无线视频监控技术发展：从2G到3G的转变

无线视频监控是视频监控技术与无线网络技术的完美结合，前端摄像机采集的视频信号通过视频编码器将视音频数据压缩、打包，然后在无线网络上传输，接收端利用工控机、普通电脑或其他可视终端（如3G手机等）通过监控软件进行接收显示查看，或者通过硬件解码直接输出到电视墙。通过无线传输方式可以将被监控点的图像信息准确、清晰、快速地传送到监控中心。监控中心通过监控软件，实时掌握各个被监控点的情况，并对发生的情况做出反应和处理。无线视频监控系统以其独特的功能和先进的技术，已广泛应用于交通、海关、医疗、油田、港口、电力、石化、军事等多种领域，成为未来信息化建设不可缺少的重要组成部分。图5-25所示为一个典型的无线视频监控系统。它采用一种分布式独立架构，可分为两层，第一层由4个独立监控系统构成，第二层为管理监控中心。该结构体系是目前较为先进、合理的结构体系，可满足数字视频管理系统的需求。

图5-25 无线视频监控系统应用示意图

无线监控和传统的监控方案相比，能够避免大量的布线工作、节省施工费用、重定位能力强、灵活性高，具体地说有以下优点：①性价比高。可无线提供稳定的实时视频画面，搭建迅速，可以在最短的时间内迅速建立起无线监控系统。避免了传统的光纤铺设高昂的设备和工程成本，而且缩短了建设周期，具有很高的性价比。②灵活性高。系统可解决有线难以铺设的区域的视频监控问题，可以摆脱河流、山地、开阔地等特殊地理环境的限制。尤其在被监控点和监控中心之间相距较远，且被监控点分布较为分散的时候，利用传统网络布线的方式成本就非常高。③扩充性好。系统易于扩容，可灵活地增加或者减少被监测点，实现监控视频的统一调度和集中控制，易于管理。

（一）无线视频监控的两种主要组网形态

目前，无线视频监控主要分为两大类组网形态：一种是3G无线视频监控；另一种是以WIFI为载体的无线视频监控。

1.3G（3rd-Generation）无线视频监控

3G是指第三代移动通信技术，是支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，可同时传送声音（通话）和数据信息（电子邮件、即时通信等）。

3G无线视频监控技术的前身为2G无线视频监控模式。2G无线视频监控传输方式主要包括CDMA、GSM两种模式。这两种模式硬件成本较低、覆盖面大、传输速度慢，理论值传输速率最高为153.6Kbit/s，在实际使用中基本只达到60～80Kbit/s。因为视频图像传输的最低要求是512Kbit/s，这远远达不到视频要求。另外，网络租借收费较昂贵，故2G无线视频监控一直只是概念型的技术，较少应用在实际中。

目前，3G无线视频监控是采用工信部发放的三种3G牌照，即移动（TD-SCDMA）、电信（CDMA2000 EVDO）、联通（WCDMA）运营商的3G技术接入方式。3G无线视频监控应用将是3G高速无线接入系统的核心支柱。3G无线监控设备根据监控端类型不同可以分为两大类：一类是指监控前端是移动/无线的，比如3G网络视频服务器、3G网络摄像机等设备，将采集的视频信号进行编码后通过3G网络进行传输，不再受地理位置、现场环境、线路资源等限制；另一类是后端移动/无线，主要是指手机/PDA终端通过3G网络对监控点进行监看和管理，随时随地及时掌握现场情况。当然，两类的设备也可以配搭应用。

传统的无线监控领域，应用GPRS网络传输，带宽太窄，视频占用较大，将运动中的图像数据传送到相应监控中心是实现的难题。3G高带宽的无线接入，支持在任意地点上传图像与接收远方图像，使过去无法解决的技术难题，在3G无线传输技术的提升下得以解决。3G技术弥补了传统无线视频同传的劣势，随着3G技术的不为完善，定将成为无线视频监控的重要技术。

