轨道交通视频技术实验塞 基于Ｌ Ｔ Ｅ技术的 无线视频监控业务 焦阳：深圳中兴力维技术有限公司，行业总监，广东深圳，５１ ８０５７ 摘要：ＬＴＥ技术被视作从３Ｇ向４Ｇ演进的主流 技术。从ＬＴＥ的定义和应用领域等方面系统分 析ＬＴＥ技术在视频监控领域的应用，并提出 ＬＴＥ无线配置建议。视频监控系统前端设备工 作过程中，有３种类型的数据需要上传到视频 监控平台，分析这５种业务数据流对ＱｏＳ的不 同要求。 关键词：ＬＴＥ技术；无线监控；３Ｇ；ｑｏＳ分析 目前无线视频监控业务发展受限于带宽不足：一 方面网络摄像机的推广普及和编码算法的进步，使高清 视频监控应用日益广泛，用户对图像质量的要求越来越 高；另一方面现有的３Ｇ带宽资源非常紧张。普通３Ｇ基 站一般有３个扇区，运营商需要优先满足个人用户的数 据业务，每个扇区能够预留给行业用户进行无线视频监 控的带宽资源仅有２ Ｍｂ／ｓ左右。带宽资源紧张且成本高 昂，导致当前无线视频监控业务只能通过降低图像分辨 １概述 率和帧率等参数来适应带宽条件。由于无线网络的延时 抖动等问题，影响图像质量，无法获取良好的用户体 随着通信技术的不断发展，我国移动数据业务进入 验，影响无线视频监控业务的发展。 高速发展阶段。从２００９年起，中国移动、中国联通、 ＬＴＥ技术作为３Ｇ技术的长期演进，具有１００ Ｍｂ／ｓ数 中国电信三大电信运营商推出３Ｇ业务，经过２年的推广 据下行、５０ Ｍｂ／ｓ数据上行的能力，被视作从３Ｇ向４Ｇ演 使用，３Ｇ业务大幅增加。根据Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ的调 进的主流技术。未来即将成熟的ＬＴＥ—Ａ技术，能够具有 查，截至２０ｌ２年第一季度，我国的３Ｇ接人总量接近２．５ 下行１ Ｇｂ／ｓ、上行５００ Ｍｂ／ｓ带宽。因此，基于ＬＴＥ技术的 亿。电信运营商还在不断向该领域投入巨资进行基础建 无线视频网络带宽完全可以与有线媲美，而无线技术固 设，以提供更多的移动数据带宽资源。 有的优势，如不用敷设线缆，能快速部署和建网，支持 ＣＨＩＮＥＳＥＲＡ／ＬＷＡＹＳ ２０１２／０８ ： 磊曼 一７７— 移动监控，使得基于ＬＴＥ技术的无线视频监控会得到越 播信号即摄即传业务、远程医疗救护、智能公交、公安 来越广泛的应用。 巡逻车、特种车辆监控等，由于无法部署有线网络，只 能基于无线网络开展业务。在ＬＴＥ技术成熟后，通过采 集车辆内外视频信息，并辅以ＧＰＳ卫星定位系统，可对 ２ ＬＴＥ技术在视频监控领域的应用 ＬＴＥ技术具有高带宽、低延时、低成本等优势，在 行驶中的车辆进行有效管理，并沿路收集有效信息。在 网络建设完成后，可以极大地丰富电信运营商的无线带 医疗救护领域，可通过ＬＴＥ技术将救护车上患者的视频 宽资源，比目前的３Ｇ网络更加适合大规模开展无线视频 图像、身体指标实时传输到急救中心，在病人到达医院 监控业务。 ＬＴＥ系统定义了频分双工（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉ ｓｉｏｎ ＤＵＰｌｅｘｉｎｇ，ＦＤＤ）和时分双工（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉ ＳｉＯｎ Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ，ＴＤＤ）２种方式。