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隨著視頻通信技術(shù)的發(fā)展，客觀上船舶辦公具備了將視頻技術(shù)與傳統(tǒng)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)合的條件[1，2]。目前，視訊技術(shù)在船舶上的應(yīng)用主要包括，視頻監(jiān)控、船舶視頻會(huì)議和船舶紅外光電取證三個(gè)方面。從發(fā)展的角度來看，上述的應(yīng)用還只是局限于視頻技術(shù)淺層意義上，相互之間比較獨(dú)立，不能形成一個(gè)高效的綜合性平臺(tái)。

視頻通信技術(shù)的介入，可為船舶領(lǐng)域提供一個(gè)更為多元化的工作環(huán)境，一個(gè)更為高效的船岸綜合信息交互的平臺(tái)。工作人員可以根據(jù)需要靈活地進(jìn)行各種視訊應(yīng)用，如視頻辦公會(huì)議、船岸遠(yuǎn)程管理、船舶故障診斷和水上遠(yuǎn)程監(jiān)督與調(diào)度等[3-6]。

1 視頻技術(shù)使用的基本協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)

1.1 H.320協(xié)議(基于ISDN上的視頻會(huì)議協(xié)議)

H.320標(biāo)準(zhǔn)是面向電路交換網(wǎng)絡(luò)的使用環(huán)境，其數(shù)據(jù)交互和音、視頻傳輸使用同一個(gè)物理通道。其系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的管理可以通過通信系統(tǒng)本身的管理平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，但它在帶寬上有比較大的局限，實(shí)現(xiàn)較為困難，難以將視頻通信網(wǎng)絡(luò)有效延伸。

1.2 H.323協(xié)議(基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻會(huì)議協(xié)議)

H.323協(xié)議詳細(xì)說明了在無服務(wù)質(zhì)量保證的分組交換網(wǎng)絡(luò)上提供多媒體信息交互的終端的結(jié)構(gòu)、功能以及各個(gè)傳輸信道所遵循的協(xié)議。其基本組成單元是“域”。一個(gè)H.323系統(tǒng)的域包括網(wǎng)關(guān)、關(guān)守、多點(diǎn)控制單元(MCU)和所有的視頻終端。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于LAN/ATM的H.233標(biāo)準(zhǔn)

1.3 SIP協(xié)議(會(huì)話發(fā)起協(xié)議)

SIP用于發(fā)起會(huì)話，它能控制多個(gè)參與者參加的多媒體會(huì)話的建立和終結(jié)，并能動(dòng)態(tài)調(diào)整和修改會(huì)話屬性。

1.4 H.324M協(xié)議

H.324M標(biāo)準(zhǔn)是目前惟一能夠提供無線網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)的可行方案。隨著3G技術(shù)的完善，在移動(dòng)網(wǎng)上已經(jīng)具備了開展視頻傳輸?shù)目赡堋５曨l在無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸對(duì)高效率的壓縮和網(wǎng)絡(luò)的完善設(shè)計(jì)是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

1.5 ITU-601標(biāo)準(zhǔn)(4∶2∶2標(biāo)準(zhǔn)，電視演播室等級(jí)標(biāo)準(zhǔn))

為了規(guī)范國(guó)際上存在的多種數(shù)字格式，國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)于1982年通過了CCIR-601標(biāo)準(zhǔn)，后更名為ITU-601標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)字視頻圖像編碼的基本參數(shù)，如，信號(hào)的編碼方式、取樣頻率、取樣結(jié)構(gòu)等。

1.6 視頻傳輸協(xié)議(RTP、RTCP、RSVP、RTSP)

RTP為實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，是針對(duì)用于Internet上的多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。它通常使用UDP來傳輸數(shù)據(jù)，本身并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或擁塞控制，而是依靠RTCP提供這些服務(wù)。RTCP的數(shù)據(jù)傳輸是無連接、無差錯(cuò)控制的報(bào)文傳輸。RTP/RTCP的傳播方式原理如圖2所示。

