唐新成 上海鐵路局合肥客運(yùn)段

1 引言

隨著鐵路客流量的快速增長(zhǎng)，鐵路開行的旅客列車等級(jí)、種類越來越多，市場(chǎng)對(duì)旅客列車服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，鐵路企業(yè)對(duì)旅客列車乘務(wù)質(zhì)量的要求也越來越高。確保現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)工序流程和標(biāo)準(zhǔn)得到落實(shí)是提升乘務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。為了充分發(fā)揮管理效能，不斷提高列車服務(wù)質(zhì)量，需要借助科技手段，實(shí)現(xiàn)在途旅客列車和生產(chǎn)指揮中心之間的音視頻信息傳輸，將旅客列車的在途狀態(tài)及其它的重要數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn)指揮中心。

2 系統(tǒng)概述

旅客列車移動(dòng)音視頻信息管理系統(tǒng)以有效、快速、安全方式，滿足管理層對(duì)旅客列車狀態(tài)監(jiān)控的直觀化管理需求。該系統(tǒng)基于無線網(wǎng)絡(luò)，以多平臺(tái)為基礎(chǔ)，集合數(shù)據(jù)、音視頻圖像傳輸為一體，同時(shí)以無線通訊系統(tǒng)為載體，實(shí)現(xiàn)多功能、多媒體協(xié)同指揮，并擁有安全可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)，使得旅客列車服務(wù)質(zhì)量控制得到大大的加強(qiáng)和改善。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

旅客列車移動(dòng)音視頻信息管理系統(tǒng)的軟硬件具有先進(jìn)性、兼容性、可擴(kuò)展的特點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)用具有實(shí)用性、實(shí)時(shí)性、靈活性的特點(diǎn)。

該系統(tǒng)采用基于WEB嵌入式的視頻服務(wù)器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，采用3G無線單兵便攜設(shè)備，可傳輸單路25f/s的清晰圖像。在網(wǎng)絡(luò)中的授權(quán)用戶可通過IE瀏覽器實(shí)時(shí)監(jiān)控前端現(xiàn)場(chǎng)，客戶端無需添加任何硬件。系統(tǒng)軟、硬件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，只需要增加前端的服務(wù)器，并升級(jí)相應(yīng)的系統(tǒng)軟件即可。系統(tǒng)支持用戶的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控需求，可多用戶多畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、集中錄像，滿足了用戶的音視頻傳輸要求。系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，適合在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)中使用。系統(tǒng)采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和專用的硬件結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

旅客列車移動(dòng)音視頻信息管理系統(tǒng)主要由視頻采集壓縮模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)控中心管理軟件平臺(tái)三部分組成。

4.1 視頻采集壓縮模塊

前端視頻采集模塊實(shí)現(xiàn)的功能是從普通的視頻攝像頭中捕捉瞬時(shí)視頻信號(hào)，然后壓縮。該模塊支持不同的壓縮比和圖像大小。

前端視頻采集系統(tǒng)由便攜式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、子彈式攝像機(jī)和GPS設(shè)備等組成。其中網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器為核心設(shè)備，負(fù)責(zé)將攝像機(jī)采集的各監(jiān)控點(diǎn)視頻圖像壓縮編碼，并通過3G網(wǎng)絡(luò)上傳到生產(chǎn)指揮中心，實(shí)現(xiàn)視頻的遠(yuǎn)程觀看。具體設(shè)計(jì)為：前端子系統(tǒng)采用CR1012P帶屏單兵無線視頻服務(wù)器或背包式雙卡無線視頻服務(wù)器；便攜式無線視頻服務(wù)器采用內(nèi)置鋰電池供電的方式；視頻服務(wù)器和鏡頭之間通過屏蔽同軸電纜線連接，長(zhǎng)度應(yīng)控制在在300M以內(nèi)；視頻服務(wù)器可以外接GPS設(shè)備，用戶可以將GPS定位信息通過COM口方式發(fā)送到生產(chǎn)指揮中心；無線網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器正常工作需至少一張無線上網(wǎng)卡；無線視頻服務(wù)器自動(dòng)撥號(hào)無線上網(wǎng)，獲取一個(gè)動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址。撥號(hào)成功之后，通過3G無線通道，把H.264編碼后的圖像信息發(fā)送到3G網(wǎng)關(guān)程序中。

4.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊

視頻采集壓縮后，就可以將壓縮好的視頻圖像文件傳送到生產(chǎn)指揮中心。傳送的方式是通過3G無線網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)具有3G的PPP撥號(hào)過程，并嵌入TCP/IP協(xié)議、POP3/SMTP協(xié)議，同時(shí)支持動(dòng)態(tài)IP。

