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无线传输技术:打造视频监控新模式

无线传输技术: 无线传输技术:打造视频监控新模式
技术】 视频监控接入方式由有线转入无线是一种必然趋势。 随着无线技 【IT168 技术】 术的日益发展,无线传输技术应用越来越被各行各业所 接受。无线监控作为一 个特殊使用方式也逐渐被广大用户看好。其安装方便、灵活性强、性价比高等特 性使得更多行业的监控系统采用无线监控方式,建立被监控点 和监控中心之间 的连接。无线监控技术已经在现代化小区、交通、运输、水利、航运、治安、消 防等领域得到了广泛的应用。 视频图像传输无线化打破了传统同轴电缆和光纤图像监视受制于硬件连接 的不利局面,具有更强的灵活性和方便性,基于无线网络的视频监视系统应运而 生。 无线视频传输技术的发展已对无线移动网络的架构和协议产生了深远的影响, 但由于无线信道带宽资源有限,干扰因素多,而视频信号数据量大,实时性要求 高等问题。 无线传输三大优点 1、综合成本低,只需一次性投资,无须挖沟埋管,特别适合室外距离较远 及已装修好的场合;在许 多情况下, 用户往往由于受到地理环境和工作内容的限 制,例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境,对有线网络、有线传输的布线工 程带来极大的不便,采用有线 的施工周期将很长,甚至根本无法实现。这时, 采用无线监控可以摆脱线缆的束缚,有安装周期短、维护方便、扩容能力强,迅 速收回成本的优点。 2、维护费用低,无线监控维护由网络提供商维护,前端设备是即插即用、 免维护系统。 3、无线监控系统是监控和无线传输技术的结合,它可以将不同地点的现场 信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心. 在无线监控系统中, 无线监控 中心需要实时得到被监控点的视频信息,并且该视频信息必须是连续、清晰的。 在无线监控点,通常使用摄像头对现场情况进行实时采 集,摄像头通过视频无 线传输设备相连,并通过由无线电波将数据信号发送到监控中心。

无线视频监控传输技术 无线视频监控传输技术 可靠信道上信号传输研究的目的是充分利用信道的带宽资源;而对于不可 靠信道,传输中研究的重点则是充分利用带宽资源来实现可靠传输,即容错传输 技术。这 里讨论在无线信道上的视频传输机制,其主要的研究点是容错传输控 制。 容错传输控制技术根据其控制方式的不同可以分为三大类: 即前向错误控制、 基于反馈的 ARQ 和信源信道联合编码。前向错误控制(Forward Error Control,

FEC)包括信道纠错编码技术、交织打包技术和优化的包调度机制 等。基于反馈 的 ARQ 技术包括利用多帧参考机制的参考帧选择(Reference Picture Selection, RPS)机制、混合 ARQ(Hybrid,HARQ)机制和基于 ARQ 的反馈错误跟踪技术。由于 基于 ARQ 的容错传输控制技术具有优 良的性能,所以在此重点介绍 ARQ 相关的 传输控制技术,并讨论现有视频容错传输机制存在的不足。 前向错误控制采用前向纠错编码的方式来 克服信道错误。在信道出错概率 波动比较剧烈的情况下(如现有的移动信道),为了获得一定的传输质量,前向纠 错编码必须根据当前估计的最差情况来增加冗余校 验比特,这会导致带宽资源 的浪费。 对带宽资源本来就有限的无线信道而言, 显然是不能满足要求的。 为此, 考虑把 ARQ 技术和前向错误控制结合起来,称为 HARQ 技术。HARQ 分为两类:I 类 HARQ 中,发送端的前向编码要具有一定的纠错能力,当接收端发现错误后, 首先利用前向纠错编码来纠正错误。如果错 误被纠正,则向发送端传送一个当 前包接收成功的反馈信息(ACK),反之则发送接收失败消息(NACK)。发送端如果 收到 ACK,则继续发送下一个数据 包,否则,则重发出错的数据包。由此可见 I 类 ARQ 需要较强的前向纠错编码, 在错误率较低的应用场合会导致带宽资源的浪 费,但在错误率高的环境下能够获得 比其他类型 ARQ 机制更好的吞吐效率。Ⅱ 类 ARQ 中只要求前向纠错编码具有检错能力即可, 根据关于信道编码纠错能力的 理论可知,这可以起到节约带宽的作 用。当接收端发现错误后,发送重传请求; 发送端只传送出错数据对应的具有纠错能力的校验码。当接收端收到后,如果仍 然不能纠正错误,则继续发送重传请求, 发送端可以选择重传整体出错数据和 校验码,也可以选择发送更强纠错能力的校验码,具体因控制策略不同可有所调 整。鉴于无线信道错误率高,具有反馈信道的无 线传输通常采用 HARQ-I。图 2 图中虚线框代表了传输中错误控制的 显示了采用 HARQ-I 的无线视频传 输系统, 流程。根据 HARQ-I 的设计原理,接收端发现错误后,首先进行前向错误纠正(图 中第一层错误屏障),如果不能 纠正且当前系统满足时延限制,则发送 ACK 请求 来让发送端重传出错部分的数据(第二层错误屏障)。 这样的重传可以重复到接收 端收到正确的数据或者重传延迟 超出系统时延限制为止。如果重传结束后仍然 不能得到正确的数据包,在接收端就会用错误隐藏技术来进行错误恢复(第三层 错误屏障)。可以看出,这种机制的基 本思想是出错后尽量使用 ARQ 技术来恢复 错误, 所以这里将其命名为“尽力而为”ARQ 机制(Best Effort ARQ, BEA, RQ)。 由于视频信号具有较强的时空相关性,而且编码端并不能完全去除这种相 关性,使得解码端能够利用这些残留的相关来恢复一定质量的视频。恢复的质量 还和被恢 复部分的纹理以及运动密切相关,一般而言,对纹理比较平缓和运动 比较单一的部分,恢复效果要好于其他情况。在这种情况下,如果利用 BEARQ 来重传这部分 视频,显然会造成带宽上的浪费。 为了克服这种带宽上的浪费,在实际应用中,由于信道的错误率和重传次数 有密切的关系,而每次重传都要耗 费一定带宽,所以成功传输一个数据包需要 的带宽和信道错误率相关。考虑到这个因素,利用带宽一失真代价函数的概念, 其核心思想是:在一定的丢包率、信道带 宽和传输延迟限制条件下,终端视频 的接收质量和传输中所用的带宽不仅和视频信源的率失真性能相关, 而且还和信 道的错误率(丢包率)以及终端错误恢复技术相 关。将其作为衡量视频包是否应 当予以重传的准则。在此基础上,采用优化的端对端传输机制,该机制中通过在

