無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)打造視頻監控新模式

　　視頻監控接入方式由有線(xiàn)轉入無(wú)線(xiàn)是一種必然趨勢。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的日益發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)應用越來(lái)越被各行各業(yè)所接受。無(wú)線(xiàn)監控作為一個(gè)特殊使用方式也逐漸被廣大用戶(hù)看好。其安裝方便、靈活性強、性?xún)r(jià)比高等特性使得更多行業(yè)的監控系統采用無(wú)線(xiàn)監控方式，建立被監控點(diǎn)和監控中心之間的連接。無(wú)線(xiàn)監控技術(shù)已經(jīng)在現代化小區、交通、運輸、水利、航運、治安、消防等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

　　視頻圖像傳輸無(wú)線(xiàn)化打破了傳統同軸電纜和光纖圖像監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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的視頻監視系統應運而生。無(wú)線(xiàn)視頻傳輸技術(shù)的發(fā)展已對無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的架構和協(xié)議產(chǎn)生了深遠的影響，但由于無(wú)線(xiàn)信道帶寬資源有限，干擾因素多，而視頻信號數據量大，實(shí)時(shí)性要求高等問(wèn)題。

　　無(wú)線(xiàn)傳輸三大優(yōu)點(diǎn)

　　1、綜合成本低，只需一次性投資，無(wú)須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠及已裝修好的場(chǎng)合;在許 多情況下，用戶(hù)往往由于受到地理環(huán)境和工作內容的限制，例如山地、港口和開(kāi)闊地等特殊地理環(huán)境，對有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、有線(xiàn)傳輸的布線(xiàn)工程帶來(lái)極大的不便，采用有線(xiàn)的施工周期將很長(cháng)，甚至根本無(wú)法實(shí)現。這時(shí)，采用無(wú)線(xiàn)監控可以擺脫線(xiàn)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(diǎn)。

　　2、維護費用低，無(wú)線(xiàn)監控維護由網(wǎng)絡(luò )提供商維護，前端設備是即插即用、免維護系統。

　　3、無(wú)線(xiàn)監控系統是監控和無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的結合，它可以將不同地點(diǎn)的現場(chǎng)信息實(shí)時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊手段傳送到無(wú)線(xiàn)監控中心. 在無(wú)線(xiàn)監控系統中，無(wú)線(xiàn)監控中心需要實(shí)時(shí)得到被監控點(diǎn)的視頻信息，并且該視頻信息必須是連續、清晰的。在無(wú)線(xiàn)監控點(diǎn)，通常使用攝像頭對現場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，攝像頭通過(guò)視頻無(wú)線(xiàn)傳輸設備相連，并通過(guò)由無(wú)線(xiàn)電波將數據信號發(fā)送到監控中心。

