（通信与信息系统专业论文）用于安全防范的无线多媒体监控系统设计与实现.pdf

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c o n t r o ls y s t e mi sa ni n t e g r a t e ds y s t e mw h i c h i n t e g r a t e dw i t hc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nt e c h n o l o g ya n d w i r e l e s st r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yf o rt h ed a t aa n di m a g e p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y i th a s b e e nw i d e l yu s e df o rs o m ea r e a s ，i n c l u d i n gb u i l d i n g ，p a r k ，m o b i l eu s e r , e t e m u l t i m e d i aw i r e l e s sv i d e ow a t c h - c o n t r o ls y s t e ma n dw i r e l e s sn e t w o r kv i d e o c a m e r ah a v eb e e nd e s i g n e db a s e do i lt h eh i - 3 2 0c h i p t h ea r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k t e c h n i q u ei su s e d r e s e a r c ha n ds i m u l a t i o no fs y m b o li m a g er e c o g n i t i o nt e c h n i q u e s h a v eb e e nc o m p l e t e db a s e do ns e v e r a ls u p e r v i s e dl e a r n i n go fa s s o c i a t i v en e u r a l n e t w o r k sa n dt h et r e a t m e n ts h o w e dag o o dl o n g - t e r me f f e c t t h ec o m p u t a t i o n a lf l o wi s a l s op r o v i d e d s t a r t i n gf r o mt h ec o n c e p t i o no fs a f e t yp r e c a u t i o nt e c h n o l o g y , t h i sp a p e rd e s c r i b e s t h eb a s i cm e a n s ，e l e m e n t s ，s y s t e mc o m p o s i t i o n , a n dd e v e l o p m e n tt r e n d , a n di n t r o d u c e s t h e c o n c e p t i o n s ，s t a n d a r d s ,s y s t e m sa n dd e v e l o p m e n tt r e n do ft e l e v i s i o n m o n i t o r i n g - c o n t r o lt e c h n o l o g y , a n dd i s c u s s e st h ec o n c e p t i o n s ，c o m p o s i t i o n s ，f u n c t i o n s a n dd e v e l o p m e n tt r e n do fm u l t i m e d i am o n i t o r i n g c o n t r o lt e c h n o l o g y i td i s c u s s e st h e a d v a n t a g e so fw i r e l e s sv i d e om o n i t o r i n g - c o n t r o ls y s t e ma n dp u t sf o r w a r dt o p o l o g y c h a r to f s y s t e