姜 敏

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司上海市分公司，上海 200050）

0 引言

龐大的長途客運(yùn)系統(tǒng)給廣大乘客帶來方便快捷的同時(shí)，也給長途運(yùn)輸企業(yè)和交管等部門帶來內(nèi)部管理壓力。為提高客運(yùn)安全，國家四部委規(guī)定新出廠的“兩客一?！避囕v應(yīng)安裝符合《道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端技術(shù)要求》[1]和《道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)要求》[2]的衛(wèi)星定位裝置，并接入全國重點(diǎn)營運(yùn)車輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)?！皟煽鸵晃！避囕v包括擴(kuò)旅游包車、班線客車和危險(xiǎn)品車[3]，相比貨運(yùn)車輛，長途客車由于行駛時(shí)間長，路況和人員復(fù)雜，更容易出現(xiàn)安全問題，僅靠GPS定位無法監(jiān)管駕駛員的違規(guī)操作，因此道路運(yùn)輸監(jiān)管部門要求客運(yùn)臥鋪車輛必須具備視頻監(jiān)控功能。

1 視頻監(jiān)控前端設(shè)計(jì)

長途客車視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含前端系統(tǒng)和嵌入式視頻服務(wù)器[4]，前端系統(tǒng)通過車載錄像機(jī)采集音視頻數(shù)據(jù)和GPS定位數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)通過3G鏈路上傳中心服務(wù)器，在中心地理信息系統(tǒng)中顯示車輛實(shí)時(shí)位置，并通過視頻流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)視音頻和圖片信息[4]。

1.1 前端信息采集

車內(nèi)安裝至少4個(gè)攝像機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)車廂的視頻監(jiān)控，分別在左前方、右前方及車位后面[4]。車載攝像機(jī)集成了拾音器，實(shí)現(xiàn)音視頻同步采集。司機(jī)左側(cè)安裝預(yù)報(bào)警按鈕，出現(xiàn)緊急情況時(shí)，按下報(bào)警按鈕，則監(jiān)控中心將收到報(bào)警信息，監(jiān)控中心根據(jù)監(jiān)控圖像，確定事故性質(zhì)、等級(jí)，按照一定的預(yù)案，實(shí)行應(yīng)急指揮。拾音器負(fù)責(zé)車內(nèi)拾音，當(dāng)有緊急情況時(shí)，可通過車內(nèi)的報(bào)警按鈕把報(bào)警信息發(fā)送到中心。通過車載DVR內(nèi)置的GPS模塊采集GPS信息，實(shí)時(shí)上傳。

1.2 信息本地顯示

在操作臺(tái)上安裝信息顯示屏，實(shí)時(shí)顯示調(diào)度信息和安全行車提醒。監(jiān)控指揮中心通過 3G網(wǎng)絡(luò)下發(fā)天氣狀況、路況提醒、線路偏離、夜間行車安全提示、疲勞駕駛提醒等信息到車載 DVR，再經(jīng)由RS485在信息屏上顯示，同時(shí)信息屏內(nèi)置TTS中文語音合成模塊，保證在行車時(shí)駕駛員可以清晰聽到語音播報(bào)。另外，當(dāng)車輛遇到路障或?qū)ふ壹佑驼緯r(shí)，信息屏可以指示行駛路線；當(dāng)車輛出現(xiàn)故障或事故時(shí)，司機(jī)可以通過信息屏發(fā)送求援信息。

1.3 車內(nèi)其他系統(tǒng)的接入

通過接在車載硬盤錄像機(jī)（DVR）上的語音對(duì)講設(shè)備，司機(jī)可對(duì)車內(nèi)進(jìn)行喊話，車上喇叭可播放司機(jī)喊話、以及中心與車內(nèi)對(duì)講信息，其中喊話功能優(yōu)先。

大巴車車門通過門磁系統(tǒng)與車載設(shè)備聯(lián)動(dòng)，當(dāng)途中車門開啟時(shí)，能夠自動(dòng)將該段時(shí)間視頻實(shí)時(shí)上傳監(jiān)控指揮中心保存，作為非法停車上下客的處罰依據(jù)。

1.4 視頻編碼存儲(chǔ)及傳輸

車載采用DVR實(shí)現(xiàn)車內(nèi)前端音視頻編碼存儲(chǔ)，并通過內(nèi)置 3G網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實(shí)時(shí)傳輸。視頻監(jiān)控終端采用H.264數(shù)字編碼技術(shù)，高編碼效率、靈活的編碼策略，適應(yīng)不同應(yīng)用和不同網(wǎng)絡(luò)帶寬。

