村镇建设用地再开发现场监控系统的无线传输方案设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 村镇建设用地再开发现场监控系统 的无线传输方案设计 摘要：本文面向省、市、县三级 村镇建设用地再开发管理部门，针对带 宽受限和传输数据容量大的矛盾，探讨 了 3G 数据传输过程中的传输网络方案。 在调查村镇建设用地再开发监管过程对 数字化监管平台需求的基础上，结合我 国村镇网络设施受限、多数地区存在 WiFi 网络无法覆盖的实际情况，选择 了 3G 无线传输网络和 H.264 视频压缩 编码标准。针对村镇建设用地再开发实 际监管和监管系统视频传输的过程中存 在的问题，分别探索了视频本地存档、 异地调用的双码流传输方式和带宽受限 条件下异步传输、可伸缩编码和视频画 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 面切割的传输方案。本文研究村镇建设 用地再开发现场监测技术，为村镇建设 社会主义新农村再开发现场监测、全程 监管、县市省三级互通互联与公共服务、 以及信息化监管技术平台的构建提供理 论基础。 中国论文网 /8/view-12733541.htm 关键词：建设用地再开发；视频 监控；无线传输 中图分类号：TP311.5 文献标识码：A DOI： 10.3969/j.issn.1003- 6970.2015.08.003 0 概述 本世纪头 20 年，是我国经济社 会发展的重要战略机遇期，也是资源环 境约束加剧的矛盾凸显期。目前我国村 镇建设用地总量高达 16.4 万平方公里， 是城市建设用地总量的 4.6 倍，人均用 地 185 平方米，远远超过国家标准，且 土地利用结构不合理，粗放利用问题突 出。因此，探索再开发现场监测、全程 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 监管与业务系统一体化整合的方法，寻 求如何构建村镇建设用地再开发现场监 测、全程监管、信息共享与服务集成平 台，对转变村镇土地利用的传统观念， 缓解土地资源有限造成的压力，提高土 地利用效益，具有重要的现实意义。 当前，在建设用地再开发方面监 控系统的科研几乎空白。围绕我国建设 用地再开发，在土地利用现状调查、建 设用地集约节约用地评价以及有关经济、 社会、环境数据的基础上，在区域规划、 土地利用总体规划、城镇规划的控制下， 本着“补差补缺 ”的原则，以加强 “经济 调节、市场监管、社会管理、公共服务” 下的建设用地调控与监管为核心，进行 建设用地再开发数字化监管技术研究， 实现信息化监管具有重要意义。本文面 向省、市、县三级村镇建设用地再开发 管理部门，针对带宽受限和传输数据容 量大的矛盾，重点探讨 3G 数据传输过 程中的传输网络方案。 本文针对村镇建设用地再开发具 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 有渐变性、周期较长，单纯用巡查、数 据上报等常规监控手段很难满足有效实 时监管的特点，研究基于多模式及多路 无线捆绑安全数据接人视频网关的村镇 建设用地再开发监控视频数据采集处理 和智能分析技术。通过分析村镇建设用 地再开发现场监控系统的技术指标要求， 结合对无线视频传输技术应用的研究， 进行了村镇建设用地再开发现场监控系 统中的监控终端压缩编码方式的选择和 视频传输网络方案的设计。 1 现场监控端视频传输模式设计 在监控系统视频传输过程中，解 决 3G 网络环境下带宽受限和视频传输 数据量大的矛盾是一个核心问题。以中 国联通 3G 环境下室外移动网络状态为 例，此种情况下的 3G 网络传输速率为 l44kbps。根据技术指标要求，监控画面 的分辨率采用 720576，每个真彩像素 深度为 24，H.264 视频压缩比假为 102：1，这样得到原始视频的数据量为 72057624/8=1244kbpf，压缩后的数据 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 量为 9953/102=12.2kbpf。利用此条件下 的 3G 无线网络传输可得图像的传输速 率为 144kbps/12.2kbpf=11.8fps。而满足 流畅的实时视频监控画面需保证至少 20fps 的传输速率，即保证每秒能接收 到的视频帧至少为 20 帧。 