告别石器时代 4G使高清远程无线监控成为可能

　　在每秒30帧的720P，甚至每秒60帧的1080P高清编解码技术在视频监控领域获得大量普及的今天，远程视频无线监控却依旧停留在每秒5-8帧的QVGA“视频旧石器时代”;但即使是这样可怜的画质也未必能让人获得流畅的体验，卡顿和花屏时刻刺激着观看者的神经;而解码性能高超的智能大屏手机只有在本地WLAN的环境下才能炫耀下其移动高清监控的能力——这就是3G时代远程视频无线监控所面临的尴尬现状。

　　2013年12月4日工信部给三大运营商下发了4G运营牌照，这意味着4G开始进入全面商用化的时代。那么4G技术是否有望带领我们进入远程无线监控的“视频信息化时代”呢?

　　宇视研发测试中心部长周迪

　　4G无线网络的优势

　　远程视频无线监控组网包含前端(摄像机、DVR、NVR)无线接入和后端(客户端，例如手机)无线接入，前者占用无线的上行带宽，而后者消耗无线的下行带宽。以目前常见的编码压缩算法H.264MainProfile计算，720P实时视频至少需要2Mbps(以下用“M”表示“Mbps”)才能获得“高清”的视觉效果，而1080P全高清视频则需要4M码率。

　　3G时代，电信CDMAEVDORev.A的上下行带宽分别为1.8M和3.1M(后继B版本升级到9.3Mbps)，移动TD-SCDMA的上下行带宽分别为1.6M和2.8M，联通WCDMA的上下行带宽分别为5.7M和7.2M(HSPA)或28M(HSPA+)。由此可见，即便以理论带宽计，3G也只能勉强满足高清无线监控的后端接入，前端接入则大多不可行;而实际的应用效果则更不理想。但4G有希望解决带宽的问题，由于其扩展了有效频谱，且提高了频谱的利用率，并采用MIMO(多输入多输出)等技术，使得带宽获得极大的提升。4G的两大阵营LTE-Advanced和IEEE802.16m都可以提供至少100M下行和30M上行的速率，足以满足高清视频的传输需求。

　　高清视频对丢帧十分敏感，损坏一个P帧(或因为丢包导致P帧部分消息丢失)会导致该帧以及后续GOP内的所有P帧无法解码，若损坏I帧则后果更加严重。分层编码技术可以改善这种情形，但无法解决根本性问题。所以具有重传排序能力的TCP传输协议在无线监控中非常普及。但TCP协议对丢包率和时延极其敏感：200ms的时延和1%的丢包率，TCP的传输能力不足600Kbps;如果将时延提升至100ms，则TCP传输能力可提升至1.1M;如果再将丢包率降低到0.01%，则TCP传输能力进一步提升至11.7M。3G的高误码率和高时延是3G无法支撑高清视频的另一个重要因素。而4G采用正交频分复用(OFDM)的调制技术，智能天线技术和MIMO技术，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，提高了误码率并减少了数据传输时延，有效的保障了TCP传输的效率。

　　无线视频监控的带宽会随着用户数的增加而急剧下降是3G系统的另一个突出问题。在CDMA系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，这就是多址干扰存在的根源，随着用户数的增加或信号功率的增大，多址干扰就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰;传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰能力较差。4G采用多用户检测技术，在传统检测技术的基础上充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。

　　视频解码是一个非常耗电的应用，在手机电池容量未能获得大幅提升的现状前，高清视频监控对手机电量的消耗问题不可小觑。4G移动通信系统采用的多载波正交频分复用调制技术以及单载波自适应均衡技术等可以有效延长用户终端电池的续航时间。

　　视频的高清化同时意味着流量的增加。在3G时代，流量资费相对昂贵。由于4G通信解决了与3G通信的兼容性问题，升级相对容易;4G通信能提供灵活性非常高的系统操作方式，相对其他技术来说部署起来容易迅速得多;同时在建设4G通信网络系统时，运营商们会考虑在3G通信网络的基础设施之上采用逐步引入的方法，有效地降低运营者和用户的费用。这些特点保证了4G会比3G具有更低的投入成本，使4G的流量资费降低成为可能，从而从成本上保证了高清远程无线监控的应用。

　　4G无线网络的应用

　　4G的如上优势将使得高清远程无线监控的落地成为可能，并给各个行业的工作方式带来重大变革。

　　公安、城管执法巡逻车监控。每辆警车上安装4G车载警用高清摄像头，对案发现场进行实时摄像，并通过4G网络同步传输到指挥中心，使指挥中心工作人员第一时间了解现场真实情况，为案件及时处理和迅速侦破创造信息条件。

　　公交车、大巴监控。在车前、车身、车门、车尾分别安装高清摄像头，利用移动4G网络实现高清视频实时上传至中心平台，监控中心通过对讲实现对突发事件的远程调度，通过录像实现车内盗窃及交通事故的高清视频取证，同时利用GPS定位增强公交运营调度。

