CN108848336A - 利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安防技术领域，尤其是利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统；它包括监控前端移动终端、视频传输网络和网络视频管理平台；所述网络视频管理平台包括远程视频监控客户端、连接互联网的硬件防火墙、负载均衡器、应用服务器、文件服务器、管理服务器、数据库和备份服务器，远程视频监控客户端通过有线或者无线方式与互联网连接，监控前端移动终端通过有线或者无线方式与互联网连接；图像采用自主优化的H.264图像压缩方式，视频压缩效率高；系统应用平台式管理模式，可以根据需求选择使用华迈平台、自建平台、虚拟平台等多种方式，大大减少在系统平台方面的投入，具有极高的性价比。

Description

利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统

技术领域

本发明涉及安防技术领域，尤其是利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系 统。

背景技术

20多年来，视频监控系统经历了从第一代百分之百的模拟系统(VCR)，到第二代部分数 字化的系统(DVR/NVR)，再到第三代完全数字化的系统(网络摄像机和视频服务器)三个阶 段的发展演变。在这一过程中，视频监控系统与设备虽然在功能和性能上得到了极大的提高， 但是仍然受到了一些固有因素的限制，其中既包含人类作为监控者自身在生理上的弱点，也 包含视频监控系统配置和以及视频监控设备在功能和性能上的局限性。这些限制因素使各类 视频监控系统均或多或少的存在报警精确度差、误报和漏报现象多、报警响应时间长、录像 数据分析困难等缺陷，从而导致整个系统在安全性和实用性的降低。

近年来，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种视频信息处 理技术的出现，全程数字化、网络化的视频监控系统优势愈发明显，其高度的开放性、集成 性和灵活性为视频监控系统和设备的整体性能提升创造了必要的条件，同时也为整个安防产 业的发展提供了更加广阔的发展空间，崭新的应用模式和市场机遇不断涌现，而智能视频监 控则是网络化视频监控领域最前沿的应用模式之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种便于智能手机、监控设备、网络设施构建移动智 能手机跟踪监视报警系统。

本发明的技术方案为：

利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统，它包括监控前端移动终端、视频 传输网络和网络视频管理平台；

所述网络视频管理平台包括远程视频监控客户端(例如具有4G网络的手机、平板电脑 等电子产品)、连接互联网的硬件防火墙、负载均衡器、应用服务器、文件服务器、管理服务 器、数据库和备份服务器，互联网信息通过硬件防火墙过滤后从负载均衡器分流到应用服务 器或者文件服务器，管理服务器控制文件服务器和应用服务器，应用服务器的数据存储在数 据库，数据库的重要信息通过备份服务器备份；远程视频监控客户端通过有线或者无线方式 与互联网连接，监控前端移动终端通过有线或者无线方式与互联网连接。

在一个较优实施例中，所述监控前端移动终端为车载移动终端，车载移动终端具有视频 信号采集、视频压缩缩编码处理、4G网络接入、视频信号发送和文件保存功能，视频传输网 络利用监控前端移动终端所支持的4G功能并通过互联网对压缩编码后的视频信息进行实时 传输，远程视频监控客户端连接到互联网，并对在线前端的监控前端移动终端进行信息添加、 注册、登录，从而通过运行的客户端程序完成视频信息的接收、解码、显示和后台控制操作。

在该实施例中，所述4G移动通讯网络的具体制式是TD-LTE制式或FDD-LTE制式。

在该实施例中，所述视频压缩缩编码处理的视频压缩方法为：H.264压缩算法，它使用 的I，P和B帧相同的基本概念，对视频编码，但依赖于更高级的编码技术。一个例子是使用 运动向量的视频压缩到一个较小的尺寸的运动补偿；H.264为了防止中间P帧丢失视频图像 会一直错误它引入分组序列(GOP)编码，也就是隔一段时间发一个全量I帧，上一个I帧 与下一个I帧之间为一个分组GOP。从而防止丢包和减小带宽还引入一种双向预测编码的 B帧，B帧以前面的I或P帧和后面的P帧为参考帧。

在该实施例中，为了实现视频流数据的实时传输，选择IP/UDP/RTP协议组合,通过将压 缩后的视频数据通过该协议组合进行封装,既能实现压缩视频流数据的有效传输,又能提高接 收端视频接收效率。

