5G的智能视频监控系统设计研究

2022-02-12刘矿平石璐刘岩峰朱永宝华亭华煤清能煤化工有限责任公司甘肃华亭74400兰州飞思网络科技有限公司甘肃兰州730000

化工管理 2022年36期

刘矿平，石璐，刘岩峰，朱永宝(.华亭华煤清能煤化工有限责任公司,甘肃华亭 74400；.兰州飞思网络科技有限公司，甘肃兰州 730000)

0 引言

5G代表着第五代移动通信系统，相比于4G技术，5G并非独立运行，但却在功能延伸方面呈现出巨大优势。智能视频监控系统属于是5G通信的功能之一，能够依靠5G网络完成监控任务，在第一时间内发现问题所在，并制定相关解决策略，为整个监控系统稳定运行创造有利条件。但从5G智能视频监控系统应用角度来说，监控视频清晰流畅显得尤为重要，只有这样，才能让5G在智能视频监控系统发挥出更大作用。

1 5G技术背景下智能视频监控系统的发展机遇

1.1 促使智能视频监控系统迈入高清阶段

在5G通讯网络帮助下，监控视频清晰度大幅提升，视频传输时间缩短，与此同时，后台智能数据处理速度变得更快。更为重要的是，随着5G技术的完善以及大范围应用，智能视频监控终端高清画面同样能够得到普及，甚至还会呈现出超高清效果，从智能视频监控系统发展角度来说，良好的清晰度是其发展的本质所在。

1.2 能够实现多维度视频信息采集

在5G通信技术加持下，智能前端摄像机在应用时，能够捕捉到清晰的图像内容，对应的数据维度也能得到拓宽。例如，针对视频信息内容采集过程设计，可实现对音频、风向等各种因素的完整采集，完成具体信息采集任务之后，数据内容整合也能有序进行，其中还涉及到信息内容的深度挖掘程序。在上述程序帮助下，单台智能视频监控设备的数据采集能力大幅提升，还能实现对相关数据的深入分析。与此同时，各种物联感知设备建设呈现出集约化特点，数据综合效益可以更好展示出来，让智能视频监控系统工作效率达到新的高度。

1.3 实现无线传输

传统智能视频监控设备在应用时，往往会将摄像机安装在智能前端，其传输过程采取的是有线传输模式。随着5G网络的商用普及，能够进一步提升各项内容的传输速度，数据容量同样能够得到提升，其覆盖范围更加广泛。也正是在5G技术帮助下，智能视频监控设备能够做好智能数据处理工作。另外，传统网络建设以固定形式为主，维修成本较高，极容易出现故障问题，这些在5G技术下的智能视频监控系统中均能得到解决[1]。

2 目标识别与跟踪关键技术

以视觉为基础的目标识别与跟踪，是多个学科交叉结合的结果，具体内容包括计算机视觉、模式识别、图像处理等，该内容在虚拟现实、自主导航等领域中得到了深入应用，其中最为重要的内容当属目标检测分析和目标跟踪两方面。

2.1 目标检测

在目标检测之中，主要任务就是对目标对象进行深度识别，保证目标与背景之间始终处于分离状态，让分离状态下的目标能够成为后续跟踪操作的基础所在。因此，在新时代智能视频监控系统设计之中，相关工作人员应注重目标检测算法性能维护，保证最终的跟踪和识别效果处于最佳状态。需要注意的是，检测目标不同，相应的检测方式同样存在差异性特点，在此过程中，最为常见的有两种形式，即基于前景建模和基于后景建模。例如，在前景建模之中，依靠灰度、纹理等特点，打造表观模型，之后利用分类器做好目标对象的检测操作。后景建模中，出发点在于背景上，做好背景模型与时间模型的相互关联操作，只有这样，才能让当前画面与背景模型放在一起进行对比，以此来获取目标对象。相比之下，基于背景建模的检测方式应用过程比较简洁，能够展示出更高的运算效率，但适用场景并不多，往往需要工作人员将摄像机摆放在固定位置上。基于前景建模检测方式应用，能够在动态环境目标检测中发挥出作用，由于场景不同，所展示的特征表达同样存在差异，对分类器要求较高，实时性效果也无法得到彰显。

