无线视频监控传输技术的研究

文章摘要：0 引 言 近年来，图像监视成为监视领域所应用的主要手段，以往的有线图像监视系统往往面临着需要铺设大量的地上、地下设备线路，成本高，施工周期长等诸多问题。随着计算机通信技术和网络技术的快速发展，无线网络技术已成为计算机网络中一个至关重要的组成部分。在这个背景下，图像传输无线化打破了传统同轴电缆和光纤图像监视受制于硬件连接的不利局面，具有更强的灵活性和方便性，基于无线网络的视频监视系统应运而生。无线视频传输技术的发展已对无线移动网络的架构和协议产生了深远的影响，但由于无线信道带宽资源有限，干扰因素多，而视频信号数据量大，实时性要求高等问题。因此如何在无线网络环境中高效地传输视频成为人们的研

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0 引 言
    近年来，图像监视成为监视领域所应用的主要手段，以往的有线图像监视系统往往面临着需要铺设大量的地上、地下设备线路，成本高，施工周期长等诸多问题。随着计算机通信技术和网络技术的快速发展，无线网络技术已成为计算机网络中一个至关重要的组成部分。在这个背景下，图像传输无线化打破了传统同轴电缆和光纤图像监视受制于硬件连接的不利局面，具有更强的灵活性和方便性，基于无线网络的视频监视系统应运而生。无线视频传输技术的发展已对无线移动网络的架构和协议产生了深远的影响，但由于无线信道带宽资源有限，干扰因素多，而视频信号数据量大，实时性要求高等问题。因此如何在无线网络环境中高效地传输视频成为人们的研究热点。

1 无线视频传输技术的发展现状
    随着信息社会的发展，人们对安防监控的要求越来越高，除集中地党政机关、企事业单位外，如在海上、山地、矿井、地下室等复杂的环境而无法实现有线网络架设的地方。都需要实现安防视频监控，这就需要用到无线视频传输技术。
    目前，市场上无线视频传输技术大多采用GPRS和CDMA技术。而GPRS传输带宽不足，传输视频每秒只有几帧，且出现应急事件时容易出现断点和无线接收的死角。CDMA传输同样存在这样的缺陷，其下行带宽是153 kb／s，上行带宽是70～80 kb／s，因而传输流畅的视频基本上不可能实现。由于图像只有几帧，以抓图的形式来传输，并且为小画面尺寸。显然，这样不能够满足视频监控系统的实时应用需求。对于微波(数字微波、扩频微波)，无线局域网(WLAN，802．11(a．b，g))等技术的其他较高的无线传输方案，其实现视频编码以MPEG-2／4，H．264等为主。但它们大多都存在共同的问题，即只能做到通视传输、定向传输，并且难以支持移动传输，从而限制了在视频监控系统的应用，无线视频监控系统结构如图1所示。

    监控系统一般采用低传输帧率而保证传输的清晰度，因为只有MPEG-4的CIF以上的图像清晰度才可以满足调查取证的需要。因此，无线传输技术要在监控系统中得到充分的发挥绝对优势，应该满足：能在非可视和有阻挡的环境中应用；适于高速移动中无线传输实时图像；适于传输高带宽、高码流、高画质的音视频；有优异的抗干扰、抗衰落能力。实际中，无线视频实时传输主要有两个概念：一是移动中传输；二是宽带传输。因此，研制能够将频带很宽的高清晰度视频进行稳定的无限视频传输系统，数据传输机制优化是需要解决的关键问题之一，无限链路的带宽资源有限，这种局限性在海量视频传世中体现尤为明显。在此，针对无线视频传输系统中数据传输机制的容错性展开相应的研究，旨在解决无线视频传输中带宽资源有限和视频数据量大这一矛盾，充分利用视频信号的时空相关性来节省由于不必要的重传而带来的带宽资源浪费。通过利用带宽一失真代价函数的概念来评价无线视频传输系统。在此基础上进一步给出基于带宽一失真代价最小化准则的部分重传错误控制机制，进而提高带宽的利用率，并进行相应的实验分析。

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    在文中提出了有损信道视频传输中的带宽一失真(Bandwidth-Distortion，B-D)模型，该模型是R-D模型在考虑了信道错误后的对偶模型，有着和R-D相近的形式。一个视频传输系统，其性能主要从两个方面来衡量：吞吐效率和接收端重建失真。对吞吐效率，其形式表示如下：
    η=rs／Bs (1)
式中：rs表示信源编码得到的比特；Bs表示成功传输rs比特信源数据实际耗用的带宽资源。对一帧编码好的视频图像，其源编码比特已经确定，所以，式(1)中的吞吐效率将只取决于所耗用的带宽资源Bs。对接收端重建失真，由于在传输出错的情况下可能会采取重传和解码端后处理恢复的手段，最终的失真将依赖于信道本身。对于吞吐效率和接收端重建失真之间的关系，理论上可以得到如下几个关系式：

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