ms o l u t i o ns c h e m ea n dd e v e l o p m e n tt r e n d m u l t i m e d i aw i r e l e s sv i d e ow a t c h - c o n t r o ls y s t e mu s e sh 2 6 4t e c h n o l o g y i n t e g r a t e d d e s i g no fs y s t e md e s c r i b e st h ec o m p o s i t i o n s ，f u n c t i o n s ，t h ep r i n c i p l eo fo p e r a t i o na n d o r g a n i z a t i o ns c h e m eo fn e t w o r k i nt h ed e t a i l e dd e s i g no fw i r e l e s sn e t w o r kc a m e r a , f i r s t l y , i ta n a l y z e st h ep r o p e r t i e s ，a d v a n t a g e sa n df a s tm o v e m e n te s t i m a t i o na l g o r i t h m s e c o n d l y , i tp r o p o s e st h es o l u t i o ns c h e m ef u n c t i o n sa n dp r i n c i p l eo fo p e r a t i o n t h ek e yp o i n ts h i f to fm u l t i m e d i aw i r e l e s sv i d e ow a t c h - c o n t r o ls y s t e mi si m a g e c o m m u n i c a t i o n sa n di m a g eg r a p h i c a lp r o c e s s i n g s t a r t i n gf r o mt h ec o n c e p t i o no ft h e m ， t h i sp a p e ra n a l y z e sd e t a i l e dt h eb a s i cf u n c t i o no fd i g i t a lp r o c e s s r e s e a r c ha n d s i m u l a t i o no fs y m b o li m a g er e c o g n i t i o nt e c h n i q u eh a v eb e e nc o m p l e t e db a s e d0 1 1 s e v e r a ls u p e r v i s e dl e a r n i n go fa s s o c i a t i v en e u r a ln e t w o r k sa n dt h et r e a t m e n ts h o w e da g o o dl o n g - t e r me f f e c t t h ec o m p u t a t i o n a lf l o wi sp r o v i d e d i nt h i s p a p e r , m u l t i m e d i aw i r e l e s s v i d e ow a t c h c o n t r o l s y s t e mh a sm a n y 3 山东大学硕士学位论文 1 i 量置宣寡鼍置量皇置e 目胃薯皇e 鼍皇暑鼍皇舅曼鼻鼍詈鼍量置鼍鼍置置量_ 曹詈墨蔓| 量| 皇l a d v a n t a g e so fi n t e l l i g e n ts e c u r i t yg u a r ds y s t e m , i n c l u d i n gt h a ti m a g ep r o c e s s i n g t e c h n o l o g y , t h ec o m p r e s s i n gp r o c e s s i n gt e c h n i q u e so fd i g i t a li m a g e ，u p g r a d ea b i l i t y , n e t w o r kf u n c t i o na n dt h es t a b i l i t yo fs y s t e m s m u l t i m e d i aw i r e l e s sv i d e ow a t c h - c o n t