視頻監控和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的融合

視頻監控是直觀(guān)方便、內容詳實(shí)的信息記錄方式，并可以為監控操作人員提供實(shí)時(shí)監控手段?，F在視頻監控已經(jīng)成為公共安全、企業(yè)安全、國土安全，甚至包括社區、家庭安全等領(lǐng)域的必要手段。 

視頻監控具體應用行業(yè)和領(lǐng)域有:公共安全（城市性范圍監控、區域性安全監控、特定安全控制區域），交通（含機場(chǎng)、火車(chē)站、汽車(chē)站、地鐵、碼頭等人群聚集地，停車(chē)場(chǎng)、鐵路調車(chē)場(chǎng)、鐵路沿線(xiàn)），金融（銀行、金融交易場(chǎng)所等），公營(yíng)企業(yè)（尤其是水、電、煤氣等系統），企業(yè)生產(chǎn)，商業(yè)（大型購物、消費場(chǎng)所），大型體育場(chǎng)、體育館，海關(guān)，國防，邊防，住宅社區等。

數字化視頻監控系統

目前的視頻監控系統，正處于從模擬視頻監控向數字化視頻監控方式的轉型過(guò)程中。沿用模擬視頻監控或由模擬視頻監控升級為數字監控并采取有線(xiàn)連接的方式，是監控系統轉型過(guò)程的初級階段。采用數字化視頻監控和無(wú)線(xiàn)連接的方式，將加快視頻監控方式的轉型過(guò)程。

數字化視頻監控系統與模擬視頻監控相比，有諸多優(yōu)勢:

　?。?）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為視頻監控提供了更為高效和靈活的網(wǎng)絡(luò )承載方式。相對于傳統的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，可以在原來(lái)不便或無(wú)法部署有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的區域實(shí)現無(wú)線(xiàn)監控。在城市里出于環(huán)境美觀(guān)考慮，采用無(wú)線(xiàn)方式來(lái)取代有線(xiàn)布線(xiàn)方式，愈發(fā)顯得重要。

　?。?）價(jià)格優(yōu)勢。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可節約大量的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )布設成本。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)（WiMesh）技術(shù)不同于普通的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)；普通的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)同樣需要大量的網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)，而無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)（WiMesh）僅需要少量的網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)。

　?。?）數字化視頻監控設備可以將圖像信息轉換為基于IP的視頻流，借助于先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，可實(shí)現從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)甚至全球通信。從而監控管理人員可以在網(wǎng)絡(luò )可達的任何地方進(jìn)行各種監控操作，同時(shí)，可以實(shí)現雙向的視頻通信。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)介紹

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)（Wireless Mesh Network）產(chǎn)品，基于IEEE的標準進(jìn)行相應的網(wǎng)絡(luò )設計，同時(shí)也避免了傳統的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN的弱點(diǎn)，從而可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)區域網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的覆蓋。

Wireless Mesh Network (WMN)， 其中的M可以同時(shí)有三種含義，分別為M(mesh 網(wǎng)狀網(wǎng))、M(metro 城域網(wǎng))、M（mobility 移動(dòng)網(wǎng)）。相對于傳統的WLAN技術(shù)，它有如下優(yōu)點(diǎn):

（1）可采用5.8G的IEEE 802.11a的信道進(jìn)行信號的回傳。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)可以采用5.8G的IEEE 802.11a的信道進(jìn)行信號的回傳，而傳統的WLAN只能通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行信號回傳。從而避免布線(xiàn)的困難，可以快速靈活地提供網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。設備布線(xiàn)的位置不再受限于傳統的100米以太網(wǎng)線(xiàn)的距離限制（如采用普通的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)，需要為每一個(gè)接入節點(diǎn)AP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)），可以延伸到幾百米的距離（采用定向天線(xiàn)，可以提供更遠的傳送距離）。這樣，可以將傳統WLAN可以實(shí)現的熱點(diǎn)覆蓋，轉化為熱區域覆蓋。