在该实施例中，所述移动监控终端硬件架构采用TD-LTE无线多模块视频终端架构。

在该实施例中，所述网络视频管理平台采用CMS架构，从功能及结构来看，CMS应该是服务器、数据库、核心程序、媒体交换服务、虚拟矩阵服务、Web服务、时间同步服务、 PTZ控制服务、客服应用软件等多个功能模块构成的集合体。CMS不是简单的一台服务器 或一个软件、程序，而是一个系统，一个硬件系统，是基于一定服务器及操作系统、依托于 数据库、构架于网络，运行一定程序服务的系统，可以分散或几种部署，可以是一台或多台 设备，可以是硬件或软件平台。

本发明的有益效果为：为了满足系统的要求，达到对监控点进行全方位的监控以及对安 防信息的及时反应，通知有关人员做出反应，采取措施，并对相关设备进行集中监控、集中 维护和集中管理。具有以下优点：

(1)标准化；

系统软件、硬件均采用标准化设计，提供开放的接口。

(2)先进性；

系统在国内率先采用平台式管理方式为核心的视频监控系统，采用专用视频压缩芯片， 图像清晰，图像采用自主优化的H.264图像压缩方式，视频压缩效率高。标准分辨率640× 480像素，最高达1280×720像素，并可自定义。带有音频接口，支持音视频同时传输监控。

(3)可靠性；

采用实时操作系统和专用的硬件结构，保证系统整体的稳定，尤其适合在无人、少人维 护的环境中运行。

(4)经济性；

系统应用平台式管理模式，可以根据需求选择使用华迈平台(免费)、自建平台、虚拟平 台等多种方式，大大减少在系统平台方面的投入，具有极高的性价比。使用“华迈千里眼系 统”还可以在网络费用上极大的节约成本，一条2M ADSL带宽的网络就可以安装1-5台普通 摄像机，或者安装1台百万高清摄像机。

(5)扩展性；

系统采用网络接入方式，在扩展性上面体现出极大的优势。当有监控点新增时，可以直 接在新增点位“复制”原点位模式接入系统，并且增加的监控点位对后端平台不会存在影响。

(6)实用性；

系统支持用户的网络监控需求，可多用户多画面实时监控、远程控制、集中录像、可连 接多种报警设备、报警可定时布防撤防等功能，完全满足用户的监控要求。

系统不仅仅是在监控室里面使用，更可以在网络上的电脑、手机上面使用观看。基于网 络化平台管理，解决了使用者的地域限制，给领导查看工作带来了极大的便利。

(7)灵活性；

系统组网灵活，适合在局域网、广域网和无线网络中使用；多个视频监控系统可以作为 子系统组成更大的视频监控系统。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的总体框架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-2所示：

整个监控系统的监控功能主要由监控前端移动终端、视频传输网络和远程视频监控客户 端三部分共同完成。其中监控前端移动装置主要完成视频信号采集、视频压缩缩编码处理、 4G网络接入、视频信号发送和文件保存等功能。视频传输网络主要利用监控前端装置所支持 的4G功能,通过Internet对压缩编码后的视频信息进行实时传输。远程监控中心需要连接到 Internet,打开远程中央管理服务器上的监控客户端软件,并对在线前端的移动装置进行信息添 加、注册、登录后,就可以通过运行的客户端程序完成视频信息的接收、解码、显示和后台控 制等操作。

工作人员通过各自的编号与各自车辆配备的移动监控终端以及远程监控中心监控客户端 完成信息注册后对应的监控窗口一一对应。在现场的工作人员通过车载终端的摄像头采集原 始视频数据,视频数据经过压缩编码、视频编码数据封装后,通过选用的TD-LTE制式或 FDD-LTE制式的4G移动通信网络进行网络传输至远程监控中心的中央管理服务器上,由客户 端程序完成视频数据包的接收、解码,最终将在线的移动监控终端采集的视频信息显示在对应 的监控窗口中,同时保存视频信息,完成系统远程视频实时监控的功能。

