能夠得到相應(yīng)維護；第二，當(dāng)移動網(wǎng)絡(luò)進入到專業(yè)接入點之后，用戶會進行相關(guān)信息核實，得到正確核實結(jié)果后開展后續(xù)工作，避免5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)安全性受到影響；第三，無線終端設(shè)備需要與服務(wù)平臺建立相應(yīng)的連接關(guān)系，依靠終端加密模式，保證數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定性，降低泄露、被篡改等問題出現(xiàn)幾率；第四，設(shè)置防火墻，保證防火墻網(wǎng)絡(luò)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(shè)備

在5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)之中，視頻終端設(shè)備應(yīng)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(shù)字流模式。與此同時，還可以利用無線網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行傳輸任務(wù)，確定相應(yīng)的無線移動傳輸終端。不同視頻終端設(shè)備對應(yīng)著不同的信息傳輸模式，為了避免峰值速率、參數(shù)等不受任何影響，工作人員應(yīng)做好視頻信息傳輸質(zhì)量控制操作，以此來確保整個系統(tǒng)的安全應(yīng)用[3]。

4.4 核心網(wǎng)排查工作的開展

實際5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用時，其核心在于PS域核心網(wǎng)設(shè)備，這其中還涉及到一些其他設(shè)備和技術(shù)，如：路由器、SGSN等，在這些技術(shù)設(shè)備幫助下，5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行效果能夠處于穩(wěn)定狀態(tài)，更好地滿足使用者使用需求。除此之外，系統(tǒng)還能通過對多種跟蹤口令發(fā)送，檢查5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，了解各項業(yè)務(wù)內(nèi)容的開展情況，針對其不足之處進行合理調(diào)整，讓5G智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)性能始終處于最佳狀態(tài)，整個運行系統(tǒng)也會朝著更加完善的方向發(fā)展。需要注意的是，開展核心網(wǎng)排查任務(wù)時，工作人員應(yīng)重點查看路由器節(jié)點等內(nèi)容，看其是否存在故障現(xiàn)象，當(dāng)終端不能正常訪問時，相關(guān)人員同樣需要開展全面排查操作，維護監(jiān)控系統(tǒng)的使用性能。

5 結(jié)語

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，與計算機技術(shù)、跟蹤技術(shù)存在直接聯(lián)系。相比于之前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，基于5G的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在視頻信息處理能力上有著較大提升，系統(tǒng)運行功能也得到了優(yōu)化，應(yīng)用范圍越來越廣。以5G通信技術(shù)為基礎(chǔ)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可應(yīng)用環(huán)境更加豐富，如：個人、商場等，這也是該系統(tǒng)應(yīng)用價值所在。