（2）采用Mobile IP 設計方式，切換更加順暢。

普通的WLAN網(wǎng)，只能為移動(dòng)節點(diǎn)提供熱點(diǎn)內部無(wú)縫切換。而無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)采用Mobile IP 設計方式。在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋范圍內的移動(dòng)節點(diǎn)，如筆記本電腦、PDA、WIFI終端等，均可以在認證鑒權后，一次獲得IP地址，從而在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋范圍內，實(shí)現內部的無(wú)縫切換，避免用戶(hù)不斷重復的認證和切換，提升用戶(hù)的使用體驗。

（3）比普通的WLAN擁有更好的安全機制。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)采用不同的安全機制，在用戶(hù)側采用WPA的加密認證方式或門(mén)戶(hù)網(wǎng)站的認證方式;在網(wǎng)絡(luò )側采用IP Sec 隧道的加密方式確保用戶(hù)信息的安全。

（4）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)提供三層的無(wú)線(xiàn)路由器功能。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)提供三層的無(wú)線(xiàn)路由器功能，而普通的WLAN為二層物理層設備。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)無(wú)線(xiàn)AP基站可以實(shí)現節點(diǎn)之間的自動(dòng)發(fā)現、自動(dòng)拓撲組成。當AP基站發(fā)生故障時(shí)，還可以實(shí)現自動(dòng)路由的尋找，從而避開(kāi)故障節點(diǎn)，將普通WLAN網(wǎng)絡(luò )的可靠性，從98％～99％提升到99.9%，使無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)從個(gè)人、單位網(wǎng)絡(luò )，提升為穩定的、可運營(yíng)、可商用的網(wǎng)絡(luò )。

無(wú)線(xiàn)視頻監控典型部署方式

無(wú)線(xiàn)視頻監控的典型布置方案如圖1所示。一般在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)覆蓋區域架設支持WLAN接入的無(wú)線(xiàn)視頻前端設備（如支持WLAN的IP攝像機或IP視頻服務(wù)器加模擬攝像機），然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)將采集的IP視頻信號回傳到網(wǎng)絡(luò )中心的監控處理平臺。通常在網(wǎng)絡(luò )中心配置支持多通道的網(wǎng)絡(luò )視頻錄像機和大容量的存儲系統，用于監控視頻錄像和存儲，同時(shí)為一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò )監控終端提供實(shí)時(shí)的監控圖像，還可通過(guò)安全的網(wǎng)絡(luò )連接（如VPN），從遠端視頻監控終端上實(shí)現遠程監控和管理。

圖1 無(wú)線(xiàn)視頻監控典型方案

以下是目前在無(wú)線(xiàn)監控網(wǎng)絡(luò )中應用的典型IP視頻系統單元。

　　* IP攝像機

IP攝像機為集成模擬視頻圖像采集和視頻圖像數字化處理功能的一體化視頻前端設備。它可以將模擬的視頻信號按照標準格式轉換成數字信號，并直接提供IP網(wǎng)絡(luò )接口。通過(guò)WLAN無(wú)線(xiàn)橋接器可以很方便地將IP攝像機變成支持無(wú)線(xiàn)傳輸的無(wú)線(xiàn)視頻前端設備。

　　* IP視頻服務(wù)器

IP視頻服務(wù)器通常用于連接模擬攝像機，它可以將模擬的視頻信號按照標準格式（普遍采用M-JPEG或MPEG 4）轉換成數字信號，并直接提供IP網(wǎng)絡(luò )接口。通過(guò)WLAN無(wú)線(xiàn)橋接器也可很方便地將IP視頻服務(wù)器變成支持無(wú)線(xiàn)傳輸的無(wú)線(xiàn)視頻前端設備。

采用IP視頻服務(wù)器方式，用戶(hù)可以自由地選擇模擬攝像機的類(lèi)型?？梢愿鶕约旱男枰?，購買(mǎi)價(jià)格和性能不同的模擬攝像機，從而滿(mǎn)足個(gè)性化的要求。