ＦＤＤ是在分离的２个对称频 率信道上进行接收和发送，用保护频段分离接收和发送 信道。ＦＤＤ必须采用成对的频率，依靠频率区分上下行 链路，其单方向的资源在时间上是连续的。ＦＤＤ在支持 对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对 称业务时，频谱利用率将大大降低。ＴＤＤ用时间来分离 接收和发送信道。在ＴＤＤ方式移动通信系统中，接收和发 送使用同一频率载波的不同时隙作为信道承载，其单方 向的资源在时间上是不连续的，时间资源在２个方向进 行分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的 时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须 协同一致才能顺利工作。 在无线视频监控的监控前端，ＬＴＥ通信终端可选择 ＣＰＥ设备（室内或室外，取决于部署地点）及ＬＴＥ无线 模块，其中ＣＰＥ设备可接人多台视频监控终端，ＬＴＥ无 线模块可以嵌入到单独的编码器或网络摄像机中。相比 较而言，ＬＴＥ无线模块产品集成度高，无需独立供电； ＣＰＥ方式的优势是所有ＬＴＥ通信部分功能被集成在ＣＰＥ设 备中，网络摄像机只要接人ＣＰＥ设备即可，无需过多关 注通信方面。ＣＰＥ方式可在一个ＣＰＥ模块下接入多台设 备共享ＬＴＥ链路，尤其适合于多台标清网络摄像机共用 一条ＬＴＥ链路。ＬＴＥ无线模块方式是网络摄像机集成ＬＴＥ 无线模块，因此网络摄像机设计难度相对较大，但去掉 了ＣＰＥ设备，安装部署相对简单。 ＬＴＥ技术带来的带宽增长，可以极大地拓展无线视 频监控的应用，主要包括两方面。（１）适用于偏远地 区的视频监控，如矿山、油田、林业等行业及施工工地 的视频监控，这类地点网络布设难度大，成本高，适合 采用无线方式。（２）移动视频监控业务。高清晰度广 一７８一 之前做好充分准备，提高患者抢救成功率。 随着ＬＴＥ在各行各业的逐渐渗透，结合物联网、云 计算等新技术，类似的特色业务将会有爆发性增长。 ３ ＬＴＥ无线配置建议 ＬＴＥ引入了正交频分复用技术（ＯＦＤＭ）、多输人 多输出（ＭＩＭＯ）、６４ＱＡＭ高阶调制等新概念，可提供 给用户更加充裕的网络带宽、更低的网络时延，单向网 络时延可低于５ ｍｓ。ＬＴＥ技术中，以ＴＤ—ＬＴＥ为例，可通 过调整上下行时隙转换点提高下行时隙比例，能够很好 地支持非对称业务，体现视频监控中采用不同的视频编 码格式所推荐的带宽要求（见表１）。 表１ 视频格式及带宽要求 无线配置采用下行２ Ｘ ２ ＭＩＭＯ ６４ＱＡＭ／上行ＳＩＭＯ １６ＱＡＭ，针对无线视频监控业务特点，推荐采用ｌＤＬ： ３ＵＬ子帧配置，单小区峰值上行速率２６．２９０ Ｍｂ／ｓ，单小 区峰值下行速率４７．０７２ Ｍｂ／ｓ。 视频监控存储方式分为本地存储和中心存储。对于 视频录像要求高安全等级的用户，一般采用中心存储方 案，前端设备会一直将实时视频数据传输到中心机房的 存储服务器上进行存储。以单扇区上行容量为２０ Ｍｂ／ｓ 为例，如果单路摄像机采用占用４ Ｍｂ／ｓ（７２０Ｐ）， 则单扇区可承载５路７２０Ｐ高清视频；如果摄像机采用 １ Ｍ～１．