移動(dòng)視頻監控系統簡(jiǎn)介及研發(fā)現狀分析

在現有高速公路網(wǎng)絡(luò )視頻監控的基礎上，建設移動(dòng)視頻監控系統。應用移動(dòng)流媒體、視頻壓縮及信息流化、帶寬自適應傳輸等技術(shù)，將高速路段以及收費站視頻監控信號壓縮處理后通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )轉發(fā)到移動(dòng)終端，實(shí)現監控端的移動(dòng)性。本系統通信網(wǎng)絡(luò )不需單獨建設，而是利用中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )或中國聯(lián)通CDMA1X網(wǎng)絡(luò )，節省了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )建設與維護的費用，同時(shí)保證了網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍。

一、發(fā)展的需要

河南省是國家重要的交通樞紐，具有突出的交通區位優(yōu)勢。隨著(zhù)國家和河南省國民經(jīng)濟持續快速發(fā)展，交通需求將繼續保持快速增長(cháng);而且，隨著(zhù)高速公路網(wǎng)絡(luò )不斷完善，高速公路網(wǎng)絡(luò )在整個(gè)公路網(wǎng)絡(luò )體系中對于車(chē)流量的匯聚效應也已開(kāi)始顯現并將不斷增強。為解決高速公路管理人員受監控場(chǎng)所和監控條件限制的問(wèn)題，進(jìn)一步提高高速公路的管理水平，河南省高速公路發(fā)展有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高發(fā)司)提出在高速公路視頻監控中引入移動(dòng)視頻監控技術(shù)。高速公路路況信息的移動(dòng)視頻監控是交通道路監控的典型應用。

高速公路的移動(dòng)視頻監控相對市區道路要求更為迫切，一則高速路承擔著(zhù)城市間的骨干運輸功能;另一方面，由于道路遠離城區，高速路監管單位也有需求利用移動(dòng)通信網(wǎng)來(lái)實(shí)現對路況的移動(dòng)視頻監控，以增強管理、調度和應急響應能力，緩解交通流量大、戰線(xiàn)長(cháng)和警力不足等矛盾。

二、移動(dòng)視頻監控技術(shù)支撐

視頻監控技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，經(jīng)歷了模擬監控系統、數字視頻監控系統、網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統等階段;隨著(zhù)通信技術(shù)的發(fā)展、移動(dòng)終端功能的增強，移動(dòng)視頻監控成為監控行業(yè)新的技術(shù)發(fā)展趨勢。相對于模擬監控和網(wǎng)絡(luò )監控的局限性而言，移動(dòng)視頻監控采用了移動(dòng)流媒體技術(shù)，實(shí)現了“隨時(shí)隨地，自由掌控”的監控。

移動(dòng)流媒體技術(shù)是20世紀末發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，目前仍在發(fā)展過(guò)程中，移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)也被認為是未來(lái)第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中“殺手锏”級業(yè)務(wù)，它的開(kāi)發(fā)與應用是目前移動(dòng)通信增值業(yè)務(wù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。國內移動(dòng)通信運營(yíng)商和通信設備制造商自21世紀初開(kāi)始研究移動(dòng)流媒體技術(shù)的應用，各大運營(yíng)商在3G試驗網(wǎng)中將移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)作為主要業(yè)務(wù)研究，先后制定了具有運營(yíng)商特色的流媒體業(yè)務(wù)標準，設備制造商也積極參與了流媒體業(yè)務(wù)標準的制定和試驗，大力推動(dòng)了移動(dòng)流媒體技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度以及推廣應用。同時(shí)高速公路視頻監控網(wǎng)絡(luò )的建立，使我們具備了豐富的視頻監控資源，并積累了大量視頻監控系統維護經(jīng)驗。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )逐漸成熟，使得移動(dòng)視頻監控成為可能。中國聯(lián)通CDMA1X網(wǎng)絡(luò )支持50—80kbps傳輸速率，中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )可提供30—50kbps傳輸速率。在這些速率下可傳輸清晰流暢的視頻監控信號。我國將開(kāi)始第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )(3G)的建設，提供更高的數據傳輸速度，可傳輸更清晰流暢的視頻信號，屆時(shí)通信資費也將大幅降低。