RSVP資源預(yù)留協(xié)議是用來向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號(hào)，告訴用戶在特定的應(yīng)用程序下對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求或在收發(fā)路徑上傳遞Qos參數(shù)并預(yù)留提供服務(wù)所需的資源。

RTSP多媒體流表示控制協(xié)議，用在于客戶機(jī)/服務(wù)器之間建立和控制具有實(shí)時(shí)特性的數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 RTP/RTCP協(xié)議應(yīng)用框

2 視頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用比較

H.320協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)要求具有充足線路資源，組成元素為視頻終端和多點(diǎn)控制單元MCU，對(duì)時(shí)鐘同步要求高，MCU級(jí)聯(lián)受到限制，不同的系統(tǒng)之間難以實(shí)現(xiàn)互通。目前船舶內(nèi)部的視頻會(huì)議和以衛(wèi)星為主要通訊平臺(tái)的船岸視頻互動(dòng)無法擺脫專網(wǎng)使用的局限性，而且建設(shè)和維護(hù)成本太高。

基于IP的H.323標(biāo)準(zhǔn)可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，通過它可以將視頻引到船舶辦公系統(tǒng)的桌面，利用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互功能，完成船舶內(nèi)部以及船岸之間的協(xié)調(diào)辦公，使工作人員從根本上擺脫親臨現(xiàn)場(chǎng)的限制，實(shí)現(xiàn)真正意義上的視頻互動(dòng)，并且支持的廠家設(shè)備多，互通性和可擴(kuò)展性好。

SIP協(xié)議是一個(gè)與 H.323并列的協(xié)議。它借鑒了大量基于Internet的協(xié)議，如HTTP和SMTP等，并同這些標(biāo)準(zhǔn)一樣采用文本作為編碼方式。SIP系統(tǒng)構(gòu)建拓?fù)潇`活，容易實(shí)現(xiàn)和推廣，從而為基于IP的視訊提供了新的解決方案。 但SIP標(biāo)準(zhǔn)的最大問題是協(xié)議不完善，對(duì)多媒體通信支持能力仍較差。由于SIP協(xié)議需要相對(duì)智能的用戶終端，能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)端對(duì)端之間的連接，其較適于應(yīng)用在船岸互通的視頻會(huì)議中。目前ITU也開始加大了對(duì)SIP標(biāo)準(zhǔn)的支持，并實(shí)現(xiàn)了基于SIP的系統(tǒng)和基于H.323的系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力大幅度提高，為移動(dòng)視訊的發(fā)展提供了可能[7]。

3 應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 總體視頻應(yīng)用框架模型

將視頻技術(shù)與船舶辦公、船舶信息管理有機(jī)結(jié)合，把視頻數(shù)據(jù)視為一種信息流，從而搭建起一個(gè)統(tǒng)一的船舶綜合辦公平臺(tái)，如圖3所示。

圖3 視頻技術(shù)在船舶領(lǐng)域中的總體應(yīng)用方案

它架構(gòu)在視音頻的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)、影像識(shí)別、工作流、郵件服務(wù)、消息傳遞、信息共享、實(shí)時(shí)協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)群集服務(wù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)代船舶管理和通航作業(yè)的特點(diǎn)采用了當(dāng)今最流行的各種協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，所以具有很強(qiáng)的整合性、通用性和可擴(kuò)展性。

3.2 船舶視頻會(huì)議系統(tǒng)

船舶及船岸之間的視頻會(huì)議通常是多方甚至是異地參與的，要建立多個(gè)會(huì)場(chǎng)的視頻會(huì)議系統(tǒng)必須要使用H.323協(xié)議中的多點(diǎn)控制器。同時(shí)考慮到船舶網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量控制的重要性，還需要在網(wǎng)絡(luò)中增加流量管理設(shè)備(關(guān)守)，實(shí)現(xiàn)方案如圖4所示。