　　無(wú)線(xiàn)視頻監控傳輸技術(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(diǎn)則是充分利用帶寬資源來(lái)實(shí)現可靠傳輸，即容錯傳輸技術(shù)。這里討論在無(wú)線(xiàn)信道上的視頻傳輸機制，其主要的研究點(diǎn)是容錯傳輸控制。容錯傳輸控制技術(shù)根據其控制方式的不同可以分為三大類(lèi)：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(Forward Error Control，FEC)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(Reference Picture Selection，RPS)機制、混合ARQ(Hybrid，HARQ)機制和基于A(yíng)RQ的反饋錯誤跟蹤技術(shù)。由于基于A(yíng)RQ的容錯傳輸控制技術(shù)具有優(yōu)良的性能，所以在此重點(diǎn)介紹ARQ相關(guān)的傳輸控制技術(shù)，并討論現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(lái)克服信道錯誤。在信道出錯概率波動(dòng)比較劇烈的情況下(如現有的移動(dòng)信道)，為了獲得一定的傳輸質(zhì)量，前向糾錯編碼必須根據當前估計的最差情況來(lái)增加冗余校驗比特，這會(huì )導致帶寬資源的浪費。對帶寬資源本來(lái)就有限的無(wú)線(xiàn)信道而言，顯然是不能滿(mǎn)足要求的。為此，考慮把ARQ技術(shù)和前向錯誤控制結合起來(lái)，稱(chēng)為HARQ技術(shù)。HARQ分為兩類(lèi)：I類(lèi)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)現錯誤后，首先利用前向糾錯編碼來(lái)糾正錯誤。如果錯誤被糾正，則向發(fā)送端傳送一個(gè)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，則繼續發(fā)送下一個(gè)數據包，否則，則重發(fā)出錯的數據包。由此可見(jiàn)I類(lèi)ARQ需要較強的前向糾錯編碼，在錯誤率較低的應用場(chǎng)合會(huì )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(lèi)型ARQ機制更好的吞吐效率。Ⅱ類(lèi)ARQ中只要求前向糾錯編碼具有檢錯能力即可，根據關(guān)于信道編碼糾錯能力的理論可知，這可以起到節約帶寬的作用。當接收端發(fā)現錯誤后，發(fā)送重傳請求;發(fā)送端只傳送出錯數據對應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，則繼續發(fā)送重傳請求，發(fā)送端可以選擇重傳整體出錯數據和校驗碼，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整。鑒于無(wú)線(xiàn)信道錯誤率高，具有反饋信道的無(wú)線(xiàn)傳輸通常采用HARQ-I。圖2顯示了采用HARQ-I的無(wú)線(xiàn)視頻傳輸系統，圖中虛線(xiàn)框代表了傳輸中錯誤控制的流程。根據HARQ-I的設計原理，接收端發(fā)現錯誤后，首先進(jìn)行前向錯誤糾正(圖中第一層錯誤屏障)，如果不能糾正且當前系統滿(mǎn)足時(shí)延限制，則發(fā)送ACK請求來(lái)讓發(fā)送端重傳出錯部分的數據(第二層錯誤屏障)。這樣的重傳可以重復到接收端收到正確的數據或者重傳延遲超出系統時(shí)延限制為止。如果重傳結束后仍然不能得到正確的數據包，在接收端就會(huì )用錯誤隱藏技術(shù)來(lái)進(jìn)行錯誤恢復(第三層錯誤屏障)?？梢钥闯?，這種機制的基本思想是出錯后盡量使用ARQ技術(shù)來(lái)恢復錯誤，所以這里將其命名為“盡力而為”ARQ機制(Best Effort ARQ，BEA，RQ)。

　　由于視頻信號具有較強的時(shí)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(lái)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(dòng)密切相關(guān)，一般而言，對紋理比較平緩和運動(dòng)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(lái)重傳這部分視頻，顯然會(huì )造成帶寬上的浪費。

　　為了克服這種帶寬上的浪費，在實(shí)際應用中，由于信道的錯誤率和重傳次數有密切的關(guān)系，而每次重傳都要耗費一定帶寬，所以成功傳輸一個(gè)數據包需要的帶寬和信道錯誤率相關(guān)?？紤]到這個(gè)因素，利用帶寬一失真代價(jià)函數的概念，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當予以重傳的準則。在此基礎上，采用優(yōu)化的端對端傳輸機制，該機制中通過(guò)在編碼端根據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，解碼端根據這個(gè)模式信息來(lái)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(lái)的帶寬資源浪費，提高了系統帶寬使用效率。

　　在文中提出了有損信道視頻傳輸中的帶寬一失真(Bandwidth-Distortion，B-D)模型，該模型是R-D模型在考慮了信道錯誤后的對偶模型，有著(zhù)和R-D相近的形式。一個(gè)視頻傳輸系統，其性能主要從兩個(gè)方面來(lái)衡量：吞吐效率和接收端重建失真。

　　無(wú)線(xiàn)視頻監控三個(gè)重要階段

　　根據近年來(lái)網(wǎng)絡(luò )視頻監控業(yè)務(wù)運營(yíng)實(shí)踐、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控技術(shù)的發(fā)展及不同用戶(hù)群對無(wú)線(xiàn)視頻監控的需求程度的發(fā)展，筆者認為，今后國內無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控業(yè)務(wù)的發(fā)展將會(huì )經(jīng)歷以下三個(gè)階段：

