4G视频监控接入解决方案
4G视频监控接入解决方
目 录
第 一 章 总体概述
无线视频监控技术因其不受地理环境及线缆的束缚，拥有灵活方便的组网优势，在当下已经成为一种重要的视频监控手段且在安防行业中的应用越来越广泛。无线视频监控技术的应用场景主要分为以下三类：
1) 临时监控
临时监控应用场景，如施工作业现场、社会活动、安保工作等，监控点位往往只是短期使用，且要求能够快速、灵活部署。若采用有线接入，线缆建设成本较高，系统部署周期长，并且不易回收利用。
2) 有线网络难以甚至无法部署
老旧城区、老旧楼宇内部等部署线缆困难甚至无法部署线缆，且建设成本较高；水利、电力、森林、边防哨所、高速公路等应用场景下，部分监控点位分布广袤且位置偏远，有线网络信号难以覆盖。
3) 移动监控
公安、城管等行政执法部门需在室外开展全天候执法取证工作；公交、长运、校车、出租车、特种运输处、地铁、火车等应用场景下，需实时远程传输视频监控信息。以上类似移动监控场景下，前端摄像机作业地点不固定，有线接入根本无法满足需求。
无线视频传输网络可由用户自行组网或者直接租用运营商3G/4G网络，从覆盖面、可靠性、建设成本、部署便利性等角度来看，采用3G/4G网络具有明显优势。特别是在运营商网络带宽快速提升，流量资费持续下降，视频编码压缩技术不断进步的情况下，网络带宽已经不再是无线视频监控的瓶颈所在，3G/4G网络足以满足高清视频信号的无线传输需求。
海康威视从节约用户投资，满足用户需求的角度出发，推出了完备的3G/4G视频监控系列产品，并在此基础上提出了一套完整的3G/4G视频监控接入解决方案。
第 二 章 方案总体设计
3G/4G视频监控接入解决方案总体架构如下图所示：
图1. 方案总体架构示意图
1) 点位接入方式
Ø 单点接入方式
本方式主要针对区域内前端摄像机数量少，分布零散的情况，此时可以采用3G/4G IPC采集视频信号，直接通过3G/4G网络传输后接入运营商网络。
Ø 汇集接入方式
本方式针对区域内前端摄像机数量较多，分布较集中的情况，区域内多个IPC通过网线接入3G/4G NVR，该NVR负责存储编码后的视频信号，以及与运营商网络进行通信。
2) 传输网络
3G/4G传输网络及IP网络均直接租用运营商网络，海康威视3G/4G系列产品支持移动、电信、联通三家运营商多种制式无线网络，可满足各种运营商网络覆盖条件下视频信号的传输需求。
3) 监控中心
监控中心主要部署平台服务器、存储、显示大屏、解码拼控、交换机、PC客户端等设备，实现前端采集信号的接入、存储、显示，以及对整个系统的统一配置管理。
本方案定位于介绍3G/4G视频监控接入解决方案，对于IP网络及监控中心不作详细说明。
第 三 章 3G/4G传输网络
三.1 3G通信技术
3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。目前3G存在3种标准：WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000。中国国内支持国际电联确定的三个无线接口标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA。三种不同3G技术的上、下行理论数据速率各不相同，具体参考数据见下表：
|
运营商 |
3G制式 |
协议版本 |
下行带宽 |
上行带宽 |
|
中国电信 |
CDMA2000 |
EV-DO |
3.1Mbps |
1.8Mbps; |
|
中国移动 |
TD-SCDMA |
HSDPAC |
3.6Mbps |
384kbps |
|
中国联通 |
WCDMA |
HSDPA |
14.4Mbps |
5.76Mbps |
三.2 4G通信技术
2013年12月4日，工业和信息化部正式发放4G牌照，宣告我国通信行业进入4G时代，中国移动、中国联通和中国电信分别获得一张TD-LTE牌照。
4G指的是第四代移动通信技术，该技术包括TDD-LTE和FDD-LTE两种制式。频分双工（Frequency Division Duplexing, 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。时分双工（Time Division Duplexing, TDD）用时间来分离接收和发送信道。在TDD方式的移动通信系统中，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为通信承载，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给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。
目前广为宣传的LTE技术从严格意义上讲，属于3.9G网络，具备100Mb/s数据下行、50Mb/s数据上行的能力。升级版的LTE-Advanced技术才满足国际电信联盟对4G的要求，能够具有下行1Gb/s、上行500Mb/s带宽。因此基于LTE技术的4G无线网络带宽完全可以与有线媲美，而无线技术固有的优势，如不用敷设线缆，能够快速部署和建网，支持移动监控，使得基于4G网络的无线视频监控会越来越得到广泛的应用。
