視頻監(jiān)控和無線網絡的融合

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

視頻監(jiān)控具體應用行業(yè)和領域有:公共安全（城市性范圍監(jiān)控、區(qū)域性安全監(jiān)控、特定安全控制區(qū)域），交通（含機場、火車站、汽車站、地鐵、碼頭等人群聚集地，停車場、鐵路調車場、鐵路沿線），金融（銀行、金融交易場所等），公營企業(yè)（尤其是水、電、煤氣等系統(tǒng)），企業(yè)生產，商業(yè)（大型購物、消費場所），大型體育場、體育館，海關，國防，邊防，住宅社區(qū)等。

數字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)

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

數字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)與模擬視頻監(jiān)控相比，有諸多優(yōu)勢:

　?。?）無線網絡為視頻監(jiān)控提供了更為高效和靈活的網絡承載方式。相對于傳統(tǒng)的有線網絡，采用無線網絡，可以在原來不便或無法部署有線網絡的區(qū)域實現無線監(jiān)控。在城市里出于環(huán)境美觀考慮，采用無線方式來取代有線布線方式，愈發(fā)顯得重要。

　?。?）價格優(yōu)勢。無線網絡可節(jié)約大量的有線網絡布設成本。無線網狀網（WiMesh）技術不同于普通的無線局域網；普通的無線局域網同樣需要大量的網絡布線，而無線網狀網（WiMesh）僅需要少量的網絡布線。

　　（3）數字化視頻監(jiān)控設備可以將圖像信息轉換為基于IP的視頻流，借助于先進的網絡技術，可實現從局域網到廣域網甚至全球通信。從而監(jiān)控管理人員可以在網絡可達的任何地方進行各種監(jiān)控操作，同時，可以實現雙向的視頻通信。

無線網狀網介紹

無線網狀網（Wireless Mesh Network）產品，基于IEEE的標準進行相應的網絡設計，同時也避免了傳統(tǒng)的無線局域網WLAN的弱點，從而可以實現無線區(qū)域網、無線城域網的覆蓋。

Wireless Mesh Network (WMN)， 其中的M可以同時有三種含義，分別為M(mesh 網狀網)、M(metro 城域網)、M（mobility 移動網）。相對于傳統(tǒng)的WLAN技術，它有如下優(yōu)點:

（1）可采用5.8G的IEEE 802.11a的信道進行信號的回傳。

無線網狀網可以采用5.8G的IEEE 802.11a的信道進行信號的回傳，而傳統(tǒng)的WLAN只能通過以太網進行信號回傳。從而避免布線的困難，可以快速靈活地提供網絡服務。設備布線的位置不再受限于傳統(tǒng)的100米以太網線的距離限制（如采用普通的無線局域網技術，需要為每一個接入節(jié)點AP進行網絡布線），可以延伸到幾百米的距離（采用定向天線，可以提供更遠的傳送距離）。這樣，可以將傳統(tǒng)WLAN可以實現的熱點覆蓋，轉化為熱區(qū)域覆蓋。

（2）采用Mobile IP 設計方式，切換更加順暢。

普通的WLAN網，只能為移動節(jié)點提供熱點內部無縫切換。而無線網狀網采用Mobile IP 設計方式。在無線網狀網覆蓋范圍內的移動節(jié)點，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，從而在無線網狀網覆蓋范圍內，實現內部的無縫切換，避免用戶不斷重復的認證和切換，提升用戶的使用體驗。

（3）比普通的WLAN擁有更好的安全機制。

無線網狀網采用不同的安全機制，在用戶側采用WPA的加密認證方式或門戶網站的認證方式;在網絡側采用IP Sec 隧道的加密方式確保用戶信息的安全。

（4）無線網狀網提供三層的無線路由器功能。

無線網狀網提供三層的無線路由器功能，而普通的WLAN為二層物理層設備。無線網狀網無線AP基站可以實現節(jié)點之間的自動發(fā)現、自動拓撲組成。當AP基站發(fā)生故障時，還可以實現自動路由的尋找，從而避開故障節(jié)點，將普通WLAN網絡的可靠性，從98％～99％提升到99.9%，使無線局域網從個人、單位網絡，提升為穩(wěn)定的、可運營、可商用的網絡。

無線視頻監(jiān)控典型部署方式

無線視頻監(jiān)控的典型布置方案如圖1所示。一般在無線網狀網覆蓋區(qū)域架設支持WLAN接入的無線視頻前端設備（如支持WLAN的IP攝像機或IP視頻服務器加模擬攝像機），然后通過無線網狀網將采集的IP視頻信號回傳到網絡中心的監(jiān)控處理平臺。通常在網絡中心配置支持多通道的網絡視頻錄像機和大容量的存儲系統(tǒng)，用于監(jiān)控視頻錄像和存儲，同時為一個或多個網絡監(jiān)控終端提供實時的監(jiān)控圖像，還可通過安全的網絡連接（如VPN），從遠端視頻監(jiān)控終端上實現遠程監(jiān)控和管理。

圖1 無線視頻監(jiān)控典型方案

以下是目前在無線監(jiān)控網絡中應用的典型IP視頻系統(tǒng)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網絡接口。通過WLAN無線橋接器可以很方便地將IP攝像機變成支持無線傳輸的無線視頻前端設備。

　　* IP視頻服務器

IP視頻服務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網絡接口。通過WLAN無線橋接器也可很方便地將IP視頻服務器變成支持無線傳輸的無線視頻前端設備。