1.移动监控终端设计

1.1移动终端监控方案设计

为了满足现场监控工作人员的需求,采用无线移动监控装置既能完成现场监控功能,又能 现场调用历史监控文件,在处理突发事件时用第一现场的影像资料证明，以便减轻了现场工作 人员的负担。所以,为了实现远程无线视频监控功能,视频监控前端采用无线移动终端方式。采 用无线移动终端方式,除了将视频数据的采集、视频数据处理和压缩编码、4G网络接入等功 能集中一体外,其还具有便携性、接入网络快、监控灵活等特点,便于工作人员随时随地进行现 场监控和取证。结合4G移动终端的硬件化和软件化趋势从以下几方而对移动监控终端的设 计进行阐述。

(1)视频压缩方法的选择。根据视频数据传输信道的特殊性选择最适应4G

视频网络传输的视频压缩标准和压缩算法,将庞大的视频数据压缩到适合进行4G无线网 络传输的视频数据流,且有利于提高视频数据4G传输的容错性。

(2)选择合适的无线网络传输方式。根据网络接入方式、传输视频数据的特

点以及现有的网络资源选择较优的4G无线传输方式。

(3)选择较优的数据封装方式。为了实现视频流数据的实时传输,选择IP/UDP/RTP协议组 合,通过将压缩后的视频数据通过该协议组合进行封装,既能实现压缩视频流数据的有效传输, 又能提高接收端视频接收效率。

(4)移动监控终端硬件架构的选择。不同的硬件架构对设备的体积、性能、功耗、成本以 及功能效率等技术指标有非常重要的影响。移动监控终端既可以满足工作人员的需求,同时还 可以通过硬件各主要组成部分的选型来满足移动监控设计的需求,为了实现监控终端的高性 能要求,同时采用TD-LTE无线多模块视频终端架构。

1.2移动监控终端视频压缩方法的选择

视频信息相较其他形式的信息,其庞大的数据量一直是信息传输和存储所面

对的难题。对于不同的传输信道,采用合适的视频编码方式,对于视频信息的传输流量和码 率控制，以及传输过程中的纠错、容错能力等有十分重要的作用。尤其在采用4G对视频数据 进行传输,视频高流量带来的流量费用很大,因此需要采用较优的压缩编码方式,在尽量保证视 频质量的条件下,提高视频压缩比,同时提高视频在4G传输过程中的网络容错性。由于视频压 缩编码本身的特点以及传输途径的要求,使得基于4G传输的视频压缩必须满足一定的要求:

(1)视频编码器应具有足够的应缩比,使压缩结果能满足4G网络传输的带

宽；视频信号的压缩,是否具有针对4G传输的容错性能。

(2)压缩后的视频流应该具备对网络性能的适应性,从而提高视频流传输的成功率。

(3)视频编码器的选择应力求简单、易实现、成本低、易改进、可靠性高。

1.3移动监控终端硬件平台架构的选择

随着视频通信技术、嵌入式技术的快速发展,无线视频监控系统监控终端的硬件平台构架 的选择也呈现出百花齐放的局面,但随着市场需求的变化,有些方案逐渐开始退出。监控前端开 发所采用的硬件平台主要有以下两种实现方案:

(1)基于专业pc机的方案

由于专业PC机拥有丰富的硬件、软件资源,且其性能稳定,可长时间运行,将其作为工业控 制器应用在复杂的工业环境中,可以有效实现视频监控功能。而且,目前工业PC机的配置完全 可以满足视频监控对软硬件的需求,例如可以利用Windows操作系统或者Mac OS操作系统来 实现整个软件方案。但是,这种方式实现的监控前端,体积较大、功耗大,便携式难以实现,所以 不满足系统对移动监控终端的需求。

(2)基于TD-LTE无线多模块视频终端的方案

由于TD-LTE无线多模块视频终端，将视频采集编码模块、视频压缩编码模块(DSP)、 主控模块(ARM)、4G接入模块和接口模块集成化，实现了块体积小，功耗低，灵活方便， 接口模块扩展能力强等特点。此种方案可以避免方案1的缺点,对于实现便携式移动视频监控 终端具有非常大的作用。

1.4中央管理软件(CMS)的构架选择

在数字视频监控时代，网络视频技术大力发展，由于各厂商生产的终端数字录像机 (DVR)，没有统一的接口标准，而且在实际使用过程中网络功能性不强。而在如今大数据时 代，对信息的管理要求集中，高效。所以在大型视频监控系统中联网应用时，对中央管理系 统CMS的需求是必须的。因为,对于大量的DVR设备，如果没有中央管理软件，很难实现对大量设备的统一部署、管理、集中配置。此架构关键在于各级服务器数据库之间数据的自动同步机制，以实现各级监控中心之间能够进行视频的互通互用，在保证独立的同时提高可靠 性。