r o l s y s t e mi sc o m p o s e do ft h ew i r e l e s sn e t w o r kc a m e r a , l i s t e n e r , t h ey u n n a no b s e r v a t o r y a n dp r o t e c t i o n , d e c o d e r , t h ep i c t u r em u l t i p l e x e r , a u d i o v i d e om a t r i x ，t h em u l t i m e d i a c o m p u t e rs y s t e ma n ds oo n i nt h e m ，t h ek e yp d mo fd e s i g ni sw i r e l e s sn e t w o r k c a n l e r a w i r e l e s sn e t w o r kc a m e r ac a nc a p t u r ei m a g ea n dt r a n s m i t si n f o r m a t i o nb yi p n e t w o r k b e s i d e sv i d e oi n f o r m a t i o n , i tc a na l s or e a l i z et h eo t h e rf u n c t i o n sb yt h es a m e n e t w o r k k e y w o r d s ：s e c u r i t yp r o t e c t i o n ；m u l t i m e d i a ；v i d e o w a t c h - c o n t r o l s y s t e m ； w i r e l e s sn e t w o r kc a m e r a ；a s s o c i a t i v en e u r a l n e t w o r k s ；l e a r n i n gr u l e ；h 2 6 4 s t a n d a r d s ；w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ；i m a g ep r o c e s s i n g 4 山东大学硕： ：学位论文 第一章绪论 人类社会是在矛盾的对立统一中发展起来的。一定的社会环境必然伴随相应 的社会现象和主要矛盾n 1 。在当今社会，无论是发达国家，还是发展中国家，安全 问题都已经成为整个国际社会关注的焦点。 1 1 安全防范技术概述 1 1 1 安全防范的基本概念 安全，指没有危险、不受侵害、不出事故。防范，指防备、戒备，而防备是 指作好准备以应付攻击或避免受害，戒备是指防备和保护。那么，由此可以给安 全防范做以下定义：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护 对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。其中，安全是目的，防 范是于段，通过防范的于段达到或实现安全的目的。为了达到防入侵、防盗、防 破坏等目的，可以采用以电子技术、传感器技术和计算机技术为基础的安全防范 技术的器材设备，并将其构成一个系统，由此应运而牛的安全防范技术正逐步发 展成为一项专门的公安技术学科。 大公共安全理念即综合安全理念，为社会公共安全提供时时安全、处处 安全的综合性安全服务。 社会公共安全服务保障体系由政府发动、政府组织、社会各界( 绝不是 公安部一家、更不是公安部执法部门内部的某一机构) 联合实施的综合安全系统 工程( 硬件、软件) 和毹；理服务体系。 1 1 2 安全防范的基本手段和基本要素 ( 1 ) 安全防范的三种基本于段：人防、物防、技防 安全防范是社会公共安全的一部分，安全防范行业是社会公共安全行业的一 个分支。依据防范于段，安全防范包括人力防范( 人防) 、实物( 实体) 防范( 物 防) 、技术防范( 技防) 三个范畴。这三种方式也是安全防范的基本手段，人防和 物防是其基础。 山东大学硕士学位论文 人防：利用人们自身的传感器( 眼、耳等) 进行探测，发现妨害或破坏安 全的目标，作出反应；用声音警告、恐吓、设障、武器还击等手段来延迟或阻止 危险的发生，在自身力量不足时还要发出求援信号，以期待做出进一步的反应， 制止危险的发生或处理已发生的危险。 物防：作用在于推迟危险的发生，为“反应 提供足够的时间。现代的实 体防范，已不是单纯物质屏障的被动防范，而是越来越多地采用高科技地手段， 一方面使实体屏障被破坏地可能性变小，增大延迟时间；另一方面也使实体屏障 本身增加探测和反应的功能。 