劉丙濤
(遼河石油勘探局 通信公司,遼寧 盤(pán)錦 124010)
此系統(tǒng)采用了先進(jìn)的H.264視頻壓縮編碼技術(shù),在不影響質(zhì)量效果的前提下大大減少了所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,并且以3G無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介,既可以克服傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)有線(xiàn)方式對(duì)地理位置變化或處于運(yùn)動(dòng)中的監(jiān)控不能實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題,提供更加靈活組網(wǎng)方式,滿(mǎn)足不能架設(shè)線(xiàn)路的監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控需求,還可以提供比GPRS和CDMA更寬的數(shù)據(jù)傳輸帶寬,滿(mǎn)足了移動(dòng)視頻監(jiān)控的要求,下文中筆者將從關(guān)鍵技術(shù)分析和汽車(chē)終端應(yīng)用的兩個(gè)方面,對(duì)其進(jìn)行闡述。
就目前來(lái)看,我國(guó)基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第三代移動(dòng)通信技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,所謂第三代移動(dòng)通訊技術(shù)就是3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息傳播技術(shù),是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù),目前已經(jīng)被應(yīng)用于手機(jī)同通訊和網(wǎng)絡(luò)通訊中。從類(lèi)型上看,由于基準(zhǔn)站的不同,目前在中國(guó)3G存在三種標(biāo)準(zhǔn):CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA。
而將3G技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)運(yùn)行的監(jiān)控和管理中,即為3G無(wú)線(xiàn)車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng),這種系統(tǒng)從構(gòu)成上看,分為前端車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控視頻平臺(tái)服務(wù)器,每一個(gè)系統(tǒng)中的服務(wù)器的功能是不同的,三者相互連接,共同組成了3G無(wú)線(xiàn)車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)。共同為車(chē)輛運(yùn)行狀況的監(jiān)控提供可靠數(shù)據(jù)和錄像資料。前端車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)包含3G無(wú)線(xiàn)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)、外接攝像頭;無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)包含前端移動(dòng)傳輸(EDGE/CDMA 1X)和后臺(tái)指揮中心以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)車(chē)載攝像機(jī)CDMA 1X/TD-SCDMA.CDMA2000.WCDMA網(wǎng)絡(luò);監(jiān)控平臺(tái)包含監(jiān)控軟件及GIS、流媒體、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器等。
3G無(wú)線(xiàn)車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是能夠?qū)?chē)輛內(nèi)的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,拍照,錄像,回放和調(diào)取傳送圖像,這樣也就保證了車(chē)輛運(yùn)行時(shí)的各種數(shù)據(jù)和影像資料能夠被自動(dòng)的儲(chǔ)存和發(fā)送,能夠?yàn)橛嘘P(guān)部門(mén)的管理工作提供可靠的參考依據(jù),又因?yàn)槠渚哂袑?shí)時(shí)性,所以可以為有關(guān)安全監(jiān)管部門(mén)的工作提供便利,便于其在威脅公路運(yùn)行安全的狀況發(fā)生時(shí),及時(shí)的做出相應(yīng)的反應(yīng)。同時(shí),為了使視頻資料更加清晰和可分辨,系統(tǒng)中采用了雙碼流技術(shù),本地錄像可采用CIF、D1分辨率,SD卡120M/小時(shí),網(wǎng)絡(luò)傳輸采用CIF分辨率,有助于進(jìn)一步的提高系統(tǒng)的使用性能,保證監(jiān)控資料的準(zhǔn)確性和辨識(shí)度。
由于在汽車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中,3G無(wú)線(xiàn)車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)要依靠前端車(chē)載系統(tǒng)來(lái)完成各種資料的實(shí)時(shí)搜集,所以要克服車(chē)輛運(yùn)行中由于移動(dòng)而產(chǎn)生的各種干擾因素,保證圖像的完整性和辨識(shí)度。所以,為了適應(yīng)移動(dòng)設(shè)備,同時(shí)也為了提高數(shù)據(jù)傳輸速度、降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量、保證監(jiān)控的實(shí)時(shí)性,有必要對(duì)車(chē)載端攝像頭采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮,就目前應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的各種壓縮技術(shù)來(lái)看,H.264標(biāo)準(zhǔn)無(wú)論是功能還是操作都更加適合該3G無(wú)線(xiàn)車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)。所以,在前端車(chē)載系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和圖像采集的過(guò)程中我們要采用H.264標(biāo)準(zhǔn)將攝像頭采集的圖像系列壓縮編碼成流媒體。H.264的編解碼流程主要包括五個(gè)部分:幀間和幀內(nèi)預(yù)測(cè)、變換和反變換、量化和反量化、環(huán)路濾波、熵編碼。