由此可见，在平均 3G 网络带宽 下，视频的传输速率不能完全满足视频 实时监控系统的流畅性需求，这就必须 要对原有的视频传输方案加以改进。与 此同时，村镇建设用地再开发实际监管 的过程中存在着取证不及时、鉴定难度 大的问题；在监管系统视频传输的过程 中，存在着网络带宽受限、系统实时性 不强的缺陷。 针对以上问题，本文分别从两个 方面人手，提供了视频本地存档、异地 调用的双码流传输方式和带宽受限条件 下的视频传输方案。 2 双码流视频传输方案设计 为了满足村镇建设用地再开发实 际监管过程中视频取证的需求，本节参 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 照 3GPP 标准协议框架，在双码流技术 的基础上设计一个的 3GSS 流分发服务 器用于现场监控视频的存档与传输。 在双码流传输过程中，流分发服 务器可对单路模拟视频进行两种格式的 同时编码上传，并有由中心服务器进行 差异化转发。如图 1 所示，视频解码器 和录像存储单元接受高清晰度的视频并 存储，而监控端接受低品质网络传输视 频，可有效降低带宽资源的消耗，提升 视频监控画面的流畅度，从而保证监控 中心在进行多画面视频实时浏览时的应 用效果。 3 传输方式的选择 前文的分析中指出，在 3G 网络 带宽受限的情况下，要传输满足技术指 标的高清视频，并保证监控画面的流畅 性，只能通过降低监控视频的实时性和 减少 3G 网络中单条信道内的数据传输 量的方法来实现现场监控的目的。针对 该问题本文通过引入异步传输机制、视 频可伸缩编码和视频图像裁剪方式，提 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 出了相对应的解决方案。 3.1 步传输机制 与安全设施监控、违法犯罪监控 等强调的及时报警、快速响应不同，村 镇建设用地再开发的现场监控不需要过 分强调监控画面的实时性，可以允许适 当的缓冲延时以保证监控画面的质量， 以便于对违规用地进行更加详细地取证。 考虑到本系统在实际应用中对传 输画面的实时性要求并不是很高，引入 异步传输机制，以降低实时性为代价完 成对高清视频流的异步传输，达到监控 视频流畅播放的目的；与此同时，引入 一个基于 RTCP 报告、可获取对网络状 况变化趋势的反馈机制。并利用其提供 的动态的反馈信息实现了对发送端和接 收端 Buffer 的控制，使其适应当前网络 的状况，保证流媒体传输的 QoS，以提 高流媒体传输的效率。 如图 2 所示，在现场监控发送端和监控中心接 收端设置视频缓冲区，由会话管理中心 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 不断获取 RTCP 报告信息，控制缓冲区 的大小，以保证传输效率。完成压缩编 码后的本地高清视频封装包在缓冲区列 队传出，接收端缓冲区对视频进行列队 处理。 在实际系统应用中，摄像头连接 无线网关传输设备，接收端架设视频转 发平台，利用一定的缓冲时间，来实现 高清视频图像的流畅传输。无线网关传 输设备要先实现视频数据实时记录，然 后再异步无线发送数据，然后视频转发 平台经过一定缓冲时间再实现流畅播放。 3.2 频可伸缩编码传输 传统的通信系统中，编码器将视 频信号压缩到一个特定的比特率，使此 比特率小于或接近信道容量，解码器利 用收到的全部数据重建视频信号。但是 在本文所研究的系统流媒体应用环境下， 由于村镇网络设施不健全带来的带宽不 足和考虑到设备成本的问题，编码器无 法预知终端设备能力，因此要求视频编 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 码器能够实现特定使用环境下的最优编 码，使得编码后的码流可以灵活地适应 不同的网络环境。 在实际应用中，为了解决 3G 网 络传输带宽不足的问题，需要设计对视 频传输请求有自适应性的视频服务器。 可伸缩编码（SVC， Scalable Video Coding）能很好满足系统的这种 自适应性，能够将视频信息按照重要性 分解，对分解的各个部分按照其自身的 统计特性进行编码。 如图 3 所示的是 H.264 扩展的可 伸缩编码示意图。空间可伸缩性通过空 域分解下采样来生成多个不同空间分辨 率的信号。每个空域层再经过层次 B 帧 预测编码结构来提供时域可伸缩性。低 空域层的运动信息和纹理信息可以用于 高空域层相关信息的预测。