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基于5G的智能视频监控系统分析与研究

发表时间：2020/11/11 来源：《基层建设》2020年第22期作者：曹务强

[导读] 摘要：文章以5G时代的来临为背景，首先对5G技术进行了分析，其次概括性地叙述了监控系统所面临挑战，最后提出了利用相关技术对系统加以设计的方案，以期可以在某些方面给人以启发，将5G技术所具有价值，在系统设计过程中进行最大程度的呈现。

        山东省济宁市汶上县刘楼镇政府山东济宁 272505
        摘要：文章以5G时代的来临为背景，首先对5G技术进行了分析，其次概括性地叙述了监控系统所面临挑战，最后提出了利用相关技术对系统加以设计的方案，以期可以在某些方面给人以启发，将5G技术所具有价值，在系统设计过程中进行最大程度的呈现。
        关键词：监控系统边缘计算5G技术
        引言
        随着我国计算机网络技术和数字视频技术的快速发展，有效推动了我国视频监控系统的革新，传统的以2G、3G、4G技术为核心的智能视频监控系统已经无法满足人们的需求，人们需要一种能高效监督和实时控制的智能视频监控系统来实现更高效、更智能化的视频监控，对此，就需要采用5G技术构建智能视频监控系统，原因在于5G技术是一种以超高可靠超低时延通信、增强型移动宽带通信和大规模机器通信为典型特征的新一代蜂窝移动通信技术，利用其构建智能视频监控系统，对提升系统传输速率和监控质量均有重要的意义。基于此，本文特简述了5G技术在智能视频监控系统建设过程中的重要性，并分析了基于5G的智能视频监控系统组成和关键过程、技术等，以期能提高人们对基于5G的智能视频监控系统的认识。
        1 5G技术在智能视频监控系统建设过程中的重要性
        1.1实现可移动性监控点，借助无线网络，可在移动环境下监控无线范围内的视频。
        1.2实现广覆盖性监控点，5G技术移动网络的覆盖性较广，在建设智能视频监控系统过程中，更易于建设人员在一些特殊区域(如方便接入有线宽带且高成本的区域)部署监控点，从而有助于提高智能视频监控系统适用范围。
        1.3可实现远程移动控制，借助移动客户终端，不仅能使相关人员远程查看监控视频，同时还能实现远程移动控制和指挥，从而能预先控制现场意外事件发生率。
        2 5G技术分析
        2.1边缘计算
        该项技术强调的是在服务器内部接入无线，保证靠近用户侧，具备云计算、IT等功能。研究表明，MEC所提供传输，通常满足低时延和高带宽的特征，以下沉业务面为依托，为本地化业务提供支持，尤其是对监控而言，MEC的作用主要表现为提高摄像头对画面进行采集的频率，实时处理并回传流媒体，使摄像头得到智能控制等。现阶段，MEC所涵盖内容，包括业务优化、本地分流、网络开发和内容缓存。
        2.2增强型宽带
        5G技术的关键特征之一是高速率传输，5G基站峰值理论速率要求不低于20Gbit/s，对于3D/超高清视频等大流量移动宽带业务可以支持实现。与4G LTE技术相比，5G将采用更多先进的关键技术实现高速率传输目标。（1）Massive MIMO：5G采用大规模天线阵增加天线数量来提升系统容量，充分利用空间维度，深度挖掘空间分辨率，同时波束赋形技术与小区分裂、小区分簇相结合，可实现将信号强度集中到特定区域和特定用户群，从而提升空口的数据传输速率。（2）FB-OFDM：LTE采用CP-OFDM技术有效抑制多径效应，但是产生的带外泄露降低了频谱效率，5G技术采用基于滤波器组的正交频分复用FB-OFDM技术，通过滤波器组对传输带宽里的多个子载波进行滤波，形成时域数据信号。该技术优势可与LTE系统兼容，不同场景可选择不同的波形函数，支持业务种类多，带外泄露小，有效提升频谱效率。（3）新型调制编码：和之前采用turbo编码技术相比，5G系统数据信道采用LDPC编码，控制信道采用polar编码，可以进一步提升新空口的信道编码效率，适应5G业务高速率、低时延和高可靠的数据传输要求。（4）上下行解耦：由于5G采用的是C波段传输特性，且终端上行发射功率有限制，对于共址采用LTE系统1.8G的基站，只有基站核心用户才能享用5G技术服务，上下行解耦是通过利用LTE低频空闲的频谱来弥补C波段在上行覆盖上的不足，确保5G基站下行覆盖范围内用户均能实现5G业务。