编码端根据当前信道状况和解码端所采用的错误隐藏 算法,预先判定每一部分 的出错恢复模式,解码端根据这个模式信息来决定采取 ARQ 还是错误恢复。这样 就有效避免了由于不必要重传而带来的带宽资源浪费,提 高了系统带宽使用效 率。 在文中提出了有损信道视频传输中的带宽一失真(Bandwidth-Distortion, B-D)模型,该模型是 R-D 模型在考虑了信道错误后的对偶模型,有着和 R-D 相近 的形式。一个视频传输系统,其性能主要从两个方面来衡量:吞吐效率和接收端 重建失真。

无线视频监控三个重要阶段 无线视频监控三个重要阶段 根据近年来网络视频监控业务运营实践、 无线网络视频监控技术的发展及不 同用户群对无线视频监控的需求程度的发展,笔者认为,今后国内无线网络视频 监控业务的发展将会经历以下三个阶段: 第一阶段:以行业大客户无线视频监控应用为主的行业典型应用阶段 目前,高端行业用户的监控系统如国内的平安工程、交通的道路监控、检 验检疫的电子监管视频监控等, 多为大型化的城域性甚至全国性的行业视频监控 系统。高 端行业用户现在大多处在建设大型视频监控项目的初期,其对监控系 统的要求很高,不仅包括了有线侧图像能够实时看得清、录像存得好、云台控制 等指令响应得快 等,同时还增加了对无线视频采集(如交通巡逻、平安城市移动 巡逻、城管移动巡逻与执法等)及移动视频观看和控制的应用要求。 由于当前能够实现盈利的运营商视频监控平台基本都处于第一阶段行业用 户上,政府、金融和电信仍是视频监控主要的应用领域,无线网络视频监控与具 体行业的深度融合将成为网络视频监控市场发展的必然趋势。 第二阶段: 以商业监控的创新性应用为主和部分家庭推广的小众化应用阶段 中小型商业用户不仅是传统有线网络视频监控业务的另一个潜在的大规模 用户群,也是无线网络视频监控应用的另一重要领域。这类用户是指有分布式监 控访问要 求的小型商店、中等规模连锁商业组织、医疗、教育机构等。由于用 户具有移动性、远程移动接入及对工作效率高要求等特点,无线网络视频监控业 务在该类应用中 的渗透率将有较高的起点和较大的提升空间。 商业用户对无线视频监 控的业务需求除了移动视频查看等基础的监控业务 需求外,往往还需要监控系统与企业的业务系统相结合,比如医疗有可能会利用 视频监控平台开展移动远程医疗服 务(如救护车上的应急诊断与救护)、银行会 利用运钞车的移动视频监控进行管控、学校会利用监控平台进行无线电化教学、 无线电子监考等应用。

对商业用户来说, 与自身业务结合良好的无线视频监控平台是很好的扩展业 务的手段,因此运营商对商业客户的引导策略应该是搭建平台,寻找广泛的集成 商共同开发面向客户的商业应用。 如果电信运营商积极引导开发适应商业用户的 杀手级监控应用,用户群的规模将很快得到拓展。 第三阶段:以广泛的个人和家庭应用、商业和行业应用全面开花,无线视频 监控与视频的其它应用如 IPTV、视频会议和语音业务等应用相融合的大众化普 遍应用阶段。

编者按: 编者按: 视频监控系统的发展一直是以应用的便捷性、技术的先进性为方向。无线视 频监控系统无论是应用、技术还是发展环境上都具备独特的魅力和优势,必然在 视频监控领域占据一定的比例,预计在未来的几年内将会获得较快的发展速度。


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