視頻監(jiān)控接入方式由有線轉(zhuǎn)入無線是一種必然趨勢。隨著無線技術(shù)的日益發(fā)展,無線傳輸技術(shù)應(yīng)用越來越被各行各業(yè)所接受。
無線監(jiān)控作為一個特殊使用方式也逐漸被廣大用戶看好。其安裝方便、靈活性強、性價比高等特性使得更多行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)采用無線監(jiān)控方式,建立被監(jiān)控點和監(jiān)控中心之間的連接。無線監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代化小區(qū)、交通、運輸、水利、航運、治安、消防等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
視頻圖像傳輸無線化打破了傳統(tǒng)同軸電纜和光纖圖像監(jiān)視受制于硬件連接的不利局面,具有更強的靈活性和方便性,基于無線網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)運而生。無線視頻傳輸技術(shù)的發(fā)展已對無線移動網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和協(xié)議產(chǎn)生了深遠的影響,但由于無線信道帶寬資源有限,干擾因素多,而視頻信號數(shù)據(jù)量大,實時性要求高等問題。
無線傳輸三大優(yōu)點
1、綜合成本低,只需一次性投資,無須挖溝埋管,特別適合室外距離較遠及已裝修好的場合;在許多情況下,用戶往往由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制,例如山地、港口和開闊地等特殊地理環(huán)境,對有線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸?shù)牟季€工程帶來極大的不便,采用有線的施工周期將很長,甚至根本無法實現(xiàn)。這時,采用無線監(jiān)控可以擺脫線纜的束縛,有安裝周期短、維護方便、擴容能力強,迅速收回成本的優(yōu)點。
2、維護費用低,無線監(jiān)控維護由網(wǎng)絡(luò)提供商維護,前端設(shè)備是即插即用、免維護系統(tǒng)。
3、無線監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控和無線傳輸技術(shù)的結(jié)合,它可以將不同地點的現(xiàn)場信息實時通過無線通訊手段傳送到無線監(jiān)控中心。在無線監(jiān)控系統(tǒng)中,無線監(jiān)控中心需要實時得到被監(jiān)控點的視頻信息,并且該視頻信息必須是連續(xù)、清晰的。在無線監(jiān)控點,通常使用攝像頭對現(xiàn)場情況進行實時采集,攝像頭通過視頻無線傳輸設(shè)備相連,并通過由無線電波將數(shù)據(jù)信號發(fā)送到監(jiān)控中心。
無線視頻監(jiān)控傳輸技術(shù)
可靠信道上信號傳輸研究的目的是充分利用信道的帶寬資源;而對于不可靠信道,傳輸中研究的重點則是充分利用帶寬資源來實現(xiàn)可靠傳輸,即容錯傳輸技術(shù)。這里討論在無線信道上的視頻傳輸機制,其主要的研究點是容錯傳輸控制。
容錯傳輸控制技術(shù)根據(jù)其控制方式的不同可以分為三大類:即前向錯誤控制、基于反饋的ARQ和信源信道聯(lián)合編碼。前向錯誤控制(ForwardErrorControl,F(xiàn)EC)包括信道糾錯編碼技術(shù)、交織打包技術(shù)和優(yōu)化的包調(diào)度機制等?;诜答伒腁RQ技術(shù)包括利用多幀參考機制的參考幀選擇(ReferencePictureSelection,RPS)機制、混合ARQ(Hybrid,HARQ)機制和基于ARQ的反饋錯誤跟蹤技術(shù)。由于基于ARQ的容錯傳輸控制技術(shù)具有優(yōu)良的性能,所以在此重點介紹ARQ相關(guān)的傳輸控制技術(shù),并討論現(xiàn)有視頻容錯傳輸機制存在的不足。
前向錯誤控制采用前向糾錯編碼的方式來克服信道錯誤。在信道出錯概率波動比較劇烈的情況下(如現(xiàn)有的移動信道),為了獲得一定的傳輸質(zhì)量,前向糾錯編碼必須根據(jù)當前估計的最差情況來增加冗余校驗比特,這會導致帶寬資源的浪費。
對帶寬資源本來就有限的無線信道而言,顯然是不能滿足要求的。為此,考慮把ARQ技術(shù)和前向錯誤控制結(jié)合起來,稱為HARQ技術(shù)。HARQ分為兩類:I類HARQ中,發(fā)送端的前向編碼要具有一定的糾錯能力,當接收端發(fā)現(xiàn)錯誤后,首先利用前向糾錯編碼來糾正錯誤。
如果錯誤被糾正,則向發(fā)送端傳送一個當前包接收成功的反饋信息(ACK),反之則發(fā)送接收失敗消息(NACK)。發(fā)送端如果收到ACK,則繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)包,否則,則重發(fā)出錯的數(shù)據(jù)包。由此可見I類ARQ需要較強的前向糾錯編碼,在錯誤率較低的應(yīng)用場合會導致帶寬資源的浪費,但在錯誤率高的環(huán)境下能夠獲得比其他類型ARQ機制更好的吞吐效率。
Ⅱ類ARQ中只要求前向糾錯編碼具有檢錯能力即可,根據(jù)關(guān)于信道編碼糾錯能力的理論可知,這可以起到節(jié)約帶寬的作用。當接收端發(fā)現(xiàn)錯誤后,發(fā)送重傳請求;發(fā)送端只傳送出錯數(shù)據(jù)對應(yīng)的具有糾錯能力的校驗碼。當接收端收到后,如果仍然不能糾正錯誤,則繼續(xù)發(fā)送重傳請求,發(fā)送端可以選擇重傳整體出錯數(shù)據(jù)和校驗碼,也可以選擇發(fā)送更強糾錯能力的校驗碼,具體因控制策略不同可有所調(diào)整。鑒于無線信道錯誤率高,具有反饋信道的無線傳輸通常采用HARQ-I。