H.264 SVC 的视频编码也是基于宏块的，每个宏块 除了可以进行帧内预测编码和帧间预测 编码之外，高空间层的图像还可以进行 层间预测编码。对于每个空间分层中的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 任意时间级图像，都采用质量可伸缩性 编码。 3.3 频画面切割传输 从减少 3G 网络中单条信道内的 数据传输信息量的角度出发，考虑先将 大数据量的每帧图片在本地视频处理端 物理分割成几个等大小的画面，分别经 过编码传输，在接收端解码后对分割的 画面进行再融合。再对得到的融合画面 进行显示。这样在单条传输信道上的传 输数据量将成倍缩小，缓解了带宽不足 的压力，提高了视频的流畅度，增加了 视频监控的实时性。 以技术指标要求为例，在 144kbps 网速下传输分辨率为 750576 的视频监控画面，每个真彩像素深度为 24，所以原始视频的数据量为 72057624/8=1244kbpf。经过视频分割， 将照片等分成 4 个部分，每部分的数据 量为 1244/4=3 llkbpf，采用 H.264 压缩 编码后的数量为 3kbpf。也就是说，在 每条独立的 3G 网络信道内传输的数据 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 量为 3kbpf。由此可以得出，此条件下 的 3G 无线网络传输可得图像的传输速 率为 144kbps/3kbpf=48fps。这远远大于 视频播放所需要的 25 帧/s 的播放量， 完全可以满足视频监控应用中视频实时 传输的要求。 本文以图片的四分法为例，如图 4 所示。先将视频摄像头拍摄到的画面 ABCD 经过分割处理，得到四张等大小 的图片 A、B、C 、D ，分成四路经过编 码封装后接人 3G 网络传输。接收端接 收到四幅图片 A、B、C 、 D 后，通过视 频解码融合器，将图片还原成拍摄所得 的图片 ABCD，最后将还原的图片压人 队列形成视频流。 3.4 频传输模式方案的选择 在视频画面分割传输方案中，如 何解决掉帧和失帧后的同步问题是一个 难点。不难预想到在实际传输过程中， 由于单条或多条信道上可能存在的数据 掉包，出现某一或多个画面的失帧，如 图 5 所示。这大大降低了视频的监控效 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 果，不能满足高清视频监控的要求。所 以，在建设用地现场监控系统中单纯采 用这种传输方案易造成视频卡顿、失真 严重等不良后果。 前文提出的设置缓冲区、异步传 输视频的方式，缓冲区的等待队列以降 低实时性的代价来保证高清的视频监控， 恰恰为视频画面分割传输中画面同步的 问题提供的解决办法。而视频画面分割 传输的思路又降低了单条信道上的带宽 压力，减小了缓冲区域的分配，缩短了 视频缓冲时间，大大增强了视频监控的 实时性。但复杂的算法和增加的传输网 关带来的成本增加，是该传输模式在实 际应用中需要解决的问题。因此，结合 异步传输方式和视频图像分割传输方法 对视频进行无线传输的新型传输模式值 得进一步探讨。 与此同时，相比异步传输方式和 视频图像分割传输方法相结合的传输方 式，将可伸缩编码和异步传输方式相结 合的传输方式更适合在 3G 网络不稳定， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 网络信号较弱的情况下进行数据传输。 在网速较慢的环境下，可伸缩编码能将 视频监控所需的基本层剥离出来进行传 输，这大大减少了无线传输信息量，缓 解了 3G 网络的压力。 综上所述，视频传输模式方案的 选择需要根据具体网络环境来决定。在 无线传输网络稳定的条件下，选择异步 传输方式和视频图像分割传输方法相结 合的传输方式，能够缓解传输信道上的 压力，提高现场视频监控的实时性；在 无线网络信号较弱的条件下，可伸缩编 码和异步传输方式相结合的传输方式能 够调节视频监控传输信道上的数据量， 获得更好的监控效果。 4 结论与展望 本文依据村镇建设用地再开发现 场视频监管的实际需求，结合村镇网络 设施建设中存在的带宽受限问题，进行 了村镇建设用地再开发现场监控系统中 的监控终端视频传输网络方案的设计， 完成的工作主要包括：研究无线网关传 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 输设备带宽受限