生產(chǎn)指揮中心平臺(tái)可采用一臺(tái)小型服務(wù)器，安裝CreMedia5網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺(tái)軟件和移動(dòng)視頻網(wǎng)關(guān)軟件。生產(chǎn)指揮中心根據(jù)需要安裝電視墻，通過專用網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器(CR1100D)將列車圖像解碼成電視信號(hào)，輸出到電視墻。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖

生產(chǎn)指揮中心服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理，存儲(chǔ)服務(wù)器負(fù)責(zé)各監(jiān)控點(diǎn)視頻資料的錄像。所需硬盤空間大小由錄像視頻數(shù)目、時(shí)間長(zhǎng)短、保存周期和圖像質(zhì)量、幀率、畫面復(fù)雜度等決定。通常1路運(yùn)動(dòng)畫面1h的錄像文件占用空間約70 M左右，靜止圖像占用空間約20M左右。

4.3 監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)平臺(tái)

生產(chǎn)指揮中心服務(wù)器設(shè)置公網(wǎng)IP或者域名。啟動(dòng)服務(wù)后，就等待各個(gè)監(jiān)控終端的連接，對(duì)于始終在線模式的終端，可以按照需要查詢當(dāng)前的圖像情況，也可以自動(dòng)不停地記錄監(jiān)控點(diǎn)的圖像變化。

監(jiān)控主機(jī)安裝“監(jiān)視器”軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的視頻瀏覽和攝象機(jī)姿態(tài)調(diào)整等功能；生產(chǎn)指揮中心安裝有網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器，負(fù)責(zé)將前端采集來的數(shù)字信號(hào)解碼還原成圖像和聲音傳輸?shù)诫娨晧ι?；手機(jī)用戶直接登陸中心服務(wù)器就可觀看前端視頻。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮系統(tǒng)擴(kuò)展性，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)只需添加視頻服務(wù)器和攝像機(jī)等前端設(shè)備，即可在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展。

5 系統(tǒng)功能

5.1 遠(yuǎn)程圖像實(shí)時(shí)傳輸

根據(jù)鐵路旅客列車運(yùn)行速度快、經(jīng)行偏遠(yuǎn)地區(qū)等特點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用雙3G卡傳輸信息。其工作原理是：主卡工作副卡熱備，一旦主卡掉線副卡隨即撥號(hào)，一次減少或消除音視頻傳輸斷碼現(xiàn)象。不同的監(jiān)控用戶可根據(jù)自己需求靈活切換遠(yuǎn)程圖像進(jìn)行多現(xiàn)場(chǎng)瀏覽，也可多人同時(shí)觀看一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)。

5.2 雙向語音通話

指揮中心可通過客戶端和前端設(shè)備實(shí)現(xiàn)雙向語音通話，便于統(tǒng)一指揮，在網(wǎng)絡(luò)狀況相對(duì)較好的條件下，音質(zhì)清晰無雜音，延時(shí)在5s以內(nèi)。

5.3 多畫面監(jiān)視

系統(tǒng)具有在同一客戶終端上同時(shí)監(jiān)視一路、二路、四路、六路、八路、九路前端圖像的功能，用戶點(diǎn)擊某一路圖像時(shí)可放大實(shí)時(shí)監(jiān)控。這樣可以方便管理層把握全局動(dòng)態(tài)，進(jìn)行全局規(guī)劃。

5.4 錄像與回放

用戶可以按時(shí)間、攝像機(jī)號(hào)等條件智能化檢索回放記錄的錄像資料，可以用軟件內(nèi)置的播放器進(jìn)行播放。

5.5 計(jì)劃錄像

系統(tǒng)管理員可設(shè)定多個(gè)時(shí)間段對(duì)多個(gè)監(jiān)控前端的圖像進(jìn)行錄制，圖像數(shù)據(jù)保存在圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器的硬盤上。定時(shí)方式可選擇單次錄像和每天定時(shí)錄像，各個(gè)時(shí)段可以單獨(dú)設(shè)置。

5.6 錄像回放

用戶可以按時(shí)間、攝像機(jī)號(hào)、報(bào)警事件等條件智能化快速檢索回放記錄的錄像資料，可以用軟件內(nèi)置的播放器進(jìn)行播放。圖像播放速度可手動(dòng)調(diào)節(jié)。