三、移動(dòng)視頻監控系統簡(jiǎn)介

(一)移動(dòng)視頻監控系統的組網(wǎng)結構

采用移動(dòng)流媒體、視頻編解碼及信息流化處理、帶寬白適應傳輸等技術(shù)，在高速公路現有網(wǎng)絡(luò )視頻監控的基礎上，疊加移動(dòng)視頻監控系統。整個(gè)系統包含五個(gè)部分：視頻編碼器、視頻矩陣控制程序、移動(dòng)流媒體服務(wù)器、監控業(yè)務(wù)管理服務(wù)器、移動(dòng)終端播放器。

從原有監控中心分路出視頻信號，對其進(jìn)行壓縮編碼、流化處理后發(fā)送到流媒體服務(wù)器，由流媒體服務(wù)器發(fā)布給移動(dòng)終端。用戶(hù)可通過(guò)移動(dòng)終端接入到監控業(yè)務(wù)管理平臺，通過(guò)用戶(hù)認證和業(yè)務(wù)鑒權后，邊下載邊觀(guān)看流媒體服務(wù)器上轉發(fā)的高速路況監控內容。從而突破地域的限制，在移動(dòng)終端上實(shí)現視頻監控。

(二)移動(dòng)視頻監控系統關(guān)鍵技術(shù)

1.為實(shí)現移動(dòng)流媒體視頻監控，必須解決以下關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：

(1)移動(dòng)流媒體服務(wù)器實(shí)現。本系統基于移動(dòng)流媒體技術(shù)，通過(guò)流媒體服務(wù)器為用戶(hù)提供業(yè)務(wù)，需實(shí)現流媒體相關(guān)協(xié)議(RTSP、RTP和RTCP)。

(2)適應傳輸。流媒體服務(wù)器實(shí)時(shí)偵測移動(dòng)終端帶寬情況，調整視頻傳輸速率，保證移動(dòng)終端視頻質(zhì)量。在視頻監控過(guò)程中，移動(dòng)終端統計從服務(wù)器接收的視頻數據包和數據包達到的時(shí)間信息，周期向流媒體服務(wù)器發(fā)送實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP;流媒體服務(wù)器從這些反饋信息中偵測網(wǎng)絡(luò )的丟包率、抖動(dòng)、傳輸延遲，綜合評估網(wǎng)絡(luò )帶寬，根據帶寬調整傳輸速率。當需要降低傳輸速率時(shí)，流媒體服務(wù)器動(dòng)態(tài)修改視頻信息的時(shí)戳，通過(guò)降低幀率達到降低速率的目的。

(3)控制策略。由于實(shí)時(shí)視頻傳輸對時(shí)延敏感，出錯數據不可能重傳，因此，需采取差錯控制策略。差錯控制采用兩種方法：差錯隱蔽和差錯彈性。編碼器在流化處理時(shí)，將視頻信息采用前向糾錯(FEC)、數據分割技術(shù)將差錯控制在較小范圍，防止差錯蔓延。移動(dòng)終端解碼時(shí)采用零冗余差錯隱蔽技術(shù)對錯誤視頻信息進(jìn)行校正。

(4)防火墻穿透。移動(dòng)流媒體服務(wù)器和移動(dòng)終端通過(guò)支持視頻信息TCP承載，可完成防火墻穿透。

(5)流式內容存儲。流媒體服務(wù)器需要將編碼器傳來(lái)的流式視頻信息進(jìn)行存儲，便于日后查找。目前標準的存儲文件格式為3GP格式和MP4格式，文件組織較復雜，因此實(shí)現一種私有文件格式，將視頻信息存儲在服務(wù)器，移動(dòng)終端可以從服務(wù)器上獲取并播放。

2.統開(kāi)發(fā)時(shí)，分析系統要解決的主要問(wèn)題，將主要的精力用在解決主要問(wèn)題。本系統的主要目的是在現有視頻監控網(wǎng)絡(luò )的基礎上，建設移動(dòng)視頻監控系統，為此，系統開(kāi)發(fā)采取如下策略：

(1)軟件平臺采用自主開(kāi)發(fā)的方式進(jìn)行;項目組在相關(guān)領(lǐng)域具有很深的技術(shù)積累，前期預研工作已經(jīng)非常充分;在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的過(guò)程中將嚴格按照CMM模型和IS09000質(zhì)量保證的要求嚴格管理，確保系統的開(kāi)發(fā)進(jìn)度、穩定性和成熟度。

