基于5G移动通信技术的智能视频监控系统设计

赵群东

（长讯通信服务有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

近年来，教育、工业、交通等领域为了实现更好的发展，开始逐渐应用视频监控系统。通过该系统可以实时采集现场画面与声音，以准确了解现场的具体情况，为现场工作的顺利开展提供帮助。但是，对现有视频监控系统深入研究后发现其中依然存在诸多缺陷，如数据传输效率较低等，难以发挥出最大的作用[1]。为了进一步提升现场监控效果，须开发出性能更加良好且功能更加完善的智能视频监控系统。

1 5G移动通信技术

近年来，社会逐渐步入5G移动通信网络时代，为人们的生活与工作提供了极大便利。5G移动通信技术是具有高速率、低时延以及大连接等特点的新一代宽带移动通信技术，相对于传统3G、4G移动通信技术，5G移动通信技术具有以下特点。一是速度更快，能够带给用户更加良好的体验[2]。二是泛在化，能够应用在交通、教育、环保、工业生产等诸多方面，应用非常广泛，有利于推动现代社会朝着更加良好的方向发展。三是低时延，其时延可以达到1 ms以下，提高了数据传输的精确性与实时性。四是高安全性，5G移动通信技术在网络初始构建阶段就设置了安全机制，对数据信息进行加密，大大提升了无线通信系统的安全性。

2 总体设计

5G智能视频监控系统十分复杂，主要由前端监控模块、后端服务器以及客户端组成。

前端监控模块是整个系统的核心部分，根据功能的不同又可将其划分成3个子模块，具体为信息采集子模块、信息处理子模块以及5G通信子模块。信息采集子模块用于对现场视频信息的采集与整理，采用OV9650型数字化摄像头。信息处理子模块采用Hi3510型芯片，并根据系统运行需求录入相应的数据代码。采集到现场信息后，由该子模块对数据予以分析与处理，从而得到现场具体画面。5G通信子模块用于系统传输内部数据，采用RM500U-CN型5G通信模块。

后端服务器是整个系统的传输中介，在获取前端控制模块分析出的结果后予以深入处理并传输给客户端，使客户端清晰、准确地显示出现场的实时画面。

客户端用于展示系统监测到的现场画面。具体来说，5G智能视频系统总体框架如图1所示。

图1 5G智能视频系统总体框架

3 前端设计

3.1 硬件设计

3.1.1 硬件选择

本系统前端控制模块由5部分构成，分别是处理器、存储器、5G通信模块、摄像头模块以及电源模块。

处理器是整个控制系统的核心部分，主要用于处理采集数据，以准确得到现场的具体情况。通过市场调查，最终选择由海思公司生产的Hi3510型处理器芯片。相对于其他芯片而言，该芯片应用范围较广，且内部由双核构成，具有非常强大的视频处理功能。

存储器共采用3种存储元件，一是Flash元件，属于断电非易失性存储器，用于存储需要长期保存的信息；二是双倍速率（Double Data Rate，DDR）存储器，属于同步动态随机存储器，本质为掉电易失性存储器，用于存储临时性信息；三是同步动态随机存储器（Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM），与DDR元件的特性与功能基本相同。

5G通信模块用于与其他各模块间的数据传输，型号为RM500U-CN，内部包含相配套的核心模组，支持多种网络制式。该模块包含多种接口，能够外接更多负载元件。

摄像头模块用于采集现场的数据信息，型号为OV9650，能够直接与Hi3510连接到一起，并在5G通信模块的作用下将采集到的信息快速传输给处理器。该元件体积较小，集成化程度较高，不会对现场工作与美观性造成影响。

电源模块中，选择外接电源方案，所需成本较低且易于实现。在电池选择方面，应针对其元件运行需求而定[3]。将不同的元件划分成5种类型，每种类型需要匹配不同的电源。对于电压2.3 V的元件，选择MIC29302BUTR电池；对于电压3.3 V的元件，选择LM1084IT电池；对于电压1.25 V的元件，选择LP2996M电池；对于电压1.2 V的设备，选择MIC49150BR电池；对于外围元件，采用低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）供电。

3.1.2 PCB板焊接

选择相应的印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）板，并按照各模块的电路原理图依次将各种元件焊接上去。对于智能视频监控系统来说，内部元件众多，在具体焊接时应采用分模块焊接的方式，以保证整个集成板的良好性能。在焊接前，先要对PCB板予以检查，判断板是否存在短路等问题，确保无任何问题后再焊接电源模块，之后依次焊接存储器模块、外设接口模块、时钟复位模块、摄像头模块以及5G通信模块，每个模块焊接结束后均应予以调试[3]。上电测试过程中，选择具有限流功能的可调稳压电源，并设置相应的过流保护措施，以提升系统安全性。

