長途客車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

姜 敏

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

0 引言

龐大的長途客運系統(tǒng)給廣大乘客帶來方便快捷的同時，也給長途運輸企業(yè)和交管等部門帶來內部管理壓力。為提高客運安全，國家四部委規(guī)定新出廠的“兩客一危”車輛應安裝符合《道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端技術要求》[1]和《道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)平臺技術要求》[2]的衛(wèi)星定位裝置，并接入全國重點營運車輛聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)?！皟煽鸵晃！避囕v包括擴旅游包車、班線客車和危險品車[3]，相比貨運車輛，長途客車由于行駛時間長，路況和人員復雜，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，因此道路運輸監(jiān)管部門要求客運臥鋪車輛必須具備視頻監(jiān)控功能。

1 視頻監(jiān)控前端設計

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

1.1 前端信息采集

車內安裝至少4個攝像機負責整個車廂的視頻監(jiān)控，分別在左前方、右前方及車位后面[4]。車載攝像機集成了拾音器，實現(xiàn)音視頻同步采集。司機左側安裝預報警按鈕，出現(xiàn)緊急情況時，按下報警按鈕，則監(jiān)控中心將收到報警信息，監(jiān)控中心根據(jù)監(jiān)控圖像，確定事故性質、等級，按照一定的預案，實行應急指揮。拾音器負責車內拾音，當有緊急情況時，可通過車內的報警按鈕把報警信息發(fā)送到中心。通過車載DVR內置的GPS模塊采集GPS信息，實時上傳。

1.2 信息本地顯示

在操作臺上安裝信息顯示屏，實時顯示調度信息和安全行車提醒。監(jiān)控指揮中心通過 3G網(wǎng)絡下發(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，同時信息屏內置TTS中文語音合成模塊，保證在行車時駕駛員可以清晰聽到語音播報。另外，當車輛遇到路障或尋找加油站時，信息屏可以指示行駛路線；當車輛出現(xiàn)故障或事故時，司機可以通過信息屏發(fā)送求援信息。

1.3 車內其他系統(tǒng)的接入

通過接在車載硬盤錄像機（DVR）上的語音對講設備，司機可對車內進行喊話，車上喇叭可播放司機喊話、以及中心與車內對講信息，其中喊話功能優(yōu)先。

大巴車車門通過門磁系統(tǒng)與車載設備聯(lián)動，當途中車門開啟時，能夠自動將該段時間視頻實時上傳監(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 視頻編碼存儲及傳輸

車載采用DVR實現(xiàn)車內前端音視頻編碼存儲，并通過內置 3G網(wǎng)絡傳輸模塊實時傳輸。視頻監(jiān)控終端采用H.264數(shù)字編碼技術，高編碼效率、靈活的編碼策略，適應不同應用和不同網(wǎng)絡帶寬。

為節(jié)省 3G流量，可采用動態(tài)調整編碼參數(shù)。在不啟動錄像、網(wǎng)傳的情況下，調整的編碼參數(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)生變化時可以提高錄像的分辨率、質量、碼率和幀率，實現(xiàn)高質量的錄像。對于3G網(wǎng)絡帶寬不足的環(huán)境，設備傳輸?shù)囊曨l可以丟幀以適應低帶寬，由平臺進行插幀恢復，恢復視頻質量。為了降低多路并發(fā)訪問給前端 3G網(wǎng)絡傳輸造成重復流量和計費，系統(tǒng)采用流媒體技術解決多路并發(fā)訪問的問題，確保每路視頻在任何時候均只輸出 1路碼流。

1.5 智能告警

報警信號通過連接線與車載 DVR報警輸入端口相連，一旦前端報警按鈕輸出報警信號，則監(jiān)控中心將收到報警信息，電視墻上立即彈出相應的大巴車視頻信息，監(jiān)控中心根據(jù)實時視頻圖像，確定報警性質及報警等級，根據(jù)預案實時指揮前端事件處理。消除報警后，系統(tǒng)自動復位，系統(tǒng)恢復到正常工作狀態(tài)。實現(xiàn)告警的功能包括設備故障報警、超速報警、阻塞報警、越界報警等報警功能。

當設備產(chǎn)生報警時，報警服務器可以向擁有相關權限的手機發(fā)送報警短信。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)動中心存儲錄像。

2 3G手機監(jiān)控設計

利用手機監(jiān)控，管理人員可以隨時調閱感興趣的視頻資源，及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題。平臺的報警系統(tǒng)可以和手機監(jiān)控結合，當平臺發(fā)生報警時，可以向相關人員的手機發(fā)送報警短信和視頻鏈接。