為節(jié)省 3G流量，可采用動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼參數(shù)。在不啟動(dòng)錄像、網(wǎng)傳的情況下，調(diào)整的編碼參數(shù)即生效。靜止的監(jiān)控場景采用降低錄像的分辨率、圖像質(zhì)量、碼率和幀率的方法，使錄像保持在很低的碼率，而在圖像發(fā)生變化時(shí)可以提高錄像的分辨率、質(zhì)量、碼率和幀率，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的錄像。對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)帶寬不足的環(huán)境，設(shè)備傳輸?shù)囊曨l可以丟幀以適應(yīng)低帶寬，由平臺(tái)進(jìn)行插幀恢復(fù)，恢復(fù)視頻質(zhì)量。為了降低多路并發(fā)訪問給前端 3G網(wǎng)絡(luò)傳輸造成重復(fù)流量和計(jì)費(fèi)，系統(tǒng)采用流媒體技術(shù)解決多路并發(fā)訪問的問題，確保每路視頻在任何時(shí)候均只輸出 1路碼流。

1.5 智能告警

報(bào)警信號(hào)通過連接線與車載 DVR報(bào)警輸入端口相連，一旦前端報(bào)警按鈕輸出報(bào)警信號(hào)，則監(jiān)控中心將收到報(bào)警信息，電視墻上立即彈出相應(yīng)的大巴車視頻信息，監(jiān)控中心根據(jù)實(shí)時(shí)視頻圖像，確定報(bào)警性質(zhì)及報(bào)警等級(jí)，根據(jù)預(yù)案實(shí)時(shí)指揮前端事件處理。消除報(bào)警后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)告警的功能包括設(shè)備故障報(bào)警、超速報(bào)警、阻塞報(bào)警、越界報(bào)警等報(bào)警功能。

當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，報(bào)警服務(wù)器可以向擁有相關(guān)權(quán)限的手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信。短信中包含告警基本信息和視頻鏈接，用戶可以通過此鏈接打開視頻，并聯(lián)動(dòng)中心存儲(chǔ)錄像。

2 3G手機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)

利用手機(jī)監(jiān)控，管理人員可以隨時(shí)調(diào)閱感興趣的視頻資源，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題。平臺(tái)的報(bào)警系統(tǒng)可以和手機(jī)監(jiān)控結(jié)合，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生報(bào)警時(shí)，可以向相關(guān)人員的手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信和視頻鏈接。

手機(jī)監(jiān)控根據(jù)設(shè)備輸出的碼流類型，可分為雙編碼和轉(zhuǎn)碼方式。雙編碼方案是指單臺(tái)設(shè)備能同時(shí)提供兩套碼流。主碼流采用CIF或者QCIF分辨率、碼流大、全幀率，可用于設(shè)備本地錄像、PC機(jī)的實(shí)時(shí)流監(jiān)控、平臺(tái)錄像等；子碼流采用QCIF[5]、QVGA等分辨率、小碼流、低幀率，采用 3GPP封裝，主要用于手機(jī)客戶端的實(shí)時(shí)流監(jiān)控。轉(zhuǎn)碼方案是指設(shè)備只提供一種編碼。通過附加的硬件或者軟件轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，把高分辨率、全幀率的碼流轉(zhuǎn)成 QCIF、QVGA等分辨率的碼流，且進(jìn)行3GPP格式封裝[6]，才能用于手機(jī)客戶端的監(jiān)控。因?yàn)榍岸嗽O(shè)備僅提供一種編碼封裝格式，所以手機(jī)客戶端無法直接播放，因此需要借助轉(zhuǎn)碼服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，再由轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器將轉(zhuǎn)碼后數(shù)據(jù)包發(fā)送給手機(jī)客戶端進(jìn)行播放。

雙編碼的方案比較靈活，可不依賴于平臺(tái)，但對(duì)設(shè)備性能要求很高，且選用設(shè)備受到一定的限制，由此帶來兼容性能差的問題。當(dāng)采用直連方式時(shí)，整個(gè)過程不受平臺(tái)管理控制由此帶來管理困難。轉(zhuǎn)碼方案需要平臺(tái)支撐，對(duì)前端設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，幾乎所有的前端設(shè)備都可以此種方式實(shí)現(xiàn)手機(jī)監(jiān)控，且利舊較簡單，設(shè)備可以保持不變。

3 視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

執(zhí)法取證無線監(jiān)控指揮系統(tǒng)的特點(diǎn)決定其大規(guī)模應(yīng)用只能采用無線3G傳輸視頻方式，3G模塊可選用WCDMA、CDMA 2000或TD-CDMA等模式傳輸取證數(shù)據(jù)。運(yùn)營商無線數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，但能滿足基本移動(dòng)執(zhí)法取證基本要求，且其主要優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高，投資成本低。