此外，4G网络引入了正交频分复用技术（OFDM）、多输入多输出（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5ms，比3G网络更适合大规模开展无线视频监控业务。
三.3 网络流量计算
网络流量资费在3G/4G视频监控系统的费用开销中占据较大比例，有必要对网络流量进行计算。
设每路图像码率为X Mb/秒，按照每天有T小时上传图像进行计算。则每个月（按30天计）需要流量（上行）Y的计算公式为：
从上式来看，视频图像上行传输所耗费的流量与码率、上传时间长短成正比，海康威视3G/4G系列产品可根据用户需求对这两个参数进行灵活设置，并且能够实时统计和显示当前消耗的流量。
第 四 章 3G/4G视频监控接入设计
四.1 单点接入方式
四.1.1 应用模式
监控点位只有一个摄像机的情况下，推荐采用单点接入方式。即选用3G/4G网络摄像机，通过摄像机自带的无线通信模块与运营商基站进行通信。
图2. 单点接入方式示意图
Ø 视频预览
监控中心预览实时视频图像时，3G/4G IPC采集的视频信息经自身编码模块进行编码压缩，通过3G/4G网络接入通信基站，进一步传送至监控中心，在显示设备上进行显示。
Ø 视频存储
3G/4G IPC采集并编码后的视频信息可存入本地自带的SD卡中，也可通过3G/4G网络接入通信基站，进一步传送至监控中心的集中存储设备进行存储。
Ø 视频回放
监控中心显示设备从存储设备调取历史视频录像，进行视频回放。
四.1.2 优势分析
四.1.2.1 全面高清
海康威视3G/4G IPC支持130万及更高像素高清视频图像采集，配合超低照度、实时透雾、3D数字降噪、Smart IR、宽动态等多种视频图像处理技术，让用户畅享高清体验。
四.1.2.2 节省费用
海康威视3G/4G IPC在低码流下可以保持较高的图像质量，1080p清晰度的视频码流速率可以降到3～4M，720p清晰度的视频码流速率可以降到1～2M，极大节省无线流量资费和存储空间。
四.1.2.3 安全可靠
支持HTTPS，SSH等安全认证，支持创建证书，具备高的信息安全性；符合IP66级防尘防水设计，硬件结构设计科学合理，设备可靠性高；支持最大64G Micro SD/SDHC/SDXC卡本地存储，可在断网恢复后将断网期间本地存储数据上传至监控中心，数据可靠性高。
四.1.2.4 Smart功能
1) 智能编码
采用ROI、SVC等视频压缩技术，编码压缩比高，超低码率，节省存储空间及带宽资费。支持多码流同时输出，码流可分别独立设置不同的高清分辨率、帧率、码率。
图3. 多码流示意图
2) 智能侦测
具备行为侦测、人脸侦测、音频侦测、场景侦测等多种智能侦测功能，侦测到相关事件时可实时报警。
3) 智能控制
支持Smart IR、ABF自动背焦调节、AF自动对焦功能，便于安装调试，提升摄像机对于环境的适应性。
四.1.2.5 设备型号丰富
海康威视3G/4G IPC包括球机、枪机、筒机、针孔等多种外形及型号，支持高清视频图像采集，满足各类场景下的视频监控需求。
四.1.2.6 多种网络制式
海康威视3G/4G IPC支持国内运营商几乎所有的网络制式，其中4G IPC不仅支持移动、联通、电信国内三大运营商的4G网络，同时向下兼容3G网络，可以根据当前网络状况，实现4G和3G网络信号制式自动切换，满足各种网络覆盖条件下的视频监控需求。
四.2 汇集接入方式
四.2.1 应用模式
监控点位有多个摄像机的情况下，推荐采用汇集接入方式，即采用普通IPC+3G/4G NVR的组合方式。
IPC将采集的视频信号进行编码压缩，通过网线接入3G/4G NVR。3G/4G NVR除具备普通NVR功能之外，还可通过自带的无线通信模块与运营商基站进行通信。
图4. 汇集接入方式示意图
Ø 视频预览
3G/4G NVR可直接与客户端或显示器连接，实现本地视频预览；监控中心预览实时视频图像时，IPC对视频信息进行采集和编码压缩，通过3G/4G NVR内置的无线模块与3G/4G基站通信，进一步传送至监控中心，在显示设备上进行显示。
Ø 视频存储
IPC采集并编码后的视频信息通过网线直接存入3G/4G NVR；通过视频信息管理应用平台，监控中心可以对NVR存储的重要视频进行集中备份，备份数据通过3G/4G网络接入通信基站，进一步传送至监控中心存储设备。
Ø 视频回放
3G/4G NVR可直接与客户端或显示器连接，将视频录像进行回放显示；监控中心显示设备可通过3G/4G网络从NVR调取历史视频录像，进行视频回放。
四.2.2 优势分析
四.2.2.1 全面高清
3G/4G NVR支持600W像素高清网络视频的预览、存储与回放，本地6路1080p/12路720p解码性能；支持HDMI与VGA同时输出，输出分辨率最高均可达1920x1080p。
四.2.2.2 节省费用
1) 低码率
IPC在低码率下可以保持较高的图像质量，1080p清晰度的视频码流速率可以降到3～4M，720p清晰度的视频码流速率可以降到1～2M，极大节省带宽资费和存储空间。