手機監(jiān)控根據(jù)設備輸出的碼流類型，可分為雙編碼和轉碼方式。雙編碼方案是指單臺設備能同時提供兩套碼流。主碼流采用CIF或者QCIF分辨率、碼流大、全幀率，可用于設備本地錄像、PC機的實時流監(jiān)控、平臺錄像等；子碼流采用QCIF[5]、QVGA等分辨率、小碼流、低幀率，采用 3GPP封裝，主要用于手機客戶端的實時流監(jiān)控。轉碼方案是指設備只提供一種編碼。通過附加的硬件或者軟件轉碼服務器，把高分辨率、全幀率的碼流轉成 QCIF、QVGA等分辨率的碼流，且進行3GPP格式封裝[6]，才能用于手機客戶端的監(jiān)控。因為前端設備僅提供一種編碼封裝格式，所以手機客戶端無法直接播放，因此需要借助轉碼服務器進行轉碼，再由轉發(fā)服務器將轉碼后數(shù)據(jù)包發(fā)送給手機客戶端進行播放。

雙編碼的方案比較靈活，可不依賴于平臺，但對設備性能要求很高，且選用設備受到一定的限制，由此帶來兼容性能差的問題。當采用直連方式時，整個過程不受平臺管理控制由此帶來管理困難。轉碼方案需要平臺支撐，對前端設備適應性強，幾乎所有的前端設備都可以此種方式實現(xiàn)手機監(jiān)控，且利舊較簡單，設備可以保持不變。

3 視頻傳輸網(wǎng)絡設計

執(zhí)法取證無線監(jiān)控指揮系統(tǒng)的特點決定其大規(guī)模應用只能采用無線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)。運營商無線數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，但能滿足基本移動執(zhí)法取證基本要求，且其主要優(yōu)勢在于網(wǎng)絡覆蓋率高，投資成本低。

3.1 網(wǎng)絡性能分析

3G網(wǎng)絡帶寬可靠穩(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。對于無線 3G網(wǎng)絡，其傳輸網(wǎng)絡的服務質量還需滿足如下要求:網(wǎng)絡時延上限應小于200 ms，時延抖動上限應小于50 ms，丟包率上限應小于1×10-3。

3.2 網(wǎng)絡帶寬計算

視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶寬需求與分辨率和幀率兩個因素密切相關，通常移動視頻監(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。對于所需圖像的實時性、流暢性要求不同，應根據(jù)實際情況具體問題具體分析，可以對業(yè)務網(wǎng)絡按照前端、中心服務平臺和客戶端劃分三部分計算。

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編碼進行視頻壓縮[9]。監(jiān)控系統(tǒng)的視頻編碼器編碼采用 H.264 的方式進行編碼，對網(wǎng)絡帶寬的占用比較少，就單路視頻而言，畫面質量為1 秒12 幀CIF圖像所需網(wǎng)絡帶寬為200 kb/s。

3.2.2 中心服務平臺帶寬

中心服務平臺帶寬計算主要有兩部分，一部分為前端設備上傳的視頻流；另一部分為中心服務平臺向客戶端分發(fā)的視頻流。公網(wǎng)運營的中心服務平臺所需的帶寬可以根據(jù)一個平臺的滿負荷前端數(shù)量50%的視頻進行同時監(jiān)看和并發(fā)的規(guī)模進行規(guī)劃。專網(wǎng)的中心服務平臺所需的帶寬可以根據(jù)一個平臺的滿負荷前端數(shù)量 10%～20%的視頻進行同時監(jiān)看和并發(fā)的規(guī)模進行規(guī)劃。

中心服務器帶寬要求為:注冊服務器上下行帶寬各為10 Mb/s，報警服務器上下行帶寬各為10 Mb/s，流媒體服務器（以CIF為例）上下行帶寬各為M Kb/s×N（N為同時要預覽的并發(fā)視頻路數(shù)，M為當前傳輸碼流）。

3.2.3 客戶端帶寬的計算

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

手機客戶端可實現(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流量計算

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

4 結語

隨著中國公路運輸事業(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技術的不斷發(fā)展，實現(xiàn)了基于3G網(wǎng)絡的車載移動視頻監(jiān)控功能，從而為車輛打造了一個安全、及時的管理環(huán)境，對乘客及車輛管理者都具有極為重要的意義。

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

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

[3]周永兵,朱靖玉.“兩客一危”GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端設計[J].電子設計工程, 2012,20(09):86-89.

[4]董向華,楊勇.基于網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控的設計與實現(xiàn)[J].通信技術,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)的研究與實現(xiàn)[J].通信技術,2012,45(03):55-57.

[6]劉成許,孫國凱,劉應吉,等.基于CAN總線技術的客車遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報, 2012,43(02):110-113.

[7]張賢德,李建權.3G車載遠程視頻監(jiān)控方案[J].電信科學,2011(12):131-134.

[8]鄧濤,曹寧.基于3G網(wǎng)絡的手機視頻監(jiān)控與遠程控制系統(tǒng)及其應用[J].電信科學,2009(10):101-103.

[9]劉地軍,徐利,鐘宏.網(wǎng)絡視頻傳輸?shù)淖赃m應調節(jié)策略的實現(xiàn)[J].信息安全與通信保密,2011,45(01):55,58.