采用IP視頻服務器方式，用戶可以自由地選擇模擬攝像機的類型?？梢愿鶕约旱男枰?，購買價格和性能不同的模擬攝像機，從而滿足個性化的要求。

　　* WLAN無線橋接器

WLAN無線橋接器可以為具有有線網絡接口的IP視頻設備提供無線局域網接口的轉換，為其擴展無線網絡傳輸的能力。WLAN無線橋接器通常應支持以太網接口到802.11b/g無線局域網接口的轉換，可滿足長時間的無故障工作（其平均無故障工作時間應不小于10000小時）;同時應提供外接天線接口，以滿足不同安裝條件下，外接擴展天線的需求。例如北電網絡公司(Nortel)的無線網狀網可支持基于802.11b/g無線局域網標準的無線視頻終端設備。

圖2為典型的無線IP視頻前端與無線網狀網的互聯示意。

　　* 網絡視頻錄像機

圖2 無線IP視頻前端與無線網網狀的互聯

網絡錄像機基于專用的高速視頻圖像處理硬件和大容量的數字存儲系統(tǒng)（如硬盤陣列或磁帶機），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。網絡監(jiān)控終端可以與網絡視頻錄像機位于同一地點（如網絡監(jiān)控中心），也可在遠端通過安全的網絡連接（如VPN）遠程登錄到網絡視頻錄像機，實現遠程監(jiān)控管理。網絡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(guī)格。

　　* DVR軟件管理和監(jiān)控終端

DVR軟件管理和監(jiān)控終端為基于PC平臺的監(jiān)控管理終端和軟件視頻錄像機，適于小型視頻監(jiān)控網絡的視頻錄像。同時，DVR軟件管理和監(jiān)控終端可以作為網絡監(jiān)控終端使用，用于實時監(jiān)控瀏覽和相關的監(jiān)控處理。

無線視頻監(jiān)控中對于IP視頻圖像編碼格式的考慮

基于WLAN技術的WiMesh網可提供比傳統(tǒng)無線方式（如GPRS和CDMA 1X）高數倍的網絡接入帶寬，速率可達1 Mbit/s甚至數Mbit/s。但在視頻圖像格式選擇時，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M-JPEG壓縮算法進行編碼處理，圖像質量高，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(jié)識別的視頻監(jiān)控，如人像面部識別。

MPEG 4格式采用動態(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，提供高質量的全動態(tài)視頻流。比如，在ACTi公司提供的基于MEPG 4 ASP硬件圖像處理的IP攝像機和IP視頻服務器中，僅用500 bit/s帶寬即可獲得高質量的CIF格式（相當于TV分辨率）全動態(tài)視頻流;1 Mbit/s～1.2 Mbit/s帶寬即可獲得高質量的D1格式（相當于DVD分辨率）全動態(tài)視頻流。MPEG 4格式適合于大空間和開闊環(huán)境的實時監(jiān)控，如建筑物、路口、廣場等。

在基于無線網狀網的無線視頻監(jiān)控方案中，通常建議在需要細節(jié)識別的視頻監(jiān)控時，采用低幀率（2f/s～4f/s）、高分辨率（VGA）的M-JPEG視頻監(jiān)控前端設備;對于社區(qū)，城市環(huán)境的實時監(jiān)控可采用MPEG 4視頻監(jiān)控前端設備，通?？刹捎肅IF格式（約500 kbit/s帶寬）即可滿足監(jiān)控需求;對于一些重要場所可采用高分辨率的D1格式（帶寬約1 Mbit/s～1.2 Mbit/s）。

無線視頻監(jiān)控無線網狀網的規(guī)劃

在北電公司(Nortel)提供的無線網狀網架構中，接入點(AP)到有線網絡的帶寬將被與接入點(AP)無線互聯的獨立AP所共享，同時經過多跳無線連接，其有效帶寬將降低。為了滿足為視頻傳輸提供穩(wěn)定的帶寬，無線網狀網需要根據視頻的需求進行細致的規(guī)劃。

在視頻監(jiān)控應用下，一般需要遵循的規(guī)劃原則為：每個連接有線網絡接入點（AP）最多連接不超過2個無線互聯的獨立AP;每個獨立AP到有線接入點（AP）間不超過2個無線中繼（Hop）;接入點（AP）到有線網絡的接入帶寬建議不小于10 Mbit/s。

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

圖3 采用全方位監(jiān)控攝像的典型網絡構架

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

無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)中對流媒體/手持終端設備的支持

隨著移動的手持終端或車載無線終端（如適應工程用的筆記本電腦等）的大量出現，且性價比的逐漸提高，越來越多的用戶開始采用移動終端設備。

無線視頻監(jiān)控流媒體系統(tǒng)采用的解決方案，為利用視頻采集卡設備/視頻流媒體服務器設備，將從遠端無線攝像頭獲取的圖像信息轉化為流媒體。這樣，移動手持、車載無線終端就可以獲取流媒體視頻流（如圖4所示）。

圖4 無線視頻監(jiān)控流媒體系統(tǒng)

專網用戶對于網絡的安全性更加注重，建議用戶將網絡劃分為專網用戶(圖4中的綠色區(qū)域)。采集到的視頻流由網絡視頻錄像機記錄，并通過解碼器傳送到相應的模擬顯示的大屏幕上。

專網用戶采集到的圖像，可以通過模擬信號傳送的方式，傳送到流媒體服務器的視頻采集卡上（上圖的紅色區(qū)域），該網絡同專網物理上截然分開。這樣，可以確保專網用戶的網絡安全要求。該網絡也可以添加相應的防火墻來滿足相應的網絡安全要求。

如果面向的用戶為普通用戶，安全要求等級較低，可以將上述兩個網絡融合在一起。