3.2 软件设计

3.2.1 开发环境

本次设计过程中，由于前端硬件设备数量有限，无法在设计系统内完成开发调试工作，因此软件开发主要在个人计算机（Personal Computer，PC）端完成，利用交叉编译的方法将软件传输至前端控制模块内。先在PC机内加载Linux系统，并安装相应的交叉编译工具。在Linux系统方面，选择常规版本，具体为RedHat Enterprise Linux，以更好地采集相应计数资料。之后对Linux进行配置，主要包括2个方面。一是Samba服务，用于Windows与Linux间的数据传输，构建相应的Samba用户并创建共享文件夹即可获取Samba服务；二是对于/etc/export文件增加网络文件系统（Network File System，NFS）目录，并重新启动NFS服务[4]。

3.2.2 编译环境

Hi3510处理器内含有独特的交叉编译工具，可以直接使用交叉编译工具，也可以在互联网中下载相应的交叉编译工具。但是，不论是Hi3510内的工具，还是其他工具，均应与处理器相匹配。在实际操作时，为了防止出现与处理器不匹配的情况，本研究直接选择Hi3510内的编译工具。

3.2.3 算法实现

选择交通智能视频监控系统作为研究对象，在算法实现方面主要包括3个步骤，具体如下。

（1）预处理。对图像进行灰度化处理，将彩色位图转变成灰度图，减少图像信息所占用的空间，提升系统的运行速度。本研究中采用的是加权平均值法，其计算公式为

式中：WR、WG与WB代表各点的权重，根据系统要求分别设定成0.9、1.77与1.33。经过计算，能够得到灰度图。

（2）二值化。灰度图中共包含256级灰度，数据容量更小，易于处理，但容易受到背景等因素的干扰，得到灰度图后还应予以二值化处理。处理公式为

式中：F(i,j)表示导出数据；f(i,j)表示录入数据。

二值化处理过程中需要选择合理的阈值，以确保处理结果的精确性[5]。阈值确定可以采用多种方法，如全局阈值法、局部阈值法等。本研究中采用了大律法（Otsu法），处理方程为

式中：k1表示前景点数占比；u1表示前景灰度均值；k2表示后景点数占比；u2表示后景灰度均值。当γ处于最高值时，即可得到合理的阈值。

（3）去噪处理。由于受到噪声的干扰会导致图像模糊或不准确等问题，需要进行去噪处理[6]。去噪处理的方法有很多，如均值滤波法、顺序滤波法，需要针对具体的操作对象选择相应的去噪处理方式。

4 后端设计

实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）封包用于端到端的数据传输，以保证数据传输的可靠性、实时性，为图像的绘制提供支持。数据传输时，以最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）为基准，将MPEG-4 Frame分割成多个小部分，并分别传输各个小部分，确保各RTP数据包内仅有1个Frame信息。与此同时，根据RTP协议要求，在数据包内增加相应的Heade。具体操作原理如图2所示。

图2 RTP封包处理原理

采用分组密码算法，组块长度应为128 Byte，密钥长度为128 Byte、192 Byte或256 Byte，本研究中采用的是128 Byte。在模块接口处设置2项区域：一是数据所处区域，即从何处采集到数据信息；二是数据存储区域，即将数据存储到哪一位置。采用指针方式，在符合功能需求的同时减少内容占用量。

对相应内容识别时，先对前一模块传输的信息预处理并提取出数据特征，利用这些特征与后端模块内存储的字符予以匹配，从而得到相应结果[7]。字符识别时，选择反向传播（Back Propagation，BP）神经网络法。

5 系统应用

针对传统公交运营调度管理效率低、人力成本高、信息零散以及信息孤立等问题，应用所设计的基于5G移动通信技术的智能视频监控系统。行车前，通过现场全面检测系统，对驾驶员以及车辆状态进行检测；行车中，通过智能视频监控系统对驾驶员疲劳驾驶、斑马线礼让行人、路口减速等行车重点风险点进行实时预警、重点监控；行车后，通过安全相关的大数据分析，建立驾驶员画像和路段行车风险图等，实现闭环管理，带来切实可靠的安全保障和行车安全保障。经过实际应用，该系统的智能监测效果较好。

6 结 论

以5G移动通信技术为依托，设计了一种全新的智能视频监控系统。该系统可以实时传输数据信息，能够绘制出较为清晰的视频图像，有利于提升实时监控效果，具有较好的实际应用价值。