3G无线视频监控系统

□任传远 □孙中胜

(黄河水利委员会信息中心)

在水利方面，目前我们面临着洪涝灾害频繁、水资源短缺突出、水土流失严重、水污染尚未得到有效控制等四大水问题，其中洪涝灾害一直是中华民族的心腹之患。所以防汛工作是河流治理工作的重中之重，特别是重点防洪河段和重要大中型水利工程一旦出事，将会造成极其严重的影响，给国民经济建设和人民生命财产带来重大损失。

对河流进行视频监控是一种预防洪水危害的直接手段，传统的监控手段分为有线和无线两种。有线方式的视频监控受到地域的限制和传输线缆距离的限制，不能随意设置监控点。无线方式的视频监控虽可以摆脱地域的限制，却由于通信技术、设备及通信成本等因素也受到制约。传统监控手段由于通信技术、灵活性差、实时性差等因素的限制，已经不能满足防汛的要求。而本文研究的3G无线视频监控系统可以对河流进行实时观察，并且监控地点可以根据需要布置，也可以在移动中进行监控，不受地域、时间的限制，是一种有效灵活的防汛方式。

3G无线视频监控系统由视频采集端、传输网络、监控端组成。视频采集端包括：视频采集单元、视频编码器、无线传输单元、云台控制单元组成。监控端包括：视频服务器、视频远程监视终端。

图1 3G无线视频监控系统总体结构示意图

视频采集端把现场的视频图像采集后再通过3G无线网络传送监控端，实现实时图像监控；控制端的各种指令经由无线网络下达至视频采集端，远程操控。

图2 网络示意图

一、系统功能

本系统具有包括汛情视频监视、防护监视和告警、录像和画面捕捉以及监视系统管理等功能。监视内容包括河道汛情图像、监视设备的运行状态等。

（一）汛情视频监视

采用网络视频压缩传送技术实现汛情的远程图像监视是本系统的主要功能。为了能够准确甄别河道的水流状况，系统需要配置高清晰度的摄像终端，画质达到DVD效果。用户能够灵活地控制云台，使摄像终端能水平、垂直地拍摄画面；还能够控制摄像机变焦、聚焦、光圈，达到需要的拍摄效果。

（二）录像和画面捕捉

录像功能可以对视频监视信息进行录像存储，作为历史资料保存。录像功能的启动可以采用人工、定时、自动（事件触发）等方式。

画面捕捉功能可以在视频远程监视时，根据需要随时将现场拍摄的画面捕捉下来，便于细致观察和保存。

（三）监视系统管理

系统管理是指整个视频监视系统的管理、控制和维护。包括：视频管理、监视站点管理、设备管理、用户管理、多级权限控制、图像参数控制、录像控制、系统维护等。

二、系统组成

3G无线视频监控系统主要由视频采集单元、无线传输单元、视频编码单元、云台控制部分、视频服务器、视频远程监视终端等部分组成。

图3 视频采集端组成示意图

（一）视频采集单元

视频采集单元即彩色监视摄像机，采用CCD成像原理，将现场画面转换成视频信号。

（二）视频信号传输单元

视频信号传输单元用于把摄像机输出的视频信号传送到视频编码模块，对原视频流进行压缩编码，而后通过3G无线传输模块接入互联网，经由互联网传送至视频监控中心服务器。

在网络传输中必须提供稳定可靠的TCP/IP连接，使得视频流通过互联网时的各项传输指标满足要求；前端设备和管理平台采用双向连接技术，任何一端都可以主动发起网络连接；采用CHAP认证和DES加密技术，保证各种数据在网络系统中传输的安全性。

（三）视频编码单元

视频编码单元即视频编码器，用来把模拟视频信号变换成计算机网络可以传输的数字压缩视频流。视频编码器还接受远程监视终端发送的云台控制数据，并根据云台控制数据，按所用的云台控制协议转换成云台控制指令，采用串行通信方式，将云台控制指令发送到云台解码器。

（四）云台控制部分

云台控制部分由云台控制解码器、云台组成。云台控制解码器通过串行接口同视频编码器通信，接受云台控制指令。根据收到的云台控制指令，云台解码器采取相应的控制动作，通过云台控制接口控制云台做出相应动作。云台解码器通过控制电路接口控制云台和摄像机及摄像镜头。

（五）视频服务器

视频服务器完成整个远程监视系统的管理、控制、维护。可以实现用户管理、站点管理、摄像机管理、参数配置、权限控制、系统维护等功能。视频服务器支持分布式管理并具有视频转发功能。

（六）视频远程监视终端

视频远程监视终端是用来实现视频回放。视频远程监视系统中，网络传送的是压缩视频流，为了实现视频回放，视频远程监视终端必须具有视频解码功能。视频解码可以采用软件和硬件解码两种方式，推荐采用硬件解码方式。

视频远程监视终端软件是监视人员与视频监视系统的人机交互界面，操作人员可以利用监视终端选择监视点、控制云台和摄像机等。

三、技术方案

（一）图像压缩技术方案

图像压缩编码技术是视频监控系统的关键技术之一。图像信号的数字化在制作、复制、存储、传输、发射等方面具有一系列优点。然而数字化的图像数据量却相当庞大，所以就必须对图像信号进行压缩。常用的压缩标准有MPEG1、MPEG2、H.261、H.263、MPEG4、H.264。

H.264是国际标准化组织ISO在国际电信联盟ITU组织集合H.263+和Mpeg4的优点联合推出的最新标准，最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在近几年的视频应用中，H.264协议的压缩技术也得到越来越多的应用。在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2~3倍，比MPEG-4高1.5~2倍。在相同的重建图像质量下，H.264比H.263节约50%左右的码率。正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。在MPEG-4需要6Mbps的传输速率匹配时，H.264只需要3Mbps~4Mbps的传输速率。因其更高的压缩比、更好的IP和无线网络信道的适应性，在数字视频通信和存储领域得到越来越广泛的应用。

H.264具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的信道中的视频传输，所以系统选定采用H.264编码压缩格式的产品。

（二）系统管理方案

采用视频服务器集中管理的模式，可以管理多路视频采集点的设备及视频信息。在控制中心安装了监控软件的工作站上，用户可以随意选择浏览、切换各个采集点的图像；并可以远程对采集点视频进行镜头控制（焦距、光圈），对云台进行远程控制（上、下、左、右）。在工作站上可以进行用户管理、画面控制、视频的存储、检索及回放、画面捕捉等操作。

（三）通信传输方案

无线通信有多种接入方式，除了LMDS(本地多点分配业务系统)和3.5GHZ固定无线接入外，传统的接入方式还有2.4GHZ、5.8GHZ的无线局域网结构。目前国内商用的最先进的无线接入技术就是3G移动通信技术，相比传统的无线接入方式，具有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输、支持高速移动、支持终端漫游切换等优势。广泛应用于电力、水利、油田、煤等行业。国内的3G网络覆盖也日益全面，技术也逐渐成熟。

（四）供电方案

由于监控点都在户外，并且会在移动中进行图像采集，所以本系统采用UPS电源，在无市电的情况下为视频监控系统设备提供稳定的电源，保证设备正常运行48h以上；在有市电时，通过UPS电源对监控设备供电，并对蓄电池组充电。