關(guān)于高速公路視頻移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用研究

　　在現(xiàn)有高速公路網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，建設(shè)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。應(yīng)用移動(dòng)流媒體、視頻壓縮及信息流化、帶寬自適應(yīng)傳輸?shù)燃夹g(shù)，將高速路段以及收費(fèi)站視頻監(jiān)控信號壓縮處理后通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控端的移動(dòng)性。本系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)不需單獨(dú)建設(shè)，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(jié)省了無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)的費(fèi)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(qū)位優(yōu)勢。隨著國家和河南省國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，交通需求將繼續(xù)保持快速增長；而且，隨著高速公路網(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)體系中對于車流量的匯聚效應(yīng)也已開始顯現(xiàn)并將不斷增強(qiáng)。為解決高速公路管理人員受監(jiān)控場所和監(jiān)控條件限制的問題，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(以下簡稱高發(fā)司)提出在高速公路視頻監(jiān)控中引入移動(dòng)視頻監(jiān)控技術(shù)。高速公路路況信息的移動(dòng)視頻監(jiān)控是交通道路監(jiān)控的典型應(yīng)用。

　　高速公路的移動(dòng)視頻監(jiān)控相對市區(qū)道路要求更為迫切，一則高速路承擔(dān)著城市間的骨干運(yùn)輸功能；另一方面，由于道路遠(yuǎn)離城區(qū)，高速路監(jiān)管單位也有需求利用移動(dòng)通信網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)對路況的移動(dòng)視頻監(jiān)控，以增強(qiáng)管理、調(diào)度和應(yīng)急響應(yīng)能力，緩解交通流量大、戰(zhàn)線長和警力不足等矛盾。

　　二、移動(dòng)視頻監(jiān)控技術(shù)支撐

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

　　移動(dòng)流媒體技術(shù)是20世紀(jì)末發(fā)展起來的技術(shù)，目前仍在發(fā)展過程中，移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)也被認(rèn)為是未來第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中“殺手锏”級業(yè)務(wù)，它的開發(fā)與應(yīng)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(nèi)移動(dòng)通信運(yùn)營商和通信設(shè)備制造商自21世紀(jì)初開始研究移動(dòng)流媒體技術(shù)的應(yīng)用，各大運(yùn)營商在3G試驗(yàn)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(yùn)營商特色的流媒體業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備制造商也積極參與了流媒體業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和試驗(yàn)，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(yīng)用。同時(shí)高速公路視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建立，使我們具備了豐富的視頻監(jiān)控資源，并積累了大量視頻監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)逐漸成熟，使得移動(dòng)視頻監(jiān)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(jiān)控信號。我國將開始第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)(3G)的建設(shè)，提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，可傳輸更清晰流暢的視頻信號，屆時(shí)通信資費(fèi)也將大幅降低。

　　三、移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介

　　（一）移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

　　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(yīng)傳輸?shù)燃夹g(shù)，在高速公路現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上，疊加移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)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(jiān)控業(yè)務(wù)管理服務(wù)器、移動(dòng)終端播放器。

　　從原有監(jiān)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。用戶可通過移動(dòng)終端接入到監(jiān)控業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，通過用戶認(rèn)證和業(yè)務(wù)鑒權(quán)后，邊下載邊觀看流媒體服務(wù)器上轉(zhuǎn)發(fā)的高速路況監(jiān)控內(nèi)容。從而突破地域的限制，在移動(dòng)終端上實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。

　　（二）移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

　　1.為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)流媒體視頻監(jiān)控，必須解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題：

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

　　（2）適應(yīng)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(diào)整視頻傳輸速率，保證移動(dòng)終端視頻質(zhì)量。在視頻監(jiān)控過程中，移動(dòng)終端統(tǒng)計(jì)從服務(wù)器接收的視頻數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包達(dá)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(jù)帶寬調(diào)整傳輸速率。當(dāng)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，通過降低幀率達(dá)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(cuò)數(shù)據(jù)不可能重傳，因此，需采取差錯(cuò)控制策略。差錯(cuò)控制采用兩種方法：差錯(cuò)隱蔽和差錯(cuò)彈性。編碼器在流化處理時(shí)，將視頻信息采用前向糾錯(cuò)(FEC)、數(shù)據(jù)分割技術(shù)將差錯(cuò)控制在較小范圍，防止差錯(cuò)蔓延。移動(dòng)終端解碼時(shí)采用零冗余差錯(cuò)隱蔽技術(shù)對錯(cuò)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)終端通過支持視頻信息TCP承載，可完成防火墻穿透。

　　（5）流式內(nèi)容存儲(chǔ)。流媒體服務(wù)器需要將編碼器傳來的流式視頻信息進(jìn)行存儲(chǔ)，便于日后查找。目前標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)文件格式為3GP格式和MP4格式，文件組織較復(fù)雜，因此實(shí)現(xiàn)一種私有文件格式，將視頻信息存儲(chǔ)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(tǒng)開發(fā)時(shí)，分析系統(tǒng)要解決的主要問題，將主要的精力用在解決主要問題。本系統(tǒng)的主要目的是在現(xiàn)有視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，建設(shè)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為此，系統(tǒng)開發(fā)采取如下策略：

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

　　（2）對于所需的硬件如硬盤錄像機(jī)、服務(wù)器硬件采用購買的方式，所選品牌均為國內(nèi)外知名品牌，系統(tǒng)穩(wěn)定能夠得到有效的保證。

　　（三）移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能

　　1.通過本系統(tǒng)的建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：

　　（1）分布式多級組網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)；

　　（2）采用多級組網(wǎng)監(jiān)控管理平臺(tái)，建立省中心、分監(jiān)控中心，以及收費(fèi)站＼路況多級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，多級組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)監(jiān)控業(yè)務(wù)的統(tǒng)一調(diào)度。

　　2.靈活的實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控功能

　　組網(wǎng)方式靈活，既可以是局域網(wǎng)、專網(wǎng)，也可以是internet網(wǎng)絡(luò)等有線網(wǎng)絡(luò)，也可以采用CDMA＼GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

　　監(jiān)控方式多種多樣，既可以采用PC等監(jiān)控終端，也可以采用手機(jī)、PDA等無線終端。

　　3.基于手機(jī)＼PC的多級視頻矩陣切換功能

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

　　4.用戶權(quán)限管理功能

　　可以對接入用戶進(jìn)行身份鑒全管理，只有合法用戶才可以接入監(jiān)控管理平臺(tái)，拒絕未授權(quán)用戶接入。

　　四、系統(tǒng)實(shí)施方案

　　河南省高速公路移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，各收費(fèi)站、路況監(jiān)控信號，通過光纖通道傳送至各分監(jiān)控中心，在各分監(jiān)控中心設(shè)置多路采編

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