技防：对人防和物防功能延伸和加强，是对它们在技术手段上的补充加强。 ( 2 ) 安全防范的三要素：探测、延时、反应 探测( d e t e c t i o n ) ：指感知显形和隐性风险事件的发生并发出报警。 延迟( d e l a y ) ：指延长和推延风险事件发牛的进程。 反应( r e s p o n s e ) ：指组织力量为制止风险事件的发生所采取的快速行动。 在安全防范的二种基本于段中，要实现防范的最终日的，都要围绕探测、延 迟、反应这三个基本防范要素开展工作、采取措施，以预防和阻止风险事件的发 牛。三种防范于段在实施防范的过程中，所起的作用有所不同。探测、延迟和反 应二个基本要素之间是相互联系、缺一不可的关系。一方面，探测要准确无误、 延迟时间长短要合适，反应要迅速；另一方面，反应的总时间应小于( 至多等于) 探测加延迟的总时间。 1 1 3 安防系统的组成 安防系统通常由探测器、信号传输信道、控制器组成。 ( 1 ) 入侵探测器：探测入侵者移动或其它动作的由电了及机械部件组成的装置。 ( 2 ) 信号传输信道：分为有线信道和无线信道。有线信道常用双绞线、电力 线、电话线、电缆或光缆传输探测电信号；无线信道则是将控测电信号调制到规 定的无线电频段上，用无线电波传输控测电信号。 ( 3 ) 控制器：通常由信号处理器和报警装置组成。由有线或无线信道送来的 探测电信号经信号处理器作深入处理，以判断“有或“无”危险信号，若有情 况，控制器就控制告警装置，发出报警信号。 6 山东大学硕 ：学位论文 1 1 4 安全防范技术的发展趋势 综上所述，安全防范既是一项公安业务( 警察执行部门) ，又是一项社会公共 事业和社会经济事业。它们的发展和进步，既依赖于科学技术的发展和进步，同 时又为科学技术的进步与发展提供和创造良好的社会环境。 随着现代化科学技术的飞速发展，安全防范技术不论在器件上，还是系统的 功能上都有飞速的发展。 ( 1 ) 探测器由较简单、功能单一的初级产品发展成多种技术复合的高新产品。 ( 2 ) 电视监控系统飞速发展使安全防范的技术更有效，更直观。 ( 3 ) 探测信号的传输也由常规的模拟量的有线传输，转为数字的无线传输。 ( 4 ) 报警控制器采用了大容量的c p u ，使信号和控制实现了计算机总线控制。 1 2 安防系统现状概述 安防监控产业的发展已经2 0 多年，由模拟监控系统快速发展成为现代数字化、 网络化、智能化系统。目前，安防系统多以视频监控与报警联动综合的安全防控 体系，一般采用传统的系统配置模式，即集中式地建设监控中心，将视频数据上 传至集中式设置的视频服务器，并在该集中节点进行数据存储；在视频采集点上， 一般采用视频采集器，控制多路视频摄像头。该视频采集器采用宽带线路，或是 采用无线网卡，在带宽不足的情况下，可能会采用多路无线线路捆绑的方式连接 公众瓦联网，与同样连接在互联网上的视频监控中心进行数据传输。 1 2 1 现代智能安防监控系统特点 图像数据处理能力； 数字图像压缩处理技术； 整合的系统功能设计： 良好的可扩展性即可丁| - 级性； 网络功能； 系统稳定性。 山东大学硕士学位论文 1 2 2 无线流媒体监控技术 无线流媒体网络多媒体监控管理平台集无线通信、流媒体、视频处理、计算 机网络和自动化技术于一身，是视频、音频、数据和图示一体化的解决方案。兼 备网络视频监控、视频会议、视频直播等功能，具有超大规模组网能力，为无线 监控系统的应用提供了技术保障，为各种突发事件和应急事件提供良好准备，使 车载监控、公共交通工具( 公共汽车、地铁、长途汽车等) 监控等难度较大的监 控成为可能。 流媒体编解码技术是无线流媒体监控系统的重要技术之一。随着数字视频编 解码技术、嵌入式视频服务器及网络技术的发展，网络视频监控系统正迅速从传 统的基于有线电视技术的模拟视频监控系统向基于i p 技术的数字视频监控系统方 向发展，数字监控已在某些领域取代原有的模拟监控。基于i p 技术的数字视频监 控系统采用数字编码压缩技术( m p e g 4 、h 2 6 4 或m - j p 9 2 0 0 0 ) 、数字视频压缩技术 将模拟视频信号、数据信号或语音进行编码，压缩并打成i p 包，通过有线或者无 线i p 网络把视频信息以数字化形式进行传输。只要是网络可到达地方就一定可实 现视频监控和记录，用户可在安装有专用解压缩软件的计算机、掌上电脑( p d a ) 、 于机或电视墙、大屏幕上观看浏览，控制远程实时视频图像，并结合实时录像报 警联动、数据传输、语音对讲等，这种监控可与很多其它系统进行完美的结合。 无线流媒体监控系统的组网具有传输速率高、实时性强、传输距离远、低时 延、成本低、组网灵活、可扩展性好、全数字化录像、远程实时监控、移动性等 特点。它可被广泛的应用于运动物体内视频监控、有线网络无法到达的地方、人 员无法接近的场所等领域。 