　　第一階段：以行業(yè)大客戶(hù)無(wú)線(xiàn)視頻監控應用為主的行業(yè)典型應用階段

　　目前，高端行業(yè)用戶(hù)的監控系統如國內的平安工程、交通的道路監控、檢驗檢疫的電子監管視頻監控等，多為大型化的城域性甚至全國性的行業(yè)視頻監控系統。高端行業(yè)用戶(hù)現在大多處在建設大型視頻監控項目的初期，其對監控系統的要求很高，不僅包括了有線(xiàn)側圖像能夠實(shí)時(shí)看得清、錄像存得好、云臺控制等指令響應得快等，同時(shí)還增加了對無(wú)線(xiàn)視頻采集(如交通巡邏、平安城市移動(dòng)巡邏、城管移動(dòng)巡邏與執法等)及移動(dòng)視頻觀(guān)看和控制的應用要求。

　　由于當前能夠實(shí)現盈利的運營(yíng)商視頻監控平臺基本都處于第一階段行業(yè)用戶(hù)上，政府、金融和電信仍是視頻監控主要的應用領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控與具體行業(yè)的深度融合將成為網(wǎng)絡(luò )視頻監控市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢。

　　第二階段：以商業(yè)監控的創(chuàng )新性應用為主和部分家庭推廣的小眾化應用階段

　　中小型商業(yè)用戶(hù)不僅是傳統有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控業(yè)務(wù)的另一個(gè)潛在的大規模用戶(hù)群，也是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控應用的另一重要領(lǐng)域。這類(lèi)用戶(hù)是指有分布式監控訪(fǎng)問(wèn)要求的小型商店、中等規模連鎖商業(yè)組織、醫療、教育機構等。由于用戶(hù)具有移動(dòng)性、遠程移動(dòng)接入及對工作效率高要求等特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控業(yè)務(wù)在該類(lèi)應用中的滲透率將有較高的起點(diǎn)和較大的提升空間。

　　商業(yè)用戶(hù)對無(wú)線(xiàn)視頻監控的業(yè)務(wù)需求除了移動(dòng)視頻查看等基礎的監控業(yè)務(wù)需求外，往往還需要監控系統與企業(yè)的業(yè)務(wù)系統相結合，比如醫療有可能會(huì )利用視頻監控平臺開(kāi)展移動(dòng)遠程醫療服務(wù)(如救護車(chē)上的應急診斷與救護)、銀行會(huì )利用運鈔車(chē)的移動(dòng)視頻監控進(jìn)行管控、學(xué)校會(huì )利用監控平臺進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電化教學(xué)、無(wú)線(xiàn)電子監考等應用。

　　對商業(yè)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，與自身業(yè)務(wù)結合良好的無(wú)線(xiàn)視頻監控平臺是很好的擴展業(yè)務(wù)的手段，因此運營(yíng)商對商業(yè)客戶(hù)的引導策略應該是搭建平臺，尋找廣泛的集成商共同開(kāi)發(fā)面向客戶(hù)的商業(yè)應用。如果電信運營(yíng)商積極引導開(kāi)發(fā)適應商業(yè)用戶(hù)的殺手級監控應用，用戶(hù)群的規模將很快得到拓展。

　　第三階段：以廣泛的個(gè)人和家庭應用、商業(yè)和行業(yè)應用全面開(kāi)花，無(wú)線(xiàn)視頻監控與視頻的其它應用如IPTV、視頻會(huì )議和語(yǔ)音業(yè)務(wù)等應用相融合的大眾化普遍應用階段。

　　視頻監控系統的發(fā)展一直是以應用的便捷性、技術(shù)的先進(jìn)性為方向。無(wú)線(xiàn)視頻監控系統無(wú)論是應用、技術(shù)還是發(fā)展環(huán)境上都具備獨特的魅力和優(yōu)勢，必然在視頻監控領(lǐng)域占據一定的比例，預計在未來(lái)的幾年內將會(huì )獲得較快的發(fā)展速度。