        3基于5G的智能视频监控系统分析
        3.1所面临挑战
        第一，如何保证隐私与网络安全的平衡，只有保证二者平衡，才能实现分布式处理；第二，如何对平台功能进行集成，兼具数据压缩与分析功能的平台，可为所提供检索的有效性提供保证；第三，如何提高感知部分的智能化水平，很长时间内，物联网均不具备视觉感知，由5G技术延伸出的监控系统，所强调重点为“智能”，近几年，智能感知在家居、交通等行业得到广泛应用，上述行业均具有数据量大和全天候的特点，联网摄像头的出现，又使手机增加了视频传感器的功能，未来的发展前景，自然十分广阔；第四，如何完成建设标准平台的工作，对标准平台进行建设是核心，这是因为标准平台可使信息孤岛得到有效破解，在开展相关工作时，需要引起重视的部分为“视频嵌入处理”，一方面，有关人员应保证所建设平台的可靠性，另一方面，还应维持检索与搜索的平衡，真正做到信息共享；第五，如何强化物联网在通讯方面所具有的链接能力，常规传感器的设计相对单一，以交叉路口监控为例，所对应传感器技仅能对特定数据进行抓取和存储，无法做到实时上传，这并不符合5G的特征及要求，对其加以调整很有必要。
        3.2基于5G的智能视频监控系统组成
        智能视频监控系统属于第三代视频监控系统，第一代视频监控系统是一种以模拟技术为核心的监控系统，其主要利用同轴电缆对摄像机采集的图像进行模拟，并回传，从而达到视频监控的目标。第二代视频监控系统是一种以芯片技术和数字编码技术为核心的监控系统，其也是借助同轴电缆对摄像机采集的图像进行模拟，但是，增加了磁盘或DVD对模拟的相关数据信息和图像进行存储。智能视频监控系统则是一种以计算机视觉和模式识别技术为核心，并结合第五代移动技术形成的全天候、全自动和实时监控智能化监控系统。基于5G的智能视频监控系统主要包含5个功能模块：(1)视频采集子模块，该模块主要是基于5G空口技术进行高速回传，并对数据处理后的指令进行反馈；(2)图像处理子模块，该模块的功能主要为利用MEC服务器跟踪、识别和检测回传视频、画面中的目标对象，并分析目标对象相关的数据信息，将其中一部分数据分析结果形成指令，再将一部分指令反馈给监控手机和一部分指令反馈给监控终端；(3)数据存储子模块，该模块由SMTP服务器和FTP存储服务器构成，主要用于存储相关的流媒体数据；(4)监控子模块，主要有监控手机和监控PC构成，借助于该功能模块，不仅能促进相关人员对监控视频画面进行查看和回放，同时还能标注监控视频中的目标对象和设置监控策略，从而能动态控制摄像头的终端。(5)系统对接传输模块，主要用于对接5G系统，从而能实现监控系统的智能化管理，智能视频监控系统的结构示意图见图1所示。

        图1 智能视频监控系统的结构示意图
        4结束语
        智能视频监控系统的实现，与计算机视觉目标识别与跟踪技术的发展相关，与前两代相比，硬件处理能力明显增强，系统功能进一步扩展，特别是与基础公共通信5G技术相结合，进一步丰富了应用场景，除原有的学校、商场、工厂、机关等行业场景，个人家庭也可充分利用5G通信技术组建家庭智能视频监控。所以，一方面是促进了安防系统的发展，另一方面拓展了5G通信网络的应用领域，进而促进5G网络智能视频监控产业链的多元化发展。
        参考文献
        [1]胡莉,张力伟.基于5G的智能视频监控系统设计[J].电信工程技术与标准化,2018,31(12):55-58