3.1 網(wǎng)絡(luò)性能分析

3G網(wǎng)絡(luò)帶寬可靠穩(wěn)定的情況下，可基于200 kb/s的帶寬傳輸CIF（352×288）格式，每秒12幀圖像。對(duì)于無線 3G網(wǎng)絡(luò)，其傳輸網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量還需滿足如下要求:網(wǎng)絡(luò)時(shí)延上限應(yīng)小于200 ms，時(shí)延抖動(dòng)上限應(yīng)小于50 ms，丟包率上限應(yīng)小于1×10-3。

3.2 網(wǎng)絡(luò)帶寬計(jì)算

視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶寬需求與分辨率和幀率兩個(gè)因素密切相關(guān)，通常移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在12幀/s 幀率情況下，CIF（分辨率352×288）碼流為200 Kb/s。對(duì)于所需圖像的實(shí)時(shí)性、流暢性要求不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體問題具體分析，可以對(duì)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)按照前端、中心服務(wù)平臺(tái)和客戶端劃分三部分計(jì)算。

3.2.1 前端帶寬

視頻傳輸需要較大帶寬，為節(jié)省帶寬資源可采用自適應(yīng)編碼進(jìn)行視頻壓縮[9]。監(jiān)控系統(tǒng)的視頻編碼器編碼采用 H.264 的方式進(jìn)行編碼，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用比較少，就單路視頻而言，畫面質(zhì)量為1 秒12 幀CIF圖像所需網(wǎng)絡(luò)帶寬為200 kb/s。

3.2.2 中心服務(wù)平臺(tái)帶寬

中心服務(wù)平臺(tái)帶寬計(jì)算主要有兩部分，一部分為前端設(shè)備上傳的視頻流；另一部分為中心服務(wù)平臺(tái)向客戶端分發(fā)的視頻流。公網(wǎng)運(yùn)營的中心服務(wù)平臺(tái)所需的帶寬可以根據(jù)一個(gè)平臺(tái)的滿負(fù)荷前端數(shù)量50%的視頻進(jìn)行同時(shí)監(jiān)看和并發(fā)的規(guī)模進(jìn)行規(guī)劃。專網(wǎng)的中心服務(wù)平臺(tái)所需的帶寬可以根據(jù)一個(gè)平臺(tái)的滿負(fù)荷前端數(shù)量 10%～20%的視頻進(jìn)行同時(shí)監(jiān)看和并發(fā)的規(guī)模進(jìn)行規(guī)劃。

中心服務(wù)器帶寬要求為:注冊(cè)服務(wù)器上下行帶寬各為10 Mb/s，報(bào)警服務(wù)器上下行帶寬各為10 Mb/s，流媒體服務(wù)器（以CIF為例）上下行帶寬各為M Kb/s×N（N為同時(shí)要預(yù)覽的并發(fā)視頻路數(shù)，M為當(dāng)前傳輸碼流）。

3.2.3 客戶端帶寬的計(jì)算

PC 客戶端（包括解碼器）所需帶寬取決于客戶同一時(shí)間需要監(jiān)看的視頻路數(shù)。如果同時(shí)監(jiān)看的CIF 畫面路數(shù)為N，當(dāng)前傳輸碼流為M kb/s，則客戶端側(cè)的帶寬規(guī)劃為:N×M kb/s。

手機(jī)客戶端可實(shí)現(xiàn)QVGA分辨率6幀/s的視頻監(jiān)控，帶寬要求為64 Kb/s。

3.3 3G流量計(jì)算

設(shè)長途客車每路圖像占用x Kb碼流，每天有t小時(shí)上傳圖像計(jì)算。則每個(gè)月需要3G流量（上行）Y的計(jì)算公式為:。根據(jù)公式，若圖像質(zhì)量采用1幀/秒，每路視頻每小時(shí)上傳的3G流量為462 MB。

4 結(jié)語

隨著中國公路運(yùn)輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，長途車輛安全性和高效管理也越來越受到重視。由于3G技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了基于3G網(wǎng)絡(luò)的車載移動(dòng)視頻監(jiān)控功能，從而為車輛打造了一個(gè)安全、及時(shí)的管理環(huán)境，對(duì)乘客及車輛管理者都具有極為重要的意義。

[1]JT/T 794-2011.道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端技術(shù)要求[S].

[2]JT/T 796-2011.道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)要求[S].

[3]周永兵,朱靖玉.“兩客一?！盙PS衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程, 2012,20(09):86-89.

[4]董向華,楊勇.基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù),2013,46(02):64-66.

[5]陳洪太,周淵平,鄧昌明.車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].通信技術(shù),2012,45(03):55-57.

[6]劉成許,孫國凱,劉應(yīng)吉,等.基于CAN總線技術(shù)的客車遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012,43(02):110-113.

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[9]劉地軍,徐利,鐘宏.網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸?shù)淖赃m應(yīng)調(diào)節(jié)策略的實(shí)現(xiàn)[J].信息安全與通信保密,2011,45(01):55,58.