由于視頻信號具有較強的時空相關(guān)性,而且編碼端并不能完全去除這種相關(guān)性,使得解碼端能夠利用這些殘留的相關(guān)來恢復一定質(zhì)量的視頻?;謴偷馁|(zhì)量還和被恢復部分的紋理以及運動密切相關(guān),一般而言,對紋理比較平緩和運動比較單一的部分,恢復效果要好于其他情況。在這種情況下,如果利用BEARQ來重傳這部分視頻,顯然會造成帶寬上的浪費。
為了克服這種帶寬上的浪費,在實際應(yīng)用中,由于信道的錯誤率和重傳次數(shù)有密切的關(guān)系,而每次重傳都要耗費一定帶寬,所以成功傳輸一個數(shù)據(jù)包需要的帶寬和信道錯誤率相關(guān)??紤]到這個因素,利用帶寬一失真代價函數(shù)的概念,其核心思想是:在一定的丟包率、信道帶寬和傳輸延遲限制條件下,終端視頻的接收質(zhì)量和傳輸中所用的帶寬不僅和視頻信源的率失真性能相關(guān),而且還和信道的錯誤率(丟包率)以及終端錯誤恢復技術(shù)相關(guān)。
將其作為衡量視頻包是否應(yīng)當予以重傳的準則。在此基礎(chǔ)上,采用優(yōu)化的端對端傳輸機制,該機制中通過在編碼端根據(jù)當前信道狀況和解碼端所采用的錯誤隱藏算法,預先判定每一部分的出錯恢復模式,解碼端根據(jù)這個模式信息來決定采取ARQ還是錯誤恢復。這樣就有效避免了由于不必要重傳而帶來的帶寬資源浪費,提高了系統(tǒng)帶寬使用效率。
無線視頻監(jiān)控三個重要階段
根據(jù)近年來網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)運營實踐、無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展及不同用戶群對無線視頻監(jiān)控的需求程度的發(fā)展,今后國內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的發(fā)展將會經(jīng)歷以下三個階段:
第一階段:以行業(yè)大客戶無線視頻監(jiān)控應(yīng)用為主的行業(yè)典型應(yīng)用階段
目前,高端行業(yè)用戶的監(jiān)控系統(tǒng)如國內(nèi)的平安工程、交通的道路監(jiān)控、檢驗檢疫的電子監(jiān)管視頻監(jiān)控等,多為大型化的城域性甚至全國性的行業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
高端行業(yè)用戶現(xiàn)在大多處在建設(shè)大型視頻監(jiān)控項目的初期,其對監(jiān)控系統(tǒng)的要求很高,不僅包括了有線側(cè)圖像能夠?qū)崟r看得清、錄像存得好、云臺控制等指令響應(yīng)得快等,同時還增加了對無線視頻采集(如交通巡邏、平安城市移動巡邏、城管移動巡邏與執(zhí)法等)及移動視頻觀看和控制的應(yīng)用要求。
由于當前能夠?qū)崿F(xiàn)盈利的運營商視頻監(jiān)控平臺基本都處于第一階段行業(yè)用戶上,政府、金融和電信仍是視頻監(jiān)控主要的應(yīng)用領(lǐng)域,無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控與具體行業(yè)的深度融合將成為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控市場發(fā)展的必然趨勢。
第二階段:以商業(yè)監(jiān)控的創(chuàng)新性應(yīng)用為主和部分家庭推廣的小眾化應(yīng)用階段
中小型商業(yè)用戶不僅是傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的另一個潛在的大規(guī)模用戶群,也是無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)用的另一重要領(lǐng)域。這類用戶是指有分布式監(jiān)控訪問要求的小型商店、中等規(guī)模連鎖商業(yè)組織、醫(yī)療、教育機構(gòu)等。由于用戶具有移動性、遠程移動接入及對工作效率高要求等特點,無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)在該類應(yīng)用中的滲透率將有較高的起點和較大的提升空間。
商業(yè)用戶對無線視頻監(jiān)控的業(yè)務(wù)需求除了移動視頻查看等基礎(chǔ)的監(jiān)控業(yè)務(wù)需求外,往往還需要監(jiān)控系統(tǒng)與企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合,比如醫(yī)療有可能會利用視頻監(jiān)控平臺開展移動遠程醫(yī)療服務(wù)(如救護車上的應(yīng)急診斷與救護)、銀行會利用運鈔車的移動視頻監(jiān)控進行管控、學校會利用監(jiān)控平臺進行無線電化教學、無線電子監(jiān)考等應(yīng)用。
對商業(yè)用戶來說,與自身業(yè)務(wù)結(jié)合良好的無線視頻監(jiān)控平臺是很好的擴展業(yè)務(wù)的手段,因此運營商對商業(yè)客戶的引導策略應(yīng)該是搭建平臺,尋找廣泛的集成商共同開發(fā)面向客戶的商業(yè)應(yīng)用。如果電信運營商積極引導開發(fā)適應(yīng)商業(yè)用戶的殺手級監(jiān)控應(yīng)用,用戶群的規(guī)模將很快得到拓展。
第三階段:以廣泛的個人和家庭應(yīng)用、商業(yè)和行業(yè)應(yīng)用全面開花,無線視頻監(jiān)控與視頻的其它應(yīng)用如IPTV、視頻會議和語音業(yè)務(wù)等應(yīng)用相融合的大眾化普遍應(yīng)用階段。