1 2 3 现代安防监控系统存在的问题 ( 1 ) 绝大部分安防系统侧重于监控、记录、查淘，对突发事件的处理很少涉 及。比如对于防火系统，可以在一定的情况下实施自动灭火。仙安防监控系统不 可能对突发事件进行处理，所以它从某种程度上只可以理解为是一种提供事后取 证录像的工具。 ( 2 ) 容易漏报( f a l s en e g a t i v e s ) 问题。人们在观察实时的视频流或观察 录像回放的时候，由于监控人员个体条件的不同以及自身牛理上的弱点，经常无 山东大学硕十学位论文 法察觉到安全威胁，从而可能导致漏报现象的发生。 ( 3 ) 各个监控点不能每时每刻都处于监控。很少有电视监控系统会按照1 ：1 的 比例为监控摄像机配置监视器。因此，各个监控点并非每时每刻都处于监控状态。 1 3 多媒体监控系统 1 3 1 多媒体监控系统的概念和硬件组成 ( 1 ) 多媒体监控系统在传统监控系统中引入基于网络的多媒体技术，结 合最新的数字图像处理及数字视频压缩技术与传输技术，以计算机为核心构成的 新一代综合型电视监控系统1 。 ( 2 ) 多媒体监控系统的优点 集音频视频信号处理、门禁报警信号处理、系统信息管理、系统控制、 网络于一体，具有友好的人机交瓦界面。 通过监控屏幕及时了解包括本地及远端多个监控予系统在内的整个系统。 任意调看某一监控点图像、监听现场声音，或与该监控点进行双向通话。 可以方便地检索以数字形式记录在p c 机硬盘上的报警图像文件。 对网络上任意一台授权p c 机，都可通过网络来了解整个监控系统的情况。 ( 3 ) 多媒体监控系统的组成 图卜1 多媒体监控系统般组成图 多媒体监控系统一般由系统前端、信号传输、显示、控制、记录五大部分组 成，系统可与多种报警系统相连，如图1 - 1 所示。 前端部分 摄像机：把景物的光信号( 景物的明暗不同处) 变成电信号( 视频信号) 。 9 山东大学硕士学位论文 监听头：即拾音器，将声音信号变成电信号( 即音频信号) 。 云台：承载摄像机的载体，可以以多种角度转动。 防护罩：保护摄像机、云台等设备，可防尘、防雨、防雾、降低云台转 动噪声、防盗、防硬物撞击等功能。 解码器：将数字控制信号变成模拟电压信号，即把控制中心传来的控制 信号( 即数字信号) 变成相应的电压( 即模拟信号) ，去控制云台的方向转动或摄 像机镜头的变焦、聚焦、光圈等。 信号传输部分：包括多种电缆、光缆、视频放大器、射频调制器、高频 放大器( 干线放大器) 、光端机等。主要作用是将视频信号和音频信号在尽可能小 的衰减失真的情况下，传送至远端控制中心，同时将控制中心的计算机和视频矩 阵或控制器等控制设备输出的控制信号传送至前端设备。 显示部分：包括监视器( 或带有a v 输入端口的电视机) 、视频多画面处 理器、计算机显示器等。丰要作用：再现前端摄像机摄取的图像和监听头拾取的 声音，对监控点的目标进行监视和监听，对计算机检索到的录制内容进行重放。 记录部分：包括普通s 录像机、长延时录像机( 亦称时滞录像机) 、 硬盘记录器或硬盘录像机等。作用：将图像声音信号、报警信息等即时记录下来。 控制部分：是整个监控系统的控制和指令中心，包括多媒体计算机、视 频矩阵、音频矩阵等控制设备。 1 3 2 多媒体监控系统软件及其功能 多媒体监控系统必须配合相应的监控软件才可运行，它具有以下功能： ( 1 ) 对摄像机传来的图像进行各种处理，包括图像放大、图像局域放大、亮 度调节、色度调节、对比度调节、图像柔化、图像轮廓增强等。 ( 2 ) 借助计算机人工绘制监控区域图，或直接通过扫描仪对实际区域图( 地 图) 进行扫描，将监控区域的平面图输入到计算机中，形成“电予地图”，终端屏 幕以“电了地图”为背景，以小图标形式标明各摄像机、监听头、报警探头的位 置等。 ( 3 ) 上述小图标相当于按钮，用鼠标点击图标可以进行相关功能的操作。 l o 山东大学硕卜学位论文 1 3 3 多媒体监控系统的发展趋势 2 1 世纪，数字电视技术、计算机技术、通信网络技术发展愈加迅速。现在的 多媒体监控系统不再是简单的电视监控和报警系统，而是能够管理整个小区或是 整座大厦、工厂的智能多媒体监控系统，大体可分为报警状态和非报警状态。 ( 1 ) 系统通过各种探测器控制房间温度、适度等环境因素。 ( 2 ) 用户可以通过电话线向监控中心发出视频点播命令。 ( 3 ) 监控中心将用户点播的节目通过有线电视网发送给用户。 ( 4 ) 用户可以接入国际瓦联网，从而可以将相关信息通过网络传送给用户。 1 4 无线视频监控系统概述 无线视频监控系统是无线网络技术应用最多的领域之一，主要用于对重要区 域或远程地点的监制，无线网络视频监控技术在电力系统、电信机房、工厂、城 市交通、水利系统、小区治安等领域得到越来越广泛的应用。视频监控系统将被 监控点实时采集的视频文件及时地传给监控中心，实时动态报告被监测点的情况， 及时发现问题并进行处理。