2.视频无线网络设计

2.1视频无线传输网络方案设计

要实现监控系统的远程无线视频监控功能,就必须根据一般监控现场的环境采用合适的 无线传输方式和便利的无线网络接入方式。本文将从以下几方面来说明系统视频无线传输网 络的设计。

(1)系统视频无线通信方式的选择。通过现有视频监控应用较多的无线通信方式对比,选择 合适移动摄像远程视频监控系统的无线视频监控方式。

(2)移动监控终端无线网络接入方式的选择。对(1)中选定的无线通信方式为视频监控终端 选用合适的接入方式。

(3)视频流封装方式的选取。结合所选取的无线传输方式的特点、视频流数据的特殊性、 实时性要求和视频数据编码方式,采用合理的视频数据封装方式,有效地实现远程视频实时监 控,并提高视频数据传输的容错性。

2.2视频无线通信方式的选择

目前在视频监控领域实用较多的无线传输方式主要有WiFi、3G和4G。WiFi属于标准 协议,用户设备只需在存在WiFi覆盖的区域就可高速上网,但其安全性并不好,且对于较敏感的 图像也不实用,容易被窃取,此外其传输距离较短,灵活性也较差,并不具备广域视频监控的能 力。而3G网络满足广域传输的要求,其主要面向高速率数据业务,其拥有比2G/2.5G更大的系 统容量,数据传输非常灵活,除了传统的语音和数据传输业务,其还能提供高达2Mbps的高质量 多媒体业务。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和 图像等。4G能够提供高达100Mbit/s的下载速度,和高达20Mbit/s的上传速度，因此，具有明 显的优越性。而4G也将是促进未来视频业务高速发展的重要原因。

2.3视频无线网络接入方式的选择

根据无线空中接口技术的不同,现在使用较多的4G技术主要有TD-LTE和FDD-LTE二种 标准。如今中国联通、中国电信、中国移动，都拥有TD-LTE制式的4G牌照。4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络，同已有的移动网络相比具有根本性的优点，即：可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接入方案，能提供端到端的IP业 务，能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构，能允许各种空中接口接入核 心网；同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后，所采用的无线接入方式和协议 与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。IP与多种无线接入协议相兼容，因此在设计核 心网络时具有很大的灵活性，不需要考虑无线接入究竟采用何种方式和协议。

通过上述对TD-LTE 4G无线通信技术的特点和业务支持的论述,其非常适用于远程监控 系统移动监控终端的应用,因此选择4G通信网络作为系统移动监控终端的无线通信方式最合 适。

2.4视频流封装方式的选择

随着互联网技术的发展,视频监控已经将多媒体技术和网络技术融为一体,并在众多领域 得到广泛发展。而基于互联网的视频监控不仅涉及到视频压缩编码和视频传输信道的问题,还 涉及到视频流数据协议封装的问题,这也是解决视频信息实时传输的关键问题之一。由于远程 视频监控的实时性和视频无线传输容错性的要求,因此必须采用有效的数据封装方式,在完成 视频数据包传输和满足视频传输实时性要求的同时,使视频传输的网络适应性得到满足,从而 减轻网络环境对传输数据的影响。由于Internet是基于分组传输的,在接收端收到的数据包往 往有延迟和乱序现象,所以要实现视频信息的实传输,就要从降低延迟和恢复数据包时序入 手。RTP是用来在IP网络为语音、图像等信息提供端到端的实时传输服务的传输协议标准 RTP为Internet上端到端的实时传输提供时间信息和流同步,并通过RTCP(Real-time Transport Control Protocol,实时传输控制协议)来提供服务质量保证。由于RTP本身只保证实时数据的传 输,但并不提供发送控制机制和其他服务质量保证,所以RTP—般会依赖合适的低层或其他传 输协议。而在传输层由于UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)的传输延时较小,能与 视频和音频进行较好的匹配。所以本文将采用改进后的IP/UDP/RTP的协议组合对分片的视 频数据进行网络传输,将分片压缩编码后的视频数据和各协议包头一起封装成IP数据包进行 视频数据的网络传输。