(2)對于所需的硬件如硬盤(pán)錄像機、服務(wù)器硬件采用購買(mǎi)的方式，所選品牌均為國內外知名品牌，系統穩定能夠得到有效的保證。

(三)移動(dòng)視頻監控系統功能

1.通過(guò)本系統的建設，能夠實(shí)現以下功能：

(1)分布式多級組網(wǎng)監控平臺;

(2)采用多級組網(wǎng)監控管理平臺，建立省中心、分監控中心，以及收費站路況多級監控網(wǎng)絡(luò )，多級組網(wǎng)，實(shí)現對全網(wǎng)監控業(yè)務(wù)的統一調度。

2.靈活的實(shí)時(shí)圖像監控功能

組網(wǎng)方式靈活，既可以是局域網(wǎng)、專(zhuān)網(wǎng)，也可以是internet網(wǎng)絡(luò )等有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，也可以采用CDMAGPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )。

監控方式多種多樣，既可以采用PC等監控終端，也可以采用手機、PDA等無(wú)線(xiàn)終端。

3.基于手機PC的多級視頻矩陣切換功能

可以通過(guò)手機、PC等監控終端，靈活控制收費站、分監控中心各級視頻切換矩陣，選擇需要監控的視頻信號。

4.用戶(hù)權限管理功能

可以對接入用戶(hù)進(jìn)行身份鑒全管理，只有合法用戶(hù)才可以接入監控管理平臺，拒絕未授權用戶(hù)接入。

四、系統實(shí)施方案

河南省高速公路移動(dòng)視頻監控系統中，各收費站、路況監控信號，通過(guò)光纖通道傳送至各分監控中心，在各分監控中心設置多路采編服務(wù)器，采編服務(wù)器接收矩陣輸出的視頻信號，對視頻信號進(jìn)行編碼通過(guò)高速專(zhuān)網(wǎng)上傳到放置于鄭州分公司的移動(dòng)視頻監控服務(wù)器，采編服務(wù)器還要接受放置于鄭州分公司的業(yè)務(wù)管理平臺服務(wù)器下發(fā)的視頻矩陣控制信號，通過(guò)矩陣控制盒，對各級網(wǎng)絡(luò )中的視頻切換服務(wù)器進(jìn)行控制，完成收費站、路況視頻信號的切換。多路采集服務(wù)器對各收費站視頻切換主要依靠各收費中心的級聯(lián)視頻切換矩陣。

(一)業(yè)務(wù)管理平臺主要完成以下功能：

1.門(mén)戶(hù)業(yè)務(wù)呈現;

2.用戶(hù)接入鑒權管理;

3.移動(dòng)監控平臺管理功能。

(二)動(dòng)視頻監控服務(wù)器主要實(shí)現以下業(yè)務(wù)功能：

1.視頻監控業(yè)務(wù);

2.流媒體點(diǎn)播業(yè)務(wù)功能。

(三)本系統投入運行后，各分監控中心組網(wǎng)圖如下：

采編服務(wù)器置于各分監控中心，把實(shí)時(shí)視頻監控視頻進(jìn)行采集編碼，通過(guò)高速專(zhuān)網(wǎng)發(fā)往鄭州分公司移動(dòng)視頻監控服務(wù)器，提供實(shí)時(shí)監控功能;同時(shí)采編服務(wù)器還要接受放置于鄭州分公司的業(yè)務(wù)管理平臺服務(wù)器下發(fā)的視頻矩陣控制信號，通過(guò)矩陣控制盒，對各級網(wǎng)絡(luò )中的視頻切換服務(wù)器進(jìn)行控制，完成收費站、路況視頻信號的切換。

五、移動(dòng)視頻監控系統研發(fā)現狀

在研發(fā)單位的試驗室環(huán)境中，已經(jīng)準備了一套項目原型用于該項目的測試;研發(fā)單位的移動(dòng)流媒體系統在全國各地也有大量的試驗網(wǎng)環(huán)境，這些都能夠為該項目所用，用來(lái)該項目的相關(guān)功能驗證和系統調試;在項目準備期間，相關(guān)單位和河南移動(dòng)和河南聯(lián)通都進(jìn)行了溝通，確保該系統能夠在河南移動(dòng)和河南聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下能夠實(shí)施運行。