　　* WLAN無(wú)線(xiàn)橋接器

WLAN無(wú)線(xiàn)橋接器可以為具有有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口的IP視頻設備提供無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接口的轉換，為其擴展無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸的能力。WLAN無(wú)線(xiàn)橋接器通常應支持以太網(wǎng)接口到802.11b/g無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接口的轉換，可滿(mǎn)足長(cháng)時(shí)間的無(wú)故障工作（其平均無(wú)故障工作時(shí)間應不小于10000小時(shí)）;同時(shí)應提供外接天線(xiàn)接口，以滿(mǎn)足不同安裝條件下，外接擴展天線(xiàn)的需求。例如北電網(wǎng)絡(luò )公司(Nortel)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)可支持基于802.11b/g無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標準的無(wú)線(xiàn)視頻終端設備。

圖2為典型的無(wú)線(xiàn)IP視頻前端與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)的互聯(lián)示意。

　　* 網(wǎng)絡(luò )視頻錄像機

圖2 無(wú)線(xiàn)IP視頻前端與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)狀的互聯(lián)

網(wǎng)絡(luò )錄像機基于專(zhuān)用的高速視頻圖像處理硬件和大容量的數字存儲系統（如硬盤(pán)陣列或磁帶機），用于高速處理和存儲多路IP視頻前端設備回傳的視頻流信息。網(wǎng)絡(luò )監控終端可以與網(wǎng)絡(luò )視頻錄像機位于同一地點(diǎn)（如網(wǎng)絡(luò )監控中心），也可在遠端通過(guò)安全的網(wǎng)絡(luò )連接（如VPN）遠程登錄到網(wǎng)絡(luò )視頻錄像機，實(shí)現遠程監控管理。網(wǎng)絡(luò )視頻錄像機可根據應用和容量需求的不同，擁有眾多不同型號的選擇，通常有支持4、8、12、16、32甚至50路視頻錄像的不同規格。

　　* DVR軟件管理和監控終端

DVR軟件管理和監控終端為基于PC平臺的監控管理終端和軟件視頻錄像機，適于小型視頻監控網(wǎng)絡(luò )的視頻錄像。同時(shí)，DVR軟件管理和監控終端可以作為網(wǎng)絡(luò )監控終端使用，用于實(shí)時(shí)監控瀏覽和相關(guān)的監控處理。

無(wú)線(xiàn)視頻監控中對于IP視頻圖像編碼格式的考慮

基于WLAN技術(shù)的WiMesh網(wǎng)可提供比傳統無(wú)線(xiàn)方式（如GPRS和CDMA 1X）高數倍的網(wǎng)絡(luò )接入帶寬，速率可達1 Mbit/s甚至數Mbit/s。但在視頻圖像格式選擇時(shí)，仍然需要考慮使用高效率、低帶寬需求的IP視頻圖像編碼格式。目前業(yè)界常用的格式有M-JEPG和 MPEG 4。

M-JEPG格式采用快速拍攝完整圖像幀的記錄方式，通過(guò)M-JPEG壓縮算法進(jìn)行編碼處理，圖像質(zhì)量高，但需要的帶寬大。故M-JEPG適合幀數低（2f/s～4f/s），一般用于需要細節識別的視頻監控，如人像面部識別。

MPEG 4格式采用動(dòng)態(tài)預測和高壓縮比算法處理視頻圖像，并可在較小的帶寬需求下，提供高質(zhì)量的全動(dòng)態(tài)視頻流。比如，在A(yíng)CTi公司提供的基于MEPG 4 ASP硬件圖像處理的IP攝像機和IP視頻服務(wù)器中，僅用500 bit/s帶寬即可獲得高質(zhì)量的CIF格式（相當于TV分辨率）全動(dòng)態(tài)視頻流;1 Mbit/s～1.2 Mbit/s帶寬即可獲得高質(zhì)量的D1格式（相當于DVD分辨率）全動(dòng)態(tài)視頻流。MPEG 4格式適合于大空間和開(kāi)闊環(huán)境的實(shí)時(shí)監控，如建筑物、路口、廣場(chǎng)等。

在基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)視頻監控方案中，通常建議在需要細節識別的視頻監控時(shí)，采用低幀率（2f/s～4f/s）、高分辨率（VGA）的M-JPEG視頻監控前端設備;對于社區，城市環(huán)境的實(shí)時(shí)監控可采用MPEG 4視頻監控前端設備，通?？刹捎肅IF格式（約500 kbit/s帶寬）即可滿(mǎn)足監控需求;對于一些重要場(chǎng)所可采用高分辨率的D1格式（帶寬約1 Mbit/s～1.2 Mbit/s）。