5.7 錄像管理

錄像空間管理采用自動(dòng)循環(huán)覆蓋的方式，可根據(jù)用戶的需求保存相應(yīng)時(shí)間段的文件，過時(shí)的記錄將被自動(dòng)刪除；錄像文件可以有選擇地備份到光盤或網(wǎng)絡(luò)硬盤，以便重要錄像的長(zhǎng)期保存；錄像文件刪除：可以隨時(shí)將沒有保存價(jià)值的錄像文件手動(dòng)給以刪除；硬盤容量提示：提供可用磁盤存儲(chǔ)剩余空間容量提示，當(dāng)達(dá)到預(yù)警位置，在服務(wù)器端將會(huì)有磁盤容量不足的提示。

5.8 移動(dòng)視頻監(jiān)控

在列車行進(jìn)過程中，用戶可以通過便攜式移動(dòng)終端實(shí)時(shí)將前端現(xiàn)場(chǎng)圖像實(shí)時(shí)傳送到生產(chǎn)指揮中心，一旦遇到緊急情況，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮和控制。

6 系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

6.1 功能集成

該系統(tǒng)利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先進(jìn)性，將多個(gè)功能集成起來，不僅充分利用了網(wǎng)高速準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也容易將各種服務(wù)需求集成于Intranet，體現(xiàn)了先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。

6.2 優(yōu)秀的圖像品質(zhì)

該系統(tǒng)采用先進(jìn)的H.264編解碼技術(shù)，圖像清晰、自然。標(biāo)準(zhǔn)分辨率352×288像素，最高達(dá)并可自定義。圖像無閃爍，連續(xù)性好。

6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活

該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的組網(wǎng)方式，支持IP單播、組播功能，可以組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)，又可以組成一個(gè)中心對(duì)各站點(diǎn)的系統(tǒng)；在網(wǎng)絡(luò)上可以設(shè)置多個(gè)分控圖像工作站，滿足多個(gè)用戶的需要，可以組成多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。

6.4 可擴(kuò)容性強(qiáng)

該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠平滑實(shí)現(xiàn)端局?jǐn)U容、中心擴(kuò)容和分控臺(tái)擴(kuò)容。無論單級(jí)擴(kuò)容或多級(jí)擴(kuò)容都可以充分利用前期資源，降低擴(kuò)容投入成本。

6.5 易操作性

該系統(tǒng)控制界面、菜單全為中文，用戶可以非常迅速地熟悉操作軟件的使用。

7 系統(tǒng)安全

該系統(tǒng)采用多級(jí)用戶名/密碼保護(hù)認(rèn)證機(jī)制，為本系統(tǒng)研發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件，加密傳輸方式等措施，保障系統(tǒng)的安全不受侵害。

7.1 多級(jí)用戶名密碼認(rèn)證

無線和有線網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和系統(tǒng)，相互之間的通訊連接都是有用戶名、密碼保護(hù)的?！扒岸嗽O(shè)備”、“中心服務(wù)器”、“用戶客戶端”三者之間都是通過網(wǎng)絡(luò)連接。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接如圖3所示。

“用戶”登陸“前端設(shè)備”，“中心”登陸“前端設(shè)備”，以及用戶”登陸“中心”都是需要用戶名和密碼的，這些用戶名和密碼機(jī)制是系統(tǒng)安全最基本，最可靠的的措施。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

7.2 DES加密傳輸協(xié)議

用戶名和密碼在網(wǎng)絡(luò)傳輸，如果是明碼傳輸，被竊取的可能性就很大，CreMedia軟件使得任何一次用戶名和密碼在網(wǎng)絡(luò)上傳輸都是經(jīng)過加密的。即便被盜用也無法破解。DES加密方式理論上沒有破解的可能。

7.3 獨(dú)有的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議

視頻數(shù)字流在視頻服務(wù)器中打包發(fā)送到IP網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)候，打包的格式，以及流媒體的壓縮編碼格式都是獨(dú)有的。只有專有的解碼軟件才能解出正常的圖像，否則只是亂碼而已。

7.4 用戶管理功能

該系統(tǒng)提供安全完善的用戶帳號(hào)密碼管理功能和嚴(yán)格的控制權(quán)限分級(jí)制度。只有經(jīng)過授權(quán)、擁有帳號(hào)密碼的用戶才能瀏覽、控制攝像機(jī)或進(jìn)行其他相應(yīng)復(fù)權(quán)操作。用戶進(jìn)入遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須事先進(jìn)行輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)管理員根據(jù)用戶授予相應(yīng)的權(quán)限監(jiān)視和控制權(quán)限。