目前，移動(dòng)視頻監控系統開(kāi)發(fā)第一階段工作已經(jīng)完成，并成功應用于安新公司移動(dòng)視頻監控試點(diǎn)工程。隨著(zhù)安新試點(diǎn)工程的成功，接下來(lái)將啟動(dòng)河南高速公路其他分公司的系統研發(fā)以及工程施工等工作。開(kāi)發(fā)完成的包括視頻監控管理服務(wù)器、移動(dòng)流媒體服務(wù)器、視頻編碼服務(wù)器、矩陣切換控制程序以及手機終端播放器等。

(一)視頻監控管理服務(wù)器

基于Spring和Hibernate技術(shù)構建的J2EE服務(wù)器，實(shí)現系統中監控點(diǎn)的管理與呈現;用戶(hù)管理，包括用戶(hù)的注冊與注銷(xiāo)、用戶(hù)的驗證功能;視頻矩陣的管理與控制。

普通用戶(hù)通過(guò)登錄視頻監控管理服務(wù)器的視頻監控頁(yè)面執行視頻監控的操作。該頁(yè)面按照高速公路視頻監控系統的層次結構組織，將一次訪(fǎng)問(wèn)本系統實(shí)現移動(dòng)視頻監控的過(guò)程舉例如下：

1.登錄后，進(jìn)入視頻監控主界面，在界面中選擇高速公路;

2.選擇京珠高速后，出現京珠高速下分公司列表，可選安新公司;

3.進(jìn)入安新公司視頻監控，可選擇對收費站、路段進(jìn)行監控，而道路巡檢則是定時(shí)將各路段視頻切換給監控播放器;

4.選擇道路監控，看到路段列表;

5.選擇某個(gè)路段，看到在該路段上所有的視頻監控攝像頭列表。

當選擇列表中的某個(gè)攝像頭時(shí)，視頻監控管理平臺就會(huì )控制視頻矩陣切換，將攝像頭視頻切換到用戶(hù)的監控通道，用戶(hù)可以在播放器中看到選擇的攝像頭監控視頻。

(二)流媒體服務(wù)器性能

系統設備的性能和穩定性一直是我們在研發(fā)過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)。流媒體服務(wù)器開(kāi)發(fā)完成后，研發(fā)人員對服務(wù)器的性能和穩定性進(jìn)行了深入而細致的測試，對于測試中發(fā)現的問(wèn)題進(jìn)行了修改處理，最終使得服務(wù)器性能與穩定性達到了不遜色于業(yè)界領(lǐng)先產(chǎn)品的水平。美國Real公司是業(yè)界流媒體技術(shù)的領(lǐng)跑者，該公司的流媒體服務(wù)器HelixServer在功能和性能都處于業(yè)界領(lǐng)先

水平，得到了廣泛應用。我們將自研流媒體服務(wù)器性能與HelixServer在不同條件下進(jìn)行了測試比較。下面四個(gè)表格是部分測試數據，從測試數據看來(lái)，我們的流媒體服務(wù)器性能與穩定性并不遜色于HelixServer，在某些方面甚至優(yōu)于HelixServer。

(三)手機用戶(hù)驗證的實(shí)現方法

在移動(dòng)視頻監控系統中，需要對用戶(hù)登錄權限進(jìn)行驗證。對用戶(hù)的驗證一般是通過(guò)用戶(hù)名密碼的方法，但是對于手機用戶(hù)存在其特殊性，首先，手機操作輸入用戶(hù)名密碼十分不方便;其次，一般移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )會(huì )把與手機號碼相關(guān)的信息在HTTP消息中發(fā)送到服務(wù)器，如果基于手機號碼進(jìn)行用戶(hù)驗證，用戶(hù)就不用輸入用戶(hù)名和密碼進(jìn)行驗證，給用戶(hù)提供方便。因此，我們決定從手機號碼入手，解決手機用戶(hù)登錄的問(wèn)題。

如何獲取手機號碼，是首先要面對的問(wèn)題。我們對手機訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的消息進(jìn)行了分析，從中得到了解決辦法。對多次手機訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的過(guò)程進(jìn)行分析后，我們發(fā)現，消息中有固定的字段所包含的值正好就是用戶(hù)的手機號碼。這樣，視頻監控管理平臺在用戶(hù)通過(guò)手機訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，取得用戶(hù)手機號碼，進(jìn)行驗證，實(shí)現了基于用戶(hù)號碼的驗證。用戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行視頻監控時(shí)，其操作過(guò)程與在CDMAlx手機上的操作是類(lèi)似的，不同處在于，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)需要用戶(hù)輸入自己的手機號碼以及對應的密碼才能登錄。采用上述用戶(hù)驗證方式，實(shí)現了系統安全性，保證了用戶(hù)使用方式的一致性，并提供了手機登陸系統的方便性。