2.2 目标跟踪

所谓目标跟踪，主要指当目标对象检测完成后，会出现一些新的画面和帧，此时，系统需要建立对应目标的位置、色彩等匹配特征。一般来说，目标跟踪操作的执行，往往是根据具体的检测步骤确定跟踪形式，常见的跟踪方式有两种，即判别式和生成式。在判别式跟踪方法应用时，重点对背景与前景进行区分，了解具体画面的目标检测内容，以及对象所处的实际状态。判别式跟踪则是依靠学习分类器，突出画面中背景差异情况，整个检测和跟踪过程处于同步状态，相互之间存在密切联系。反观生成式跟踪，主要是以目标检测为基础，实现对前景目标建模操作，制定合理的跟踪策略，预测后续画面中目标对象的实际状态。总的来说，该过程中的检测与跟踪内容处于相互独立状态，时间上二者同样具备顺序性特点。

生成式跟踪方式在应用时，能够做到在复杂场景下获取到更为精准的拟合结果，但在参数估计方面，容易受到局部极值影响，再加上背景信息量巨大，导致智能视频监控系统中的画面与目标对象相似时，便会出现跟踪偏移情况。反观判别式跟踪过程，能够将生成式跟踪中的缺陷弥补，保证信息的有效识别，但受到训练样本选取的影响，会降低算法的性能优势。

3 5G通信关键技术分析

3.1 增强型移动宽带

高速率传输属于是5G技术重要特征点所在，从已经建设完成的5G基站中能够了解到，其传输速率在20 Gbit/s以上，在该类基站帮助下，很多大流量的超高清视频能够在短时间内传输。相比于4G网络中的LTE技术，5G网络存在更多的关键技术应用，进而实现传输效率的大幅提升。常见技术类型如下。

第一，Massive MIMO。5G建设涉及到很多天线矩阵，主要目的是为了让系统中的天线数量大幅增加，以此来提升系统容量。在该类技术帮助下，空间维度能够得到充分利用，帮助人们对空间分辨率进行深度挖掘，还能将小区分簇与波束赋形技术相结合，让信号集中于特定用户群体内，保证空口数据传输速率达到更好状态。

第二，FB-OFDM。在LTE应用时，往往会应用到CP-OFDM技术，实现对多径效应的充分抑制，由于带外泄露问题存在，导致频谱效率受到影响，5G技术依靠FB-OFDM技术与滤波器组的结合应用，能够实现对多个子载波的同时滤波操作，建立起相应的区域数据信号。该技术的优势性特点十分明显，能够与LTE系统处于兼容状态，且在不同场景下，可形成不同的波形函数，支持更多业务开展，获取到更高的频谱效率[2]。

第三，新型调制编码。与传统turbo编码技术相比，在5G系统数据信道设计上，采用的是LDPC编码形式，在控制信道建设时，会应用到polar编码，在上述编码程序帮助下，新空口信道编码效率会得到进一步提升，满足5G业务开展需求，延时率更低，数据传输过程也会变得更加可靠。

第四，上下行解耦。5G网络设定之中，其传输特性设计以C波段为主，针对终端上行发射功率设定了相应限制，在共址设计上，依靠LTE系统1.8G基站。该类基站中，只有核心用户才能获取到5G技术服务内容，在上下行解耦方面，为了让C波段上行覆盖不足问题得到改善，相关人员将LTE低频空闲频谱引入其中，以此来实现5G业务覆盖范围的拓宽。