　　出租车监控。为满足出租车日常运营管理的需求，针对于出租车司机的人生安全保护、驾驶规范性监管、乘客行为监督、以及乘客物品遗留车上车辆等录像取证，在每辆出租车的车内安装4G高清摄像头，进行录像取证，起到威慑作用，并上传至统一调度中心，监控中心可通过对讲实现对突发事件报警联动，同时利用GPS定位增强出租车运营调配。

　　教练车监控。主要应用于驾校培训和考试监督，每辆教练车的车内安装4G摄像头，实时记录学员的驾驶行为和教练员的授课过程，规范学员驾驶操作、监督教学过程，同时对考试过程进行全程监控，实时上传至监控中心平台，监控中心可通过对讲实现远程指挥，同时利用GPS定位教练车。

　　小商铺联网监控。自主购物的商店、店铺、连锁店的普及为广大群众提供了生活便利，但同时也给某些素质较差的社会人员的顺手牵羊提供了机会，给商店、店铺、连锁店带来一定损失。高清视频监控可以发挥其还原事情真相的作用，保护小商铺的安全。通过4G组建的商铺110联网，能够避免网络覆盖限制和安装周期限制，随时随地部署高清视频监控网络，商铺租用或者一次性买断接入监控网络，保障营业安全。

　　平安工地监控。针对施工工地偏远，有线网络无法到达，3G无线带宽低的难题，结合安全生产远程监控的需要，采用4G无线高清视频监控技术，可实现对工地施工质量和进度的实时监控，确保物料和设备财产安全，提高施工工地的综合管理水平。

　　教育局安全接送车视频监控。

　　为防止学生接送车超载、加强对学生接送车的安全管理，越来越多的社会学生接送车开始安装车载录像监控系统。安装监控系统后，通过对学生接送车行驶过程中驾驶员的驾驶行为、车辆运行状况、道路的路况以及车辆遇险等信息进行即时录像，可以促进学生接送车驾驶员服务规范，减少各类违章行为发生，切实保障学生的上放学安全。通过4G网络承载的车载监控系统具备视频监控、车辆GPS定位、车载媒体播放等多重功能，不但能够实时向监控中心回传车内信息，同时指挥中心也能够实现远程监控，做到对校车的全程掌控动态管理。

　　环保监控。针对有线网络不可达的偏远地区污染源，通过在排污口、烟囱附近等地安装4G环境监测传感器，对污染企业、重要水体及周边环境进行实时浏览、数据监测与分析，实现环保监测远程化、可视化、一体化。

　　旅游监控。旅游景点普遍分布比较偏远，有线网络无法到达，4G旅游监控覆盖范围广泛，提供高高清视频浏览，结合智能分析、广播系统、周界报警系统，实现监控中心对景区全方位监管，有效解决地域性问题。此外，该系统可为旅游管理部门提供景区实时运营情况，游客也可实时查看景点信息，合理安排出行计划。

　　城市公共设施监控。针对城市公共设施被盗窃、人为损坏等问题，4G城市公共设施监控，可实现城市公共设施安全远程无线实时监管，对比常规有线视频监控，成本低、建设周期短实施难度小、免除破路布线对城市环境影响。

　　应急指挥。4G应急指挥通过在应急现场与指挥中心之间建立一条高速的4G无线网络，在现场布设便携式高清摄像头和移动会议终端，实现现场高清视频、可视对讲。应急指挥中心人员可完全掌握现场每个角落的实时情况，并通过视频指挥系统进行现场指挥调度，控制事态发展，减少损失、保护生命和财产安全。

　　急救车监控。120急救车监控是在病人在急救车接送过程中，将病人的体征数据及时传到医院，利用4G即传即摄功能，实现了急救车内和医院间的视频会议，进行远程会诊，并对急救人员作出更高效的指导。平台充分利用4G的无线性、高速率、实时性三方面的优势，大幅度提高了院前急救效率。

　　远程医疗。针对远程医疗中需要专家提供远程指导的需求，结合移动4G无线高速网络技术，实现在移动医疗设备上展示高清造影影像，会诊专家即使不在会诊中心，也可随时随地通过移动医疗设备远程参与治疗方案讨论和远程指导。

　　遥感应用。遥感应用工程业务涉及国土、测绘、规划、水利、农业、林业、环保、应急救灾等行业，分为摄影测量与遥感(测图控制、地物及地貌调绘、航空摄影测量、卫星摄影测量)、地形数据采集与编辑(全野外地形数据采集与编辑、地图数字化)等若干板块，在实际工程开展中，可通过4G技术实现遥感数据的高速回传，极大提升遥感应用工程的效率。

　　现场直播。针对新闻记者现场采访和重大事件现场直播的需求，传统依靠卫星或微博传播，价格昂贵，通过4G移动网络，将摄影师手中摄像机通过高清编码视频直接传输到电视台转播设备上。

　　结束语

　　4G高带宽无线网络的覆盖，给视频监控业务的进一步发展打开了前所未有的良好局面，并推动着各个行业的信息化改造，极大的提高其运作效率，提升其服务质量。