CDMA多信道集群技术在视频传输中的应用及实现 - 安防知识网

当今，无线传输视频和音频已经成为一种趋势，CDMA也由于所具备的较大优势，而被一些厂家将其选择作为无线传输网络。本文即对在无线传输中，应用比较突出的CDMA多信道集群技术作浅要分析。
文/陈胤良 太阳驹（北京）科技发展有限公司大中华区营销副总经理

陈胤良带领的研发团队成功研发中国第一个CDMA单通道视频传输系统、CDMA四通道视频传输系统。他曾获军事科技进步成果二等奖、三等奖等。他主持的北京市公安局、安全局、地震局、税务局等奥运安全应急保障项目正在进行中。

随着CDMA无线网络技术和数字视频压缩技术的发展，在CDMA无线网络上传输视频和音频成为一种趋势。在这样的趋势引导下，一些主流厂家陆续开发出各具特色的CDMA无线视频系统。但是由于CDMA的平均业务速率为80kbit/s-100kbit/s，带宽比较窄，单通道CDMA视频系统在传输CIF（352×288）格式下大约只有4-7帧左右，只能满足对采集场景变化不大、要求不高的低端应用场合，所以从2000年中国CDMA开始应用以来，一直到2005年，CDMA无线视频系统的发展一直比较尴尬，但是经过4-5年的发展，CDMA网络覆盖范围的加大，以及CDMA的资费降低，CDMA多信道集群技术对于视频传输的发展需求越来越迫切，因此2006年一直到现在，CDMA多信道集群视频系统的发展成为无线移动视频传输系统一道亮丽的风景线。

CDMA多信道集群技术

什么是CDMA 1X（简称CDMA）
CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access)，它是在扩频通信技术上发展起来的一种新型无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。其接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现数据传输。

CDMA 1X是指CDMA 2000的第一阶段(速率高于IS95，低于2Mbit/s)，可支持308kbit/s的数据传输、网络部份引入分组交换，支持移动IP业务。它是在现有CDMA IS95系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为CDMA用户提供分组IP形式的数据业务。它是中国联通在完善优化CDMA网络建设过程中推出的第2.75代通信技术，并在目前的IS-95 CDMA网络的基础上进一步升级了无线接口，使其支持高速补充业务信道。CDMA 1X理论速率153.6Kbps，目前实际测试速率为80 Kbps。

CDMA 1X系统的无线IP网络接口采用成熟和开放的IETF协议，支持基于IP的Internet/Intranet的接入方式，可在移动用户和数据网络之间提供一种连接，能够提供快速即时的TCP/IP连接，并可以用于数据传输、远程监控等应用当中。使用CDMA 1X技术能够实现数据分组发送和接收，特别适用于间断的、突发性的和频繁的数据传输。

CDMA多信道集群技术原理
CDMA 1X系统的标称峰值速率为153.6kbit/s，而在实际应用中即使是CDMA的上传速率在一般的应用中只能达到50kbit/s左右，远无法达到峰值。因此，无线数据传输技术所能输送的数据量不能太大，否则会造成数据丢失而达不到传输的最初目的。为了进一步提升传输速率，利用多通道数据传输技术，通过捆绑多个CDMA的通信通道（目前是最多集群八个信道，四信道能达到实时图像传输），同时在传输控制中结合使用多线程处理技术，以及H.264视频压缩复用技术。其技术原理图见图1。

在这个数据传输速率上，已经可以实现视频图像在（352×288）格式下每秒22帧的清晰、流畅传输。根据我们的经验，多通道同时传输的情况下，速率将会是单通道的1.8倍左右，那么，多道的传输速率将会是（单通道实际传输）×1.8＝（实际传输）Kbps。按照这个速率来传输视频图像，配合优化的视频压缩算法，可以取得很好的效果。

技术优点
CDMA多信道集群技术具备以下优点：
·能够保证移动过程中视频的正常通信传输，并符合移动视频通信的严格要求，具有全数字化、智能化、网络化、系统化无线监控系统的典型特点；
·建设成本低，借助现有CDMA基站，不必建立独立专用基站；
·运行费用低，只给CDMA运营商（中国的CDMA运营商是中国联通）交费，每个通道不受时间以及流量限制每月大约100元左右；
·不受阻挡物的限制，可以进行通过建筑物以及高山绕射的视频传输；
·视频传输基本清晰、流畅，在传输CIF格式下2通道集群的大约12-15秒/帧，4通道集群的大约14-20秒/帧，8通道集群的大约16-22秒/帧；
·不受距离限制，前端只要有CDMA信号，接收端只要能上互联网，就能传输视频。

技术应用范围
正是由于以上CDMA多信道集群技术的突出优点，因此短短两年该系统已经被广泛应用于野战部队军事演习、公安、消防武警现场指挥和勘探，以及金融护卫、水利防汛、道路抢险、城管督察等紧急应急指挥系统，其主要作用是能够将现场的实时视频图像传输到指挥中心，以达到远程视频指挥的作用，以提高指挥的准确性和及时性。

目前2008奥运会的安全保卫工作，奥运场馆建设应急保障工作，都已经在成功运行该系统。

CDMA多信道集群系统结构
CDMA多信道集群技术应用一般是摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩，根据编码流特点，合理分拆视频包，充分利用多路CDMA数据通道通过智能无线通讯终端发射到CDMA网络，实现视频数据的交互、发送/接收、加解密、加解码，链路的控制维护等功能，并根据应用把实时动态图像传到距离用户最近的联通通信网络，从而可通过Internet从系统客户端得到实时图像信息。接收端自动合成，整个过程对用户透明。系统整合CDMA网络和Internet网络优势，在传输速度、视频流畅度、空间和距离上产生突破性拓展。其系统结构如图2。