3G突出的优点即高速的下载能力，理想值可达到3Kbit/s～20Mbit/s的传输速率。目前实际3G网络的传输带宽能够达到384Kbit/s，足以传输一路CIF实时图像。3G技术的升级版本HSDPA技术可达到2.8Mbit/s的传输率，高清、多路的视频传输将更加轻而易举。3G技术目前存在无线带宽容量有限、接入用户有限、时延长等缺陷。在多用户共享的情况下，难以保证无线视频监控的速率和时延要求。另外，运营商收取的流量费太高，一般客户无法接受。

2.WIFI无线视频监控

WIFI无线视频监控可分两种方式：模拟无线视频监控和数字无线视频监控。

（1）模拟无线视频监控。它是将视频信号直接调制在2.4G或1G的无线通道上，通过天线发射出去，监控中心通过天线接收无线信号，再通过无线接收机解调出原来的视频信号。这种监控方式没有压缩损耗，几乎不会产生延时，因此可以保证视频质量，但只适合点对点近距离（1km以内）单路传输，不适合规模部署。此外因为没有调制校准过程，其抗干扰性差、频点少，所以在无线信号环境复杂的情况下自身会产生很大干扰性，造成图像混乱、丢失等情况。因此在有多路图像要传输的情况下，不建议用此方式传输。

（2）数字无线监控。它是先将视频信号编码压缩，通过数字无线信道调制（2.3G/2.4G/5.8G等），再利用天线发射出去。接收端则相反，由天线接收信号，随后无线解扩及视频解压缩，最后还原为模拟的视频信号传输出去。此种方式也是目前国内市场较多使用的。数字微波的伸缩性大，通信容量最少可用几十个频道，且建构相对较易、通信效率较高、运用灵活。数字无线视频监控有模拟无线视频监控无可比拟的优点，如大面积（5～30km²）、监控点位多（5～500个点）。但需要加中继的情况多，情况复杂且干扰源多时采用基站为中心再配合基站前端设备方式传输性价比非常高。数字无线容量大、抗干扰能力强、保密性好，并且发射功率传输距离更远、受地形或障碍物影响较小、接口丰富、扩展能力强等。

（二）基于WCDMA的车载无线视频监控系统的应用

1.案例背景分析

客户要求：每辆车上有1路视频，每辆车上安装1台WCDMA车载无线视频监控设备，每台设备连接1台摄像机，每台设备配备1块联通WCDMA UIM卡。系统要求可实现拨号激活和一直在线两种接入方式。拨号激活方式用于不定期传输的情况以节约通信，需要传输视频图像时需要设备端UIM卡发送短信，设备检测到短信通知后自动连接到监控中心并上传图像；一直在线方式用于设备上装有包月UIM卡的情况，设备上电后立即连接到监控中心并上传图像。

网络要求：监控中心要求能上互联网；具有静态公网IP地址，或者域名；具有联通的VPDN专线；如果有防火墙需要开放4个固定的端口（默认8212、5000、8888、3645）；按照每路视频图像占用80Kbit/s网络带宽进行设计。客户端要求能上互联网，如果有防火墙需要开放一个固定的端口（默认3645）。前端监控设备要求设备安装现场有联通WCDMA信号，能够通过WCDMA拨号上网。

2.案例设计

（1）安全性能设计。系统采用联通VPDN系统，以提高网络的安全性能。网关设备与公网没有连接，使用专线方式与联通专网连接，统一接入联通WCDMA分组网。用户网关设备IP地址将分配内部私网IP地址。给各用户分配联通的VPDN帐号，用户为每个无线视频终端分配惟一的VPDN用户名和密码。无线视频终端通过WCDMA上网终端实现拨号上网，使用L2TP VPDN方式在终端与用户指定服务器间建立安全隧道进行数据传输。

基于拨号用户的虚拟专用拨号网络（Virtual Private Dialup Networks，VPDN）利用IP网络的承载功能，结合相应的认证和授权机制，可以建立安全的虚拟专用网络。VPDN移动性能强，使用WCDMA无线上网技术可以在任何有CDMA 1X无线覆盖的地方随时随地接入用户的VPDN，不会受到普通互联网络的地理限制；联网速度快，使用WCDMA无线上网可以提供比普通电话拨号上网快很多倍的速度，节约用户的宝贵时间，避免拨号网络缓慢带来的烦恼；安全更有保证，使用WCDMA无线上网使用户的网络安全更有保障，利用WCDMA固有的安全性能可以避免用户在接入层面受到来自普通互联网的攻击威胁，保证用户信息安全、终端安全。VPDN方式整体连接如图5-26所示。