2) 定时抓图
通过定时抓图功能，系统可定时抓取现场图片并上传至监控中心管理平台，极大地节省无线网络流量。图片格式、分辨率、图像质量、抓图间隔等参数均可进行设置，最大程度地满足用户需求。
3) 零通道预览
3G/4G NVR具备零通道预览功能，远程访问使用1路零通道编码视频，观看多通道分割的视频画面，充分获取监控图像信息，节省无线网络流量。
图5. 零通道预览
4) 虚拟码流（转码）
3G/4G NVR可对编码后的图像分辨率、码率、帧率等进行转换，为远程监控提供更多的选择方案，节约无线流量资费。
图6. 虚拟码流（转码）
5) 智能网传
Ø 智能流控：设备根据当前网络带宽自动调整码率、帧率，保证远程预览的流畅性。
图7. 智能流控
Ø 码流平滑：支持码流平滑控制，降低视频码率波动幅度，实现平稳发流。
图8. 码流平滑
6) 硬盘前置
海康威视3G/4G NVR支持1个或2个SATA接口，每个接口最大支持4TB容量硬盘，视频图像数据通过有线网络直接存入NVR，无需大量的无线流量。每个前端所需存储空间(GB)＝【视频码流大小(Mbps)×60秒×60分×24小时×存储天数/8】/1024。
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图像分辨率 |
码流 |
录像大小 1天（G） |
录像大小 15天（G） |
录像大小 30天（G） |
|
4CIF |
2Mbps |
21.09 |
316.41 |
632.82 |
|
720P |
2Mbps |
21.09 |
316.41 |
632.82 |
|
1080P |
4Mbps |
42.18 |
632.82 |
1265.64 |
四.2.2.3 安全可靠
汇集接入模式下，视频数据通过相对稳定的有线传输接入3G/4G NVR，且NVR支持重要录像文件加锁保护功能，数据安全性高；NVR采用嵌入式操作系统，不会因病毒等原因导致无法使用或者异常关机重启，设备可靠性高；另外，NVR支持网络检测（网络流量监控、网络抓包、网络通畅）功能，及时掌握网络传输情况。
四.2.2.4 Smart功能
1) 智能回放
有事件发生的录像以正常速度播放；无事件发生的录像自动以16倍速播放（浓缩播放），有效提升录像回放效率。
图9. 智能回放
2) 智能侦测
Ø 越界侦测：当目标越过用户设置的警戒线时，设备自动产生报警。系统可配置灵敏度、方向等。穿越方向可配置为单向报警（从左往右、从右往左）或双向报警。
图10. 越界侦测
Ø 区域入侵侦测：当目标在用户设置的检测区域范围内出现超过设定时间时，设备自动产生报警。系统可配置灵敏度、时间阈值、占比等。
图11. 区域入侵侦测
3) 手动/自动拨号、下线
Ø 手动/自动拨号：支持自动和手动两种拨号方式，自动拨号模式下，最大可设置8个拨号计划，用户可根据实际情况设置拨号、休眠时间段，合理分配，大大节约无线流量。
图12. 手动/自动拨号
Ø 手动/自动下线：手动拨号模式下，规定时间内没有用户操作设备，设备主动下线，节约无线流量；自动下线时间1-65535秒可配置。
图13. 手动/自动下线
4) 白名单
支持手机白名单功能，白名单用户可通过短信和呼叫方式来控制设备上线、下线。
四.2.2.5 设备型号丰富
海康威视3G/4G NVR可接驳符合ONVIF、PSIA、RTSP标准及众多主流厂商的网络摄像机，兼容性强。3G/4G NVR具备支持1、4、8、16、32路网络视频接入能力的多种型号，满足各种场景下的应用需求。
四.2.2.6 多种网络制式
海康威视3G/4G NVR 支持移动、联通、电信国内三大运营商的3G/4G网络。4G NVR向下兼容3G网络，可以根据当前网络状况，进行4G和3G网络信号制式自动切换，通道1支持3G/4G信号强度和制式叠加。
四.2.2.7 快速部署配置
海康威视3G/4G NVR内置交换机网络接口支持多路IPC接入和PoE供电，IPC可实现即插即用；可外接客户端、显示器、无线天线，支持IPC集中管理，包括IPC参数配置、信息的导入/导出、语音对讲和升级等功能。
图14. 3G/4G NVR接线示意图
第 五 章 成功案例
五.1 哈尔滨城管联网监控项目
哈尔滨城管联网监控项目为创建“文明城市”的重点项目，由哈尔滨城管执法局主导，哈尔滨移动承建，主要用于城管执法局监管人行道上的流动摊贩、沿街商铺及商铺牌匾。项目共计使用500多路前端网络摄像机，500台海康威视4G NVR(DS-7604N-E1/4N/GLT)，使用海康威视 iVMS-8800作为中心管理平台，已于2014年10月份验收通过，正式投入使用。
五.2 南通建筑工地联网监控项目
南通建筑工地联网监控项目由南通安监局主导，南通移动承建，主要用于安监局日常监控各建筑工地。工地塔吊因布线不便，在塔吊上安装球机及4G NVR；除塔吊外，工地内布线不便的采集点，均在摄像机旁放置4G NVR，通过4G网络连接到安监局监控中心。项目共计使用50台海康威视4G NVR (DS-7604N-E1/4N/GLT)。