3.中央管理软件

在闭路电视监控时代，系统的核心是硬件，所有的信号采集、传输、交换、存储都是基 于模拟信号，系统可以不需要任何平台管理软件的支持而独立工作。在数字化、网络化视频 监控时代，系统的构架变得网络化，分布化、功能专一化，因此，CMS的主要使命是利用统一的数据库、软件服务，在分散的设备与用户之间建立一个接口服务平台，通过这个平台， 完成系统应用中所以DVR、DVS、NVR、IPC等设备的统一管理与集中控制，并可以对大量用户提供统一的接口应用及媒体分发服务，从这个角度说，CMS实质是个中间桥梁[14]。

从功能及结构来看，CMS应该是服务器、数据库、核心程序、媒体交换服务、虚拟矩阵 服务、Web服务、时间同步服务、PTZ控制服务、客服应用软件等多个功能模块构成的集合体。CMS不是简单的一台服务器或一个软件、程序，而是一个系统，一个硬件系统，是基于 一定服务器及操作系统、依托于数据库、构架于网络，运行一定程序服务的系统，可以分散 或几种部署，可以是一台或多台设备，可以是硬件或软件平台。

3.1CMS的结构

CMS通常是基于windows或linux操作系统，以数据库系统作为数据平台，采用C++语言进行程序开发，以网络作为传输介质，以TCP/IP作为通信协议，一计算机作为中端的“信息集成平台”。CMS通常采用“软件复用技术及模块化”的设计方法，实现系统的各类 资源管理。CMS在构架上属于操作系统、数据、网络基础之上，在应用软件之下，提供集中 的系统资源管理与各类应用服务等[15]。

3.2CMS的组成

CMS通常采用模块化的软硬件构架，系统数的据库，核心软件，核心服务，媒体服务、 报警服务等可以安装在一台服务器。CMS有以下模块构成：

(1)中央管理服务器

(2)虚拟矩阵服务器(模块)

(3)Web服务器(模块)

(4)存储服务器(模块)

(5)视频分发服务器(模块)

(6)网络管理服务器(模块)

(7)客户端应用软件(模块)

其中，中央管理器服务器是核心部分，而其他服务器模块通常根据需要选择配置。中央 管理服务器，负责系统设备的管理、设备的接入、设备的注册、逻辑连接、设备状态监测、 用户的管理、用户的接入，信令的转发、系统日志的存储等。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精 神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发 明范围内。

Claims (7)

1.利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统，它包括监控前端移动终端、视频传输网络和网络视频管理平台；

所述网络视频管理平台包括远程视频监控客户端、连接互联网的硬件防火墙、负载均衡器、应用服务器、文件服务器、管理服务器、数据库和备份服务器，互联网信息通过硬件防火墙过滤后从负载均衡器分流到应用服务器或者文件服务器，管理服务器控制文件服务器和应用服务器，应用服务器的数据存储在数据库，数据库的重要信息通过备份服务器备份；远程视频监控客户端通过有线或者无线方式与互联网连接，监控前端移动终端通过有线或者无线方式与互联网连接。

2.根据权利要求1所述的利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统，其特征在于：所述监控前端移动终端为车载移动终端，车载移动终端具有视频信号采集、视频压缩缩编码处理、4G网络接入、视频信号发送和文件保存功能，视频传输网络利用监控前端移动终端所支持的4G功能并通过互联网对压缩编码后的视频信息进行实时传输，远程视频监控客户端连接到互联网，并对在线前端的监控前端移动终端进行信息添加、注册、登录，从而通过运行的客户端程序完成视频信息的接收、解码、显示和后台控制操作。

3.根据权利要求2所述的利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统，其特征在于：所述4G移动通讯网络的具体制式是TD-LTE制式或FDD-LTE制式。

4.根据权利要求3所述的利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统，其特征在于：所述视频压缩缩编码处理的视频压缩方法为：H.264压缩算法。

5.根据权利要求4所述的利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统，其特征在于：所述视频压缩缩编码处理选择IP/UDP/RTP协议组合，通过将压缩后的视频数据通过该协议组合进行封装。

6.根据权利要求5所述的利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统，其特征在于：所述移动监控终端硬件架构采用TD-LTE无线多模块视频终端架构。

7.根据权利要求6所述的利用移动通信网络及移动智能手机跟踪监视报警系统，其特征在于：所述网络视频管理平台采用CMS架构。