采用无线网络视频监控解决方案，可迅速方便地在各 种需要的地方部署数字摄像设备，建立新的视频监控系统或对现有的系统进行扩 展，具有很强的灵活性和可扩充性。采用宽带无线接入设备，将多个被监测点与 中央控制中心连接起来，可在最短时间内迅速建立无线链路。现场监控点安装的 摄像机所摄录的实时和高分辨率的视频图像通过宽带无线接入设备进行传输，传 送到用户的安全监控中心，并可以完成对远程监控点的控制。 目前，随着数字视频编码技术以及网络技术的发展，安装网络视频监控系统 正迅速从传统的基于有线电视技术的模拟视频监控系统向基于i p 技术的数字视频 。监控系统方向发展，数字监控系统已经在某些领域取代了原有的模拟监控系统。 基于i p 技术的数字视频监控系统采用数字编码压缩技术( m p e g 4 、m p e g 2 或m j p e g ) ， 并且视频数据通过i p 网络进行传输，可以提供高质量视频监控，并且监控范围更 加广泛。同时监控系统的需求也逐渐从集中式监控往分散式监控和与工业化数字 监控相结合的方向发展。 山东大学硕士学位论文 1 4 1 无线视频监控系统的优势 ( 1 ) 综合成本低，只需一次性投资，特别适合室外距离较远的场合。 ( 2 ) 安装周期短、维护方便、扩容能力强、维护费用低，迅速收回成本的优点。 ( 3 ) 组网灵活，可扩展性好，安装快速，容易在网络中增加新的监控点。 ( 4 ) 维护费用低，一次性投资无运营费用。 ( 5 ) 系统功能强大、利用灵活、全数字化录像方便于保存和检索。 ( 6 ) 可通过传感器进行远程监测及控制、报警。同时可以自动将远端监控点 的现场状况以图像及相关信息传输到监控中心，自动录像。 ( 7 ) 遵循全球统一的技术标准和通讯协议t c p i p ，可进行跨地域远程实时监控。 ( 8 ) 安全性较高，无线网络具有e s s i d 、m a c 地址过滤及w e p 加密等安全措 施与视频系统箭理相结合多重加密予段。 1 4 2 无线视频监控系统的一般解决方案 无线视频监控系统的建立，要根据其使用的环境，新技术、新设备产生，用 户实际的需求，同时还要结合不同的视频监控产品、合适的视频编码技术、针对 性的网络连接方式给出具体的“系统解决方案”。 ( 1 ) 硬盘录像机、视频服务器的选择：决定了整体系统的传输组网方式： m p e g 一4 、h 2 6 4 等新的视频压缩格式使得在保证较高图像质量前提下的视频码率有 效地减小到不足1 m b s ，甚至在不足l o o k b s 的带宽下也能传输质量很好的c i f 幅 面的全实时图像。 ( 2 ) 无线网络：无线扩频技术是一项非常成熟的技术，无线网络设备使用频 率辛要有2 4 g h z 和5 8 g h z 两种，传输速率从1 1 m 到1 0 0 m ，甚至到1 0 0 0 m 。无线网 络具有建设快、投资少、组网灵活、传输距离远等优点，可以单独组建无线专网或 作为有线网络的补充。无线网络的组网形式有“点对点”和“点对多点”两种。 ( 3 ) g p r s c d m a 专业数据传输：在运营商、设备供应商、系统集成商的共同 努力和积极推动下，g p r s c d m a 广泛应用于油田、环保、地震、水利、电力、气象、 燃气、毹；道、自来水、媒体、广告宣传等各个行业的各种检测、监视、牛产、报 警等专业数据传输领域。由于各行业专业数据的产牛方式不同，前端数据采集方 式千差万别，采集数据的发送方式多种多样，接口方式也各有不同；g p r s c d m a 无 山东大学硕七学位论文 线终端的内部协议或系统不同，针对不同用户的特殊需求g p r s c d m a 无线终端可 能需要进行编码调整或芯片更换，所以在g p r s c d 姒专业数据传输系统建立时需 要根据其应用行业专业数据前端采集系统的各方面要求统筹考虑选择最佳 g p r s c d m a 无线终端。 1 4 3 无线视频监控系统的拓扑图 图1 - 2 无线视频监控系统拓扑图 1 4 4 无线视频监控系统的发展趋势 视频监控系统是现代安全防范系统的重要组成部分，是一种防范能力较强的 综合系统。无线视频监控系统充分地利用了无线通信技术，并将其融入视频系统 当中。未来的无线视频监控系统将在现有的基础上，向以下方面不断深化发展： 系统集成化、前端一体化、视频数字化、监控网络化。其中数字化是网络化的前 提，网络化是集成化的基础。 ( 1 ) 数字化：系统信息流的数字化已得到广泛应用，但仍在不断发展和深化 中，包括视频、音频、控制等方面的数字化。信息流的数字化、压缩编码、开放 式协议使视频监控系统和安防系统中的其它了系统实现无缝连接，并在统一的平 台上实现符理和控制。 ( 2 ) 网络化：这标志着系统由集总式向集散式过渡。 