CDMA 1X无线接入的安全性

由于有些应用场合对数据以及视频的安全性要求较高，而CDMA1X本身的特点正好符合此需求，这也是优先发展CDMA多信道集群技术另一个原因。

数据中心可通过到中国联通CDMA网中数据网(VPDN)接入，采用VPDN方式成本比较低，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。联通网中数据网可以提供五级业务安全保证，从而充分保证网络中数据的安全。

第一级：CDMA网络本身的安全性
CDMA本来就是起源于军事保密技术，在战争期间广泛应用于军事领域，具有抗干扰、安全通信、保密性好的特性。进行移动手机信号的窃听一般使用以下方法，但CDMA都可以一一应对：

·窃听器需要捕捉到通信信号，因为在空间中充满了各种各样的无线电波，用户手机信号就混杂在其中，要想窃听某一个用户的通话，必须先捕捉到这个用户手机发出的特定的电磁波，而由于CDMA系统采用扩频技术，经过扩频以后的有用信号的频谱被大大地展宽了，用户信号隐蔽在互不相关的信号中，要想捕捉到这一有用信号非常困难，因此，窃听器捕捉不到，也无法识别出哪些是CDMA手机用户的通信信号，哪些是噪音；

·窃听器必须锁定手机用户通信的信号，继而才能分析和破解信息，而CDMA采用快速切换功率控制技术，即便是窃听设备捕捉到了用户手机信号，也不能锁定快速功率切换下的有用信号，因此，快速功率切换让CDMA信号很难锁定；

·需要破解用户信息编码，而CDMA采用伪随机码技术，用长达42位的伪随机码来标识区分用户，每次通话都有4.4万亿种可能的排列，窃听器很难破译出CDMA的编码。

第二级：CDMA网络侧的AAA认证
AAA是指认证（Authentication）、授权（Authorization）、计费（Accounting）三个过程，介绍如下：

·认证，指用户在使用网络系统中的资源时对用户身份的确认。这一过程通过与用户的交互获得身份信息（像用户名——口令、生物特征信息等），然后提交给认证服务器，认证服务器对身份信息与存储在数据库里的用户信息进行核对处理，然后根据处理结果确认用户身份是否正确；
·授权，网络系统授权用户以特定的权限使用其资源，这一过程指定了被认证的用户在接入网络后能够使用的业务和拥有的权限，如授予IP地址，准许访问时间等；
·计费，网络系统收集、记录用户对网络资源的使用信息，以便向用户收取资源使用费。以互联网业务提供商ISP为例，用户的网络接入使用情况可以按流量或者时间准确地记录下来。

认证、授权和计费，一起实现了网络系统对特定用户网络资源使用情况的准确记录，既在一定程度上有效地保障了合法用户的权益，又能有效地保障网络系统安全可靠地运行。CDMA网络侧的AAA认证过程是对用户的域名进行鉴权认证，网中数据网的用户（VPDN成员）是以username@xxx.133vpdn.qd形式登录的。CDMA网络侧的AAA服务器对登录用户的域名和该用户的IMSI进行绑定审核验证，验证通过后，方可接入联通CDMA网络。

第三级：CDMA网络和用户网络之间的VPN链接
CDMA网络和用户网络之间可以采用专线链接，也可以使用Internet链接。使用Internet链接必须考虑安全性，因此，可以使用VPN将二者利用Internet链接起来。
VPN技术非常复杂，涉及到通信技术、密码技术和现代认证技术，主要包含隧道技术和安全技术。VPN是在不安全的Internet上传输的，传输内容可能涉及到企业的机密数据，因此安全性非常重要。VPN中的安全技术通常由加密、认证及密钥交换与管理组成。

第四级：用户网络侧的安全防火墙（FW）
防火墙技术是目前用来实现网络安全措施的一种主要手段，主要是用来拒绝非法用户的访问，阻止非法用户存取敏感数据，同时允许合法用户顺利访问网络资源。防火墙实际上是一种访问控制技术，在某个机构的内部网络和不安全网络之间设置障碍，阻止对信息资源的非法访问，也可以使用防火墙阻止保密信息从受保护网络上的非法输出。

用户网络可以选用适合于本单位的防火墙产品来保证自己网络数据的安全。

第五级：用户网络侧的AAA鉴权认证
用户网络侧的AAA鉴权认证可以实现对VPDN成员的身份认证。与第二级的安全保证不同，本级的AAA服务器将鉴别VPDN成员的用户名和密码的正确性。

username@xxx.133vpdn.qd中的域名将是中国联通公司提供给专网接入用户的专有统一域名，用户名（username）可以是VPDN中每个成员的手机号码或者其它标识。VPDN中成员的用户名和密码等资料将保存在用户专网侧的AAA服务器，具有很好的安全性和管理的灵活性。

结语

综上所述，从目前来讲，CDMA多通道集群技术仍然是成熟的应用较大突破的主流技术，即使3G放号，也会因为3G网络覆盖范围、资费问题，CDMA多通道集群技术不会马上消失，同时高清晰图像（比如传输D1画质）、动中通的要求，也可以马上过渡平滑升级到3G多通道集群技术。