無(wú)線(xiàn)視頻監控無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)的規劃

在北電公司(Nortel)提供的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)架構中，接入點(diǎn)(AP)到有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的帶寬將被與接入點(diǎn)(AP)無(wú)線(xiàn)互聯(lián)的獨立AP所共享，同時(shí)經(jīng)過(guò)多跳無(wú)線(xiàn)連接，其有效帶寬將降低。為了滿(mǎn)足為視頻傳輸提供穩定的帶寬，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)需要根據視頻的需求進(jìn)行細致的規劃。

在視頻監控應用下，一般需要遵循的規劃原則為：每個(gè)連接有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入點(diǎn)（AP）最多連接不超過(guò)2個(gè)無(wú)線(xiàn)互聯(lián)的獨立AP;每個(gè)獨立AP到有線(xiàn)接入點(diǎn)（AP）間不超過(guò)2個(gè)無(wú)線(xiàn)中繼（Hop）;接入點(diǎn)（AP）到有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的接入帶寬建議不小于10 Mbit/s。

在視頻監控應用下，每個(gè)接入點(diǎn)（AP）下面建議最多支持4個(gè)無(wú)線(xiàn)互連的獨立AP。當監控視頻流所需帶寬達到1 Mbit/s～1.5 Mbit/s時(shí)，每個(gè)AP下面建議連接一套無(wú)線(xiàn)IP視頻監控設備。通常建議采用一套支持P/T/Z的全方位監控攝像機，可替代5～6個(gè)固定攝像機的功能，同時(shí)，大大減少回傳的視頻流量。其典型網(wǎng)絡(luò )架構如圖3所示。

圖3 采用全方位監控攝像的典型網(wǎng)絡(luò )構架

當然，如果每路視頻圖像需要的帶寬不高（如500 kbit/s）時(shí)，也可以根據實(shí)際需求，在A(yíng)P下增加無(wú)線(xiàn)IP視頻前端設備。

無(wú)線(xiàn)視頻監控系統中對流媒體/手持終端設備的支持

隨著(zhù)移動(dòng)的手持終端或車(chē)載無(wú)線(xiàn)終端（如適應工程用的筆記本電腦等）的大量出現，且性?xún)r(jià)比的逐漸提高，越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始采用移動(dòng)終端設備。

無(wú)線(xiàn)視頻監控流媒體系統采用的解決方案，為利用視頻采集卡設備/視頻流媒體服務(wù)器設備，將從遠端無(wú)線(xiàn)攝像頭獲取的圖像信息轉化為流媒體。這樣，移動(dòng)手持、車(chē)載無(wú)線(xiàn)終端就可以獲取流媒體視頻流（如圖4所示）。

圖4 無(wú)線(xiàn)視頻監控流媒體系統

專(zhuān)網(wǎng)用戶(hù)對于網(wǎng)絡(luò )的安全性更加注重，建議用戶(hù)將網(wǎng)絡(luò )劃分為專(zhuān)網(wǎng)用戶(hù)(圖4中的綠色區域)。采集到的視頻流由網(wǎng)絡(luò )視頻錄像機記錄，并通過(guò)解碼器傳送到相應的模擬顯示的大屏幕上。

專(zhuān)網(wǎng)用戶(hù)采集到的圖像，可以通過(guò)模擬信號傳送的方式，傳送到流媒體服務(wù)器的視頻采集卡上（上圖的紅色區域），該網(wǎng)絡(luò )同專(zhuān)網(wǎng)物理上截然分開(kāi)。這樣，可以確保專(zhuān)網(wǎng)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )安全要求。該網(wǎng)絡(luò )也可以添加相應的防火墻來(lái)滿(mǎn)足相應的網(wǎng)絡(luò )安全要求。

如果面向的用戶(hù)為普通用戶(hù)，安全要求等級較低，可以將上述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )融合在一起。