集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多 用户、分布式操作系统实现抢先任务调度算法的快速响应。 组成及散式系统的硬件和软件采用标准化、模块化、系列化设计。 山东大学硕士学位论文 系统网络化在某种程度下打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。 系统网络化使整个系统网络硬件和软件资源共享，以及任务和负载共享。 1 5 论文的主要工作 ( 1 ) 在对国内外多媒体监控系统研究与分析的基础上，紧密结合多媒体通信 技术、无线视频技术、图像处理技术的发展，分析系统的总体需求，完成系统总 体设计。 ( 2 ) 研究了无线网络摄像机的系统需求，设计系统的各项功能。主要完成了 基于海思i t i 3 2 0 芯片的无线网络摄像机、网络视频服务器的总体设计、功能设计。 ( 3 ) 采用智能识别和人工神经网络的方法进行仿真。 ( 4 ) 详述了系统设计中若干关键技术，以及系统的应用、发展和改进放案。 1 4 山东大学硕卜学位论文 第二章无线多媒体通信技术基础 2 1 无线局域网的现状和发展 移动计算网络分为两种解决方案，即广域解决方案和局域解决方案。广域方 案是依靠无线蜂窝数据通信网络和卫星通信网络作为移动计算的物理网；无线局 域网虽在地域范围上受限制，但它是速率更高的移动解决方案。 2 1 1 无线局域网的概念 无线局域网( w i r e l e s sl a n ，w l a n ) 是9 0 年代计算机网络与无线通信技术相 结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通 信，并为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的予段。一般而言，凡 是采用无线传输媒体的计算机局域网都可称为无线局域网。 无线局域网是无线通信技术与网络技术相结合的产物，是通过无线信道来实 现网络设备之间的通信，并实现通信的移动化、个性化和宽带化。无线局域网也 可以理解为是在不采用网线的情况下，提供以太网瓦联功能。 2 1 2 无线局域网的特点 无线局域网的优点 灵活性和移动性。 安装便捷。 易于进行网络规划和调整。 故障定位容易。 易于扩展。 无线局域网的缺点 无线局域网依靠无线电波进行传输，这些电波通过无线发射装置进行发射， 而建筑物、车辆、树木和其它障碍物都可能阻碍电磁波的传输，所以会影响网络 的性能。 山东大学硕士学位论文 无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。目前，无线局域网的最大 传输速率为5 4 f o i t s ，只适合于个人终端和小规模网络应用。 无线电波不要求建立物理的连接通道，理论上很容易监听到无线电波广播 范围内的任何信号，造成通信信息泄漏。 2 1 3 无线局域网的理论基础 ( 1 ) 红外线( i n f r a r e dr a y s ，i r ) 局域网 采用红外线通信方式与无线电波方式相比，可以提供极高的数据速率，有较 高的安全性，且设备相对便宜而且简单。但由于红外线对障碍物的透射和绕射能 力很差，使得传输距离和覆盖范围都受到很大限制，通常i r 局域网的覆盖范围只 限制在一间房屋内。 ( 2 ) 扩频( s p r e a ds p e c t r u m ，s s ) 局域网 使用扩频技术，网络可以在i s m ( 工业、科学和医疗) 频段内运行。其理论依 据是通过扩频方式以宽带传输信息来换取信噪比的提高。扩频通信具有抗干扰能 力和隐蔽性强、保密性好、多址通信能力强的特点。扩频技术辛要分为跳频技术 ( f h s s ) 和直接序列扩频( d s s s ) 两种方式。 直接序列扩频是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收 端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。 跳频技术与直序扩频技术不同，跳频的载频受一个伪随机码的控制，其频 率按随机规律不断改变。接收端的频率也按随机规律变化，并保持与发射端的变 化规律一致。跳频的高低直接反映跳频系统的性能，跳频越高，抗干扰性能越好。 ( 3 ) 窄带微波局域网 使用微波无线电频带来传输数据，带宽刚好能容纳信号。f u 这种网络产品通 常需要中请无线电频谱执照，其它方式则可使用无需执照的i s m 频带。 2 1 4 无线局域网协议标准 ( 1 ) i e e e 8 0 2 1 1 系列协议 i e e e8 0 2 工作组建立的标准协议包括8 0 2 3 以太网协议、8 0 2 5 令牌环协议 和8 0 2 3 z1 0 0 b a s e - t 快速以太网协议等。 ( 2 ) 蓝牙规范( b l u e t o o t h ) 1 6 山东大学硕 ：学何论文 蓝牙规范是由s i g ( 特别兴趣小组) 制定的一个公共的、无需许可证的规范， 其目的是实现短距离无线语音和数据通信。它工作于2 4 g h z 的i s m 频段，基带部 分的数据速率为i m b i t s ，有效无线通信距离为1 0 一l o o m ，采用时分双工传输方案 实现全双工传输。蓝牙技术采用自动寻道技术和快速跳频技术保证传输的可靠性， 具有全向传输能力，但不需对连接设备进行定向。其是一种改进的无线局域网技 术，但其设备尺寸更小，成本更低。在任意时间，只要蓝牙技术产品进入彼此有 效范围之内，它们就会立即传输地址信息并组建成网，这一切工作都是设备自动 完成的，无需用户参与。 ( 3 ) h o m e r f 标准 该协议用于实现p c 机和用户电子设备之间的无线数字通信，是i e e e 8 0 2 1 1 与泛欧数字无绳电话标准( d e c t ) 相结合的一种开放标准。h o m e r f 标准采用扩频 技术，工作在2 4 g h z 频带，可同步支持4 条高质量语音信道并且具有低功耗的优 点，适合用于笔记本电脑。 ( 4 ) h y p e r l a n 2 标准 h i p e r l a n 2 标准由全球论坛( h 2 g f ) 开发并制定，在5 g h z 的频段上运行，并 采用o f d m 调制方式，物理层最高速率可达5 4 m b i t s ，是一种高性能的局域网标准。 h y p e r l a n 2 标准定义了动态频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和 功率控制等多种信令和测量方法，用来支持无线网络的功能。基于h y p e r r f 标准 的网络有其特定的应用，可以用于企业局域网的最后一部分网段，支持用户在子 网之间的i p 移动性。 2 1 5 无线局域网的体系结构 ( 1 ) 无线局域网组成 无线局域网由无线网卡、无线接入点( a p ) 、计算机和有关设备组成。无线 网鼻提供包括p c m c i a 、c a r d b u s 、p c i 和u s b 等系统接口，它们是操作系统与天线 之间的接口，用来创建透明的网络连接。接入点相当于局域网集线器，在无线局 域网和有线网络之间接收、缓冲存储和传输数据，以支持一组无线用户设备。接 入点通常是通过标准以太网线连接到有线网络上，并通过天线与无线设备进行通 信。在有多个接入点时，用户可以在接入点之间漫游切换。 1 7 山东大学硕士学位论文 无线局域网采用单元结构，将整个系统分成许多单元，每个单元称为一个基 本服务组( b s s ) ，b s s 的组成有以下三种方式： 集中控制方式，每个单元由一个中心站控制，网中的终端在该中心站的 控制下与其他终端通信。尽管b s s 区域较大，但其所建中心站的费用较昂贵。 分布对等式，b s s 中任意两个终端可直接通信，无需中心站转接。尽管b s s 区域较小，但这种方式的结构简单，使用方便。 集中控制式与分布对等式相结合的方式。 一个无线局域网可由一个基本服务区( b s a ) 组成，一个b s a 通常包含若干个 单元，这些单元通过a p 与某骨干网相连。骨干网可以是有线网，也可以是无线网。 ( 2 ) 无线局域网配置方式 对等模式( a d h o c 模式) ：包含多个无线终端和一个服务器，均配有无线 网卡，但不连接到接入点和有线网络，而是通过无线网譬进行相互通信。它丰要 用来在没有基础设施的地方快速而轻松地建无线局域网。 基础结构模式( i n f r a s t r u c t u r e 模式) ：甘前最常见的一种架构，这种架 构包含一个接入点和多个无线终端，接入点通过电缆连线与有线网络连接，通过 无线电波与无线终端连接，可以实现无线终端之间的通信，以及无线终端与有线 网络之间的通信。通过对这种模式进行复制，可以实现多个接入点相瓦连接的更 大的无线网络。 ( 3 ) 无线局域网拓扑结构 无线局域网的拓扑结构可分为两类：无中心或叫对等式( p e e rt op e e r ) 拓 扑和有中心( h u b b a s e d ) 拓扑。 无线中心拓扑的网络要求网中任意两点均可直接通信。采用这种结构的网络 一般使用公用广播信道，而信道接入控制( m a c ) 协议多采用载波监测多址接入 ( c s m a ) 类型的多址接入协议。有中心拓扑结构要求一个无线站点充当中心站， 所有站点对网络的访问均由中心站控制。 无线局域网可独立使用，也可与有线局域网瓦连使用。i e e e 8 0 2 1 1 可支持白 组无线局域网( 由一个b s s 构成，不与其他网络发牛联系) 和多区无线局域网( 用 a p 和骨干网把多个b b s 互连，形成多区局域网) 。 山东大学硕卜学位论文 r 无中