圖4 船舶視頻會(huì)議系

本系統(tǒng)參照ITU-T制定的H.323視頻會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，采用分布式多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的會(huì)議模式，基于網(wǎng)絡(luò)組播基干，與會(huì)終端之間以組播方式傳送視、音頻數(shù)據(jù)流。各會(huì)議終端為對(duì)等關(guān)系，系統(tǒng)中不存在會(huì)議管理器，會(huì)議管理功能由發(fā)起會(huì)議的會(huì)議主持人終端來完成。其主要由7個(gè)部分(模塊)構(gòu)成：系統(tǒng)人機(jī)交互界面、視頻處理模塊、音頻處理模塊、會(huì)議管理模塊、會(huì)議控制信息傳輸模塊、會(huì)議數(shù)據(jù)傳輸模塊、會(huì)議輔助模塊。

3.3 船舶網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)船舶系統(tǒng)穩(wěn)定性好、安全系數(shù)大、集成度高、便于管理等特點(diǎn)，把數(shù)字視頻監(jiān)控、模擬視頻監(jiān)控、紅外光電視頻監(jiān)控統(tǒng)一架設(shè)在船內(nèi)主干網(wǎng)上，且由一臺(tái)主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行視頻處理，并通過衛(wèi)星接口輔之以一定的管理權(quán)限分配進(jìn)行岸上遠(yuǎn)端監(jiān)視、控制、存儲(chǔ)等。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案見圖5。

圖5 船舶網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系

通過系統(tǒng)自帶的客戶端瀏覽器和多個(gè)不同場(chǎng)地的攝像頭對(duì)船舶內(nèi)部設(shè)備、儀表，船舶外部的海況、過往船只等進(jìn)行多角度跟蹤監(jiān)視以及跟蹤記錄，以及時(shí)地取得第一手的現(xiàn)場(chǎng)資料。

3.4 紅外光電取證系統(tǒng)

由于動(dòng)態(tài)圖象的傳輸受到自身大小、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纫蛩氐挠绊?，?shí)時(shí)的傳輸率比較低，畫質(zhì)也比較差，沒有靜態(tài)圖像傳輸?shù)每旌颓逦４凹t外光電取證執(zhí)法系統(tǒng)就是在考慮到以上各因素進(jìn)行研究和實(shí)現(xiàn)的。它是集衛(wèi)星文件轉(zhuǎn)發(fā)、資源同步共享、斷點(diǎn)續(xù)傳等幾大功能于一體的圖片轉(zhuǎn)發(fā)工具，它能夠識(shí)別各種不同格式的圖片文件，使船上采集的高分辨率靜態(tài)圖像能夠?qū)崟r(shí)而準(zhǔn)確地傳到陸地執(zhí)法部門，使其能在第一時(shí)間掌握重要的數(shù)據(jù)取證信息，以便及時(shí)地采取有效行動(dòng)。

本系統(tǒng)以P2P技術(shù)為主，使船岸兩地的信息源互為服務(wù)器和客戶端，即無論哪一端，只要同步信息發(fā)生變化，自動(dòng)被系統(tǒng)認(rèn)為是客戶端，而其把要求信息同步的申請(qǐng)發(fā)給了另一端，請(qǐng)求的接受端就成為服務(wù)器端。從而以現(xiàn)今應(yīng)用越來越廣泛的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了斷點(diǎn)續(xù)傳和同步共享功能。

4 結(jié)束語

從船舶應(yīng)用的角度對(duì)多種視頻協(xié)議進(jìn)行了分析比較，借助于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及衛(wèi)星通信平臺(tái)提出了視頻技術(shù)在船舶領(lǐng)域中的總體應(yīng)用方案。該方案把船舶的各種視頻、音頻以及數(shù)據(jù)信息集成在統(tǒng)一的船舶辦公平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了船舶監(jiān)、控、管一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并可實(shí)時(shí)通過衛(wèi)星接口與岸地站進(jìn)行交互，改善并提高了船舶的可維護(hù)性和辦公效率，降低了船舶的運(yùn)營(yíng)成本。該設(shè)計(jì)已經(jīng)在某海巡船上成功實(shí)施，效果良好。

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