通過(guò)該流程,使得H.264具有極高的視頻壓縮比。在同等圖像質(zhì)量條件下,H.264的壓縮比是MPEG-4的1.5~2倍,有助于大幅度的提高圖像的辨識(shí)度,首先,幀間和幀內(nèi)預(yù)測(cè)的目的在于清楚的分析該畫(huà)質(zhì)中的各種像素構(gòu)成和基本成像布局,其次,變換和反變換的作用則是在掌握了圖像的基本構(gòu)成的基礎(chǔ)上通過(guò)合適的壓縮方式對(duì)圖像進(jìn)行初級(jí)的格式處理,使其符合壓縮文件的格式,再次,量化和反量化的主要作用就是在格式確定的前提下,對(duì)現(xiàn)有的圖像文件進(jìn)行內(nèi)存的確定,再者,環(huán)路濾波的主要功能是通過(guò)專(zhuān)門(mén)的環(huán)路濾波器將畫(huà)質(zhì)中的低頻升級(jí),能夠較為全面的轉(zhuǎn)換為高頻信號(hào),最后,熵編碼就是將整個(gè)過(guò)程中的原圖像的編碼完全復(fù)制不丟失的過(guò)程,也是最后的信息碼顯示過(guò)程,因?yàn)樵谝曨l編碼中,熵編碼的主要功能就在于把一系列用來(lái)表示視頻序列的元素符號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)用來(lái)傳輸或是存儲(chǔ)的壓縮碼流。通過(guò)上述五個(gè)流程,即可實(shí)現(xiàn)視頻資料的流暢轉(zhuǎn)換。
從設(shè)備上看,目前主要使用的3G視頻格式 有 QCIF (176*144/dpi)、CIF(352*288/dpi)以及4CIF(704*576/dpi)四種。但是出于對(duì)3G車(chē)載無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的具體應(yīng)用的考慮,以及車(chē)輛運(yùn)行的特點(diǎn),筆者認(rèn)為基于實(shí)際的需求選擇CIF格式更加合適,因?yàn)槠潴w積小,穩(wěn)定性較高,能夠較好的適應(yīng)車(chē)輛的運(yùn)行環(huán)境。采用該設(shè)備后,可以得到的原始的每幀圖像的大小為 352×288×24=2433024bit,即2433024/1024=2376kbit,選擇H.264的250:1的壓縮比例的話(huà),壓縮后的圖像大小就為2376/250=9.5kbit,那么按照3G 網(wǎng)絡(luò)在車(chē)輛運(yùn)動(dòng)中的速度要求144kbit/s,這樣每秒可傳幀的數(shù)量為15~16幀,這樣就能實(shí)現(xiàn)較為滿(mǎn)意的監(jiān)控效果(影像播放達(dá)不到15幀/s時(shí)將產(chǎn)生明顯跳躍感)。
通過(guò)對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)的分析,我們要認(rèn)真的布設(shè)車(chē)載終端的設(shè)備,使其能夠最大限度的發(fā)揮系統(tǒng)監(jiān)控優(yōu)勢(shì),提供高質(zhì)監(jiān)控資料,下文中筆者將從兩個(gè)方面對(duì)關(guān)鍵技術(shù)在車(chē)載終端設(shè)計(jì)上的應(yīng)用進(jìn)行探討。
根據(jù)車(chē)載系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì),在車(chē)載模塊終端部分,一般由這樣四個(gè)設(shè)備和儀器組成:即ARM處理器、GPS模塊、3G無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊以及防暴攝像頭。首先,ARM處理器作為整個(gè)終端的CPU,負(fù)責(zé)調(diào)配和控制各個(gè)模塊的工作,其主要功能是通過(guò)GPS獲取車(chē)輛當(dāng)前的位置信息,通過(guò)防暴攝像頭獲取車(chē)輛情況和司機(jī)駕駛狀況,把這些視頻或圖像數(shù)據(jù)信息以H.246標(biāo)準(zhǔn)格式壓縮,并整合成能由串口發(fā)送出去的特定格式,最后由3G無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),最終通過(guò)INTERNET或PSTN(公共陸地網(wǎng)絡(luò))網(wǎng)絡(luò)傳回監(jiān)控中心主機(jī)。其次,GPS模塊則是根據(jù)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車(chē)的所處位置,再次,3G無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的主要功能是將實(shí)時(shí)的定位信息和采集圖像發(fā)送給處理終端,最后,USB攝像頭的主要功能為圖形采集。
車(chē)載端是一個(gè)基于ARM的Linux系統(tǒng)平臺(tái),其任務(wù)主要包括獲取GPS定位數(shù)據(jù)和視頻采集數(shù)據(jù),圖像或者視頻的壓縮編碼,將定位數(shù)據(jù)和視頻、圖像數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸送到3G模塊緩沖區(qū),最后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。首先,要根據(jù)CPU與外圍設(shè)備的具體引腳連接重新裁剪的編譯linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)。其次,調(diào)用linux內(nèi)核中關(guān)于視頻設(shè)備的API接口(即Video4Linux)編寫(xiě)攝像頭采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序。最后,3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的通信部分主要涉及到的是AT指令的應(yīng)用。在選擇可靠性強(qiáng)的TCP方式連接。
綜上所述,該系統(tǒng)將視頻監(jiān)控和地理信息系統(tǒng)結(jié)合在一起,以3G寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為連接工具,提供了一套車(chē)輛視頻監(jiān)控和定位的解決方案。隨著中國(guó)3G網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)通,帶寬限制的問(wèn)題已經(jīng)迎刃而解,此外H.264編/解碼器軟硬件實(shí)現(xiàn),該系統(tǒng)會(huì)提供質(zhì)量更高、價(jià)格更便宜的移動(dòng)視頻監(jiān)控。
[1]蕭如方.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)裝置的設(shè)定方法,2004-03-17.
[2]昊天.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò):淡定前行,2004-09-27.