APM移动视频解决方案及模拟实验
北京电铁通信信号勘测设计院 公茂进 高大纲 2008/06/24
宽带移动视频监控系统的组成及特点
1.系统组成
移动视频监视系统主要包括前端设备、后端设备和传输设备组成。前端设备主要指图像摄取设备（如各种类型的摄像机），后端设备主要指图像显示、图像录制、系统控制等设备，前后端需要通过传输系统连接。为了支持系统的移动功能，传输环节中至少有一部分是无线传输系统。APM移动视频监控系统的组成如图1所示。
2.系统要求
宽带移动视频监控系统的主要技术要求有四个方面。
①宽带宽
为了保证移动视频监控系统的图像清晰度和实时性质量，视频信号在传输过程带宽要足够宽，这就要求移动视频传输环节有足够宽的传输带宽。
②低延时
视频的实时性要求有严格的端到端时延要求，对延迟非常敏感。为了满足移动视频监控系统的实时性要求，整个系统要求从图像摄取、图像编码、视频传输、图像解码、图像显示各个环节有良好的实时性，这就需要移动视频传输环节的延时要低。
③低丢帧率
为了保证移动视频监控系统的图像质量，视频信号在传输过程中应当尽力避免数据帧的丢失，这就要求移动视频传输环节有足够低的丢帧率。
④无缝覆盖及平滑漫游
为了保证在移动的情况下图像能够保持连续实时，就要求视频信号无线传输系统全程连续无缝的覆盖，并能平滑漫游，以保证监视画面的流畅。
3.系统关键技术
由于无线信道具有时变性，视频信息具有实时性，以下技术成为宽带移动视频监控系统解决方案中的关键技术。
①端到端QoS
为了保证整个系统的QoS，需要采用端到端策略：既要保证无线信道的带宽，又要保证端到端的时延控制。
②无缝切换
为了保证移动视频监控系统的图像清晰度和实时性质量，就要控制跨AP切换时的丢包率、切换延迟和传输抖动等，减少切换对QoS的影响。
③自适应编码
为了适应无线信道的时变性，视频编码压缩率需要根据无线信道特性的改变及对视频编码速率和帧速率进行自适应的调整。
实验步骤及实验系统的组成
从以上分析可以看出，影响移动视频监控系统整体性能的主要环节可以分为两个层面：第一，视频编码器、无线网络本身的性能；第二，视频编码器、无线网络间的配合。
为了保证APM移动视频监控系统的整体性能，笔者就APM系统无线网络和视频编码器的各自性能，进行了实验。本次实验采用两个步骤，即实验室测试和现场模拟实验测试，并在实验室测试的基础上，对无线网络和视频编码器间的初步配合进行现场实验测试。现场的实验系统组成如图2所示。
为了达到APM系统最终的目标，我们通过实验室选出了几款单系统性能比较出色的无线网络产品和视频编码器产品。在现场实验中，我们又对遴选出的无线网络产品和视频编码产品，根据图2的模式，进行了不同组合的现场实验测试。
根据测试结果，我们初步选定了无线网络设备和视频编码设备，分别是CISCO1300（IEEE802.11g）和BOSCHVIPX2（MPEG-4）。
实验过程中我们对无线网络设备CISCO1300进行了软件调整和参数设置，软件调整后为70～90ms，与BOSCHVIPX2配合使用，观察2Mbit/s速率、25帧的图像传输，基本感觉不到图像的抖动，即图像是连续的，感觉不到切换。
本次实验达到了预期目标，下一步我们将针对无线传输和视频编码间的密切配合，进行相应的深入研究和二次开发，并进行进一步地测试和实验。
我们以后的研究重点将是以下几个方面。
1.无线网络结构的调整
鉴于轨道交通的服务区域成明显的带状结构，无线网络结构需要针对特性进行研究。
2.视频编解码器的改进
采用带外部控制的自适应编码器，可以根据外部条件对视频编码的码速率、帧速率进行自适应调整，满足不同情况下的要求。
3.路由策略的选择
根据轨道交通线性特点，对路由选择上进行简化。根据网络规模，我们将采用同一网段，并通过三层的路由算法的选择加以保证。
4.信道信源编码的配合
根据无线信道的变化，我们将对信道编码和信源编码作相应的调整，使得在传输条件受到限制的情况下，保证系统整体性能与首要期望相吻合。
5.全程反馈环技术
建立从摄像、信源编码、信道编码、信道解码、信源解码、后台显示的全程的反馈环机制，能将无线信道的变化反馈到系统的各个环节，达到系统各环节协调联动。
6.漫游切换策略的选择
根据本系统的网络结构，我们将采用预认证、单向切换控制等机制加快漫游切换速度，降低丢包率，并通过上层协议及后台的控制完成切换。
目前本方案已经成功运用于今年3月新投入运营的北京首都机场3号航站楼的APM系统。
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