５ Ｍｂ／ｓ（Ｄ１），则单扇区可承载ｌ３～２０路Ｄ１格式标 （二 Ｂ ｃｈ｜ＮＥＳＥ ＲＡ／ＬＷＡＹＳ ２０１２ Ｏ８ 清视频；如果摄像机采用５１２ ｋｂ／ｓ（ＣＩＦ），则单扇区可 承载４０路ＣＩＦ格式视频。 当视频流采用２４小时中心存储或用户浏览每一路 摄像机的实时视频时，每一路的视频数据都需要实时传 输，这种情况下动态创建和默认创建方式对空口带宽利 ４ ＱｏＳ分析 用率是一样的。采用动态或默认创建方式创建专用承 如果采用前端设备本地存储，摄像机不需要实时 载，基站单扇区能承载的视频流数量相同。 将视频流传输到中心存储。只有当客户端请求询问某个 当视频数据本地存储时，如果采用动态方式创建专 前端设备的录像文件时，才会通过ＬＴＥ网络上传到客户 用承载，只有当客户端请求浏览摄像机的实时视频或调 端。这时本地存储的视频流文件以Ｎｏｎ—ＧＢＲ承载上传， 单扇区基站能够承载的视频路数基本不受限制。此外还 可以设置告警触发存储，在发生告警时，由前端设备将 告警发送到中心平台，中心平台获取前端设备的实时视 频流并存储，在告警消除一段时间后，停止录像，这样 既满足了突发事件时实时记录视频的要求，又可以节省 带宽资源。 在前端设备工作过程中，有３种类型的数据需要上 传到视频监控平台：（１）控制信令。控制信令可以细 分为２种。一种是前端设备和中心管理平台接人服务器 建立的连接，主要包括心跳消息、云台和镜头控制、 告警信息等；一种是前端设备和流媒体服务器之间的流 媒体控制消息，例如请求实时视频、查询录像、录像回 放、停止实时视频的信令等。（２）从前端设备实时上 传的音视频数据或客户端直接远程播放前端设备本地保 存的录像文件，后者ＱｏＳ要求低于前者。（３）从前端 设备向客户端或流媒体服务器上传本地保存的音视频文 件。这３种业务流的优先级从高到低。 上述３种业务数据流对ＱｏＳ要求不同，需要在ＬＴＥ网 络建立不同的专用承载进行传输，使不同类型业务数据 ＩＰ报文能映射到不同等级的专用承载。为了实现这一目 的，需要使用上行ＴＦＴ模板对ＩＰ报文进行分类，分类基 于源或目的ＩＰ地址五元组（源ＩＰ地址、源端口号、目的 ＩＰ地址、目的端口号和传输层协议号）实现。因此，需 要不同业务流的ＩＰ报文能够基于ＩＰ五元组进行识别。 专用承载建立方式可以分为动态创建和默认创建。 动态创建是当视频服务器请求该类型的业务流时才创建 专用承载；默认创建则是前端设备接人ＬＴＥ网络时，随 着默认承载建立的同时而建立的专用承载。动态创建是 在需要时才创建，而默认创建无论是否需要传输业务数 据都创建。这两种创建方式对空口带宽利用率取决于用 户浏览实时视频的习惯及视频的存储模式等。 ＣＨＩＮＥＳＥＲＡＩＬＷＡＹＳ ２０１２／０８．［二 磊曼 ｆ 用存储在本地的录像时，才会建立专用承载。当用户停 止浏览实时视频或本地录像回放时，则删除建立的专用 承载。因此当视频采用本地存储或用户随机浏览一部分 摄像机的实时视频时，动态创建方式能充分利用空口带 宽，技术人员需要根据用户实际的使用习惯选择动态创 建方式还是默认创建方式。 ５结束语 采用ＬＴＥ技术可有效解决当前无线视频监控面临的 主要问题，为用户在低成本下提供高清晰度的视频体 验，可以适用于车载、即摄即传、工地及其他偏远地区 视频监控等行业，未来必将极大地带动无线视频监控业 务的发展。 责任编辑王小红 收稿Ｅｌ期２０１２－０７－－２３ ．．７９．．