3.2 边缘计算

边缘计算应用，主要集中在通用服务器部署上，以无线接入形式为主，突出云计算和IT性能。除此之外，在边缘计算帮助下，传输带宽进一步提升，整体延时能够得到有效控制，此种状态之下，业务面可以更好下沉，为本地化以及近距离业务部署创造有利条件。尤其是在视频监控业务开展上，摄像头在获取到高清画面后，会通过流媒体进行回传操作，系统也会将最终的处理结果快速反馈，保证对摄像头的智能化控制。总的来说，边缘计算的应用效果十分明显，在实时性、低延时网络信息访问过程中，具体内容包含以下几方面：第一，无线侧内容缓存。该过程主要是将边缘计算服务器与业务系统对接在一起，常见的业务系统内容有视频监控系统等，并依靠基站完成业务内容的迅速传输，为业务数据分组解析创造有利条件，做好本地缓存等工作。第二，本地分流。用户可以通过边缘计算平台，来获取本地业务的全部内容，之后进行分流操作，该过程并不需要核心网络参与其中，避免访问延时出现，创造更好的业务体验。第三，业务优化。边缘计算服务器能够利用无线侧网络传输，提升数据采集质量参数，并做到对业务质量的动态优化，最终确定最佳的内容分发机制、拥塞策略等内容。

4 基于5G技术的智能视频监控系统设计内容

以5G技术为基础的智能视频监控系统在设计过程中，需要从不同角度和方向着手，确保系统设计的完整性和创新性。

4.1 组网

首先，在通信运营商帮助下，5G智能视频监控系统属性用户能够获得网络接入点，且该类接入点与公共接入点之间存在明显差异性。与此同时，相关人员在登陆时，可利用终端无线传输模块发起登陆请求，以此来提升网络运行速度，优化5G智能视频监控系统性能。其次，当接入点设计好之后，工作人员可通过分组无线业务节点发出查询要求，当运营商接收到请求后，会对无线业务支持节点进行重新分组。与此同时，在网络隧道帮助下，前后无线终端会及时响应，发挥出5G系统的智能视频监控优势。再次，在用户认证时，可利用专用链路保证远程用户的拨号认证，只有在确定用户身份后，系统才能处于正常操作状态。最后，无线终端在获得网络地址后，会根据用户需求传递数据包，构建专网服务通信模式，让信息查询、数据传输等操作能够得到有序开展。

4.2 安全措施

根据实际5G智能视频监控系统分析，安全措施的制定不可或缺，主要涉及到的内容如下：第一，确保通信端专线接入与通信运营商网络处于相互连接状态，此时，私有IP地址同样能够完成广泛连接操作，在隧道技术帮助下，数据包传输安全性能够得到相应维护；第二，当移动网络进入到专业接入点之后，用户会进行相关信息核实，得到正确核实结果后开展后续工作，避免5G智能视频监控系统安全性受到影响；第三，无线终端设备需要与服务平台建立相应的连接关系，依靠终端加密模式，保证数据信息的稳定性，降低泄露、被篡改等问题出现几率；第四，设置防火墙，保证防火墙网络地址的及时更新，并通过端口过滤操作，将一些非法信息排除在外。

4.3 视频终端设备

在5G智能视频监控系统之中，视频终端设备应用显得尤为重要，主要是依靠其音频、视频等信号采集，之后开展各种类型的信号压缩工作，打造数字流模式。与此同时，还可以利用无线网络执行传输任务，确定相应的无线移动传输终端。不同视频终端设备对应着不同的信息传输模式，为了避免峰值速率、参数等不受任何影响，工作人员应做好视频信息传输质量控制操作，以此来确保整个系统的安全应用[3]。

4.4 核心网排查工作的开展

实际5G智能视频监控系统应用时，其核心在于PS域核心网设备，这其中还涉及到一些其他设备和技术，如：路由器、SGSN等，在这些技术设备帮助下，5G智能视频监控系统运行效果能够处于稳定状态，更好地满足使用者使用需求。除此之外，系统还能通过对多种跟踪口令发送，检查5G智能视频监控系统的运行状态，了解各项业务内容的开展情况，针对其不足之处进行合理调整，让5G智能视频监控系统性能始终处于最佳状态，整个运行系统也会朝着更加完善的方向发展。需要注意的是，开展核心网排查任务时，工作人员应重点查看路由器节点等内容，看其是否存在故障现象，当终端不能正常访问时，相关人员同样需要开展全面排查操作，维护监控系统的使用性能。