(四)移動(dòng)終端視頻監控客戶(hù)端

移動(dòng)視頻監控系統基于移動(dòng)流媒體技術(shù)，所有支持移動(dòng)流媒體的手機都可以作為移動(dòng)視頻監控的客戶(hù)端，但是存某些情況下，標準移動(dòng)流媒體播放器的使用受到一些限制。

在移動(dòng)視頻監控系統的實(shí)際應用中，十分有必要擁有具備系統特色的移動(dòng)視頻監控客戶(hù)端軟件。本系統移動(dòng)視頻監控客戶(hù)端軟件基于]2ME平臺進(jìn)行開(kāi)發(fā)?；贘2ME實(shí)現的程序必須到達與標準移動(dòng)流媒體終端訪(fǎng)問(wèn)移動(dòng)視頻監控系統相同的用戶(hù)體驗，因此該程序按照視頻監控管理平臺視頻監控界面實(shí)現了用戶(hù)界面。

(五)視頻監控圖像效果

系統開(kāi)發(fā)完成后，在河南高速公路發(fā)展有限公司安新分公司進(jìn)行了移動(dòng)視頻監控的試點(diǎn)。試點(diǎn)系統建成后，成功實(shí)現了在GPRS手機和CDMA1x手機上的移動(dòng)視頻監控。由于視頻源數據相同，因此通過(guò)電腦訪(fǎng)問(wèn)我們可以得到與手機訪(fǎng)問(wèn)相同的視頻質(zhì)量。我們在電腦上針對GPRS網(wǎng)絡(luò )和CDMA1X網(wǎng)絡(luò )下的視頻效果進(jìn)行了評估，視頻質(zhì)量達到移動(dòng)視頻監控的要求。

(六)移動(dòng)視頻監控系統優(yōu)點(diǎn)

該系統充分分析了移動(dòng)視頻監控系統的特點(diǎn)，對系統的可靠性、穩定性、可擴展性提出了更高的要求，能夠快速適應不同項目的需要。該系統具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1.移動(dòng)流媒體服務(wù)器功能完善，支持RTP數據報的TCP承載，以此構建的系統可以穿越防火墻，降低了對網(wǎng)絡(luò )的依賴(lài)性，系統部署快捷簡(jiǎn)單;

2.流媒體服務(wù)器的性能與穩定性與業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品相比毫不遜色;

3.系統具有良好的可擴展性，可支持多種視頻監控設備的接入;

4.對系統中不同種類(lèi)的矩陣控制進(jìn)行了抽象，系統中矩陣類(lèi)型的增加并不會(huì )對系統產(chǎn)生比較大的影響;

5.系統支持不同種類(lèi)的視頻監控客戶(hù)端;

6.端到端的解決方案，工程實(shí)施管理更簡(jiǎn)單。

六、小結

移動(dòng)視頻監控系統配合其他系統能夠做到隨時(shí)隨地的高速公路路況監控，將能夠大大降低高速公路管理、維護費用;并且該系統也能夠向廣大的司機和公眾用戶(hù)開(kāi)放，方便大家及時(shí)掌握高速公路的路況信息，提升高速公路的形象，同時(shí)能為高速公路帶來(lái)一定的經(jīng)濟效益。移動(dòng)視頻監控系統的成功實(shí)施還有另外一個(gè)意義，那就是充分利用現有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的通信能力，在現網(wǎng)中提供視頻類(lèi)的成功應用范例。

移動(dòng)視頻監控系統以移動(dòng)流媒體技術(shù)為核心，而移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)一直被認為是第三代移動(dòng)通信網(wǎng)中特有的、最具吸引力的業(yè)務(wù)，在現在的2.5G/2.75G網(wǎng)絡(luò )中，由于網(wǎng)絡(luò )帶寬等原因，業(yè)界一直認為不可能有成功的移動(dòng)流媒體應用。實(shí)際上2.5G/2.75G網(wǎng)絡(luò )的價(jià)值被低估了，現網(wǎng)下也可以開(kāi)展類(lèi)似移動(dòng)視頻監控系統的基于移動(dòng)流媒體技術(shù)的應用。