图5-26 VPDN方式整体连接示意图

无线视频终端访问WCDMA网络的安全保障原理如下。

（1）无线视频终端通过WCDMA无线设备登录WCDMA网络。

（2）WCDMA接入服务器将无线视频终端的连接请求发往WCDMA认证服务器，WCD-MA认证服务器根据帐号判断为WCDMA专网用户（第1次认证），并将用户名和密码发往用户内部的认证服务器。(www.xing528.com)

（3）用户内部的认证服务器首先判断WCDMA上网卡是否已经在服务器上注册，如果没有登记则拒绝并记录，如果是合法的则对由网关转来的用户名、密码进行认证（第2次认证）；如认证通过认证服务器将给无线视频终端分配一个内部IP地址，如认证不通过用户内部的认证服务器拒绝无线视频终端的连接。

（4）无线视频终端无线设备序列号、UIM号、用户名、密码和分配的IP地址可进行惟一绑定，增强安全性。

3.硬件与软件环境设计

（1）软件环境设计

监控中心服务器：Windows sever 2003、Windows sever 2008、Windows XP等。

PC客户端：Windows 2003、Windows XP。

PDA客户端：微软内核或者塞班（Symbian）的智能手机或PDA（Windows CE、Win-dows Mobile 2003等）

（2）硬件配置设计（见表5-6）。

表5-6 硬件环境配置清单

4.系统设计

（1）系统拓扑设计如图5-27所示。

图5-27 车载无线视频监控系统拓扑图

（2）车载无线视频监控系统结构和功能。无线移动视频监控系统是基于WCDMA无线网络、互联网或专线网络，主要由以下4部分组成。

①前端视频采集、无线传输模块。前端的视频采集模块从视频摄像头中捕捉瞬时的视频信号，然后压缩。该模块支持不同的压缩比和图像大小。视频采集压缩后将压缩好的视频图像文件传送到中心，通过3G网络传送，系统具有PPPoE拨号过程，并嵌入式地实现了TCP/IP协议、POP3/SMTP协议，同时支持动态IP。

②无线中心监控管理平台。无线中心监控管理平台由业务管理子系统、平台管理子系统、调度子系统、AAA服务器、告警服务子系统、控制服务子系统、分发子系统、存储子系统、客户端应用服务器、前端应用服务器等组成。

无线中心监控管理平台具有公网IP服务器、足够的中心带宽和电信级平台运营软件。管理服务器启动服务后，就等待各个监控终端的连接，对于始终在线模式的终端，可以按照需要查询当前的图像情况，也可以自动不停地记录监控点的图像变化。

③监控指挥中心。在监控指挥中心设置1台监控主机，用来监视前端所有摄像机图像及进行远程管理、配置、授权等。

④客户端插件。通过在PC、手机及PDA等终端安装客户端插件，用户就可以在办公室和家里基于PC等终端监视前端摄像机图像，也可以在移动的过程中基于手机及PDA、无线笔记本监视前端摄像机图像。

（3）车载无线视频监控系统具有如下几个优点。

①机动灵活。采用联通的WCDMA网络传输，不受距离的限制，不论车在哪个地方均能够将视频图像传送到监控中心。传输视频时只需要考虑UIM卡的费用问题。如果漫游比较多，建议选用漫游不限流量的UIM卡。

②扩充容易。系统具有很好的扩容性，只需要增加监控中心的网络带宽及增加监控服务器就可以轻松实现扩容。

③实时遥控。支持远程监控和移动监控；可始终在线，也可电话激活；支持云台控制、即插即用等功能；监控人员不受时空限制。

④性价比高。设备可单台工作，也可组网工作；部署灵活，扩充性强；利用国家移动网络通信的可靠资源传送监测图像及数据，减少了人力投入，降低了运营成本。

⑤保密性强。系统软件可设定各类密码，安全系数高，可以满足特殊用户远程无线一对一的专用图像传送要求。

⑥手机监控。系统支持PDA或手机作为监控端来查看现场图像。