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

　　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)移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)。應用移動流媒體、視頻壓縮及信息流化、帶寬自適應傳輸?shù)燃夹g(shù)，將高速路段以及收費站視頻監(jiān)控信號壓縮處理后通過移動通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到移動終端，實現(xiàn)監(jiān)控端的移動性。本系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)不需單獨建設(shè)，而是利用中國移動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)與維護的費用，同時保證了網(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)在整個公路網(wǎng)絡(luò)體系中對于車流量的匯聚效應也已開始顯現(xiàn)并將不斷增強。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)控中引入移動視頻監(jiān)控技術(shù)。高速公路路況信息的移動視頻監(jiān)控是交通道路監(jiān)控的典型應用。

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

　　二、移動視頻監(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、移動終端功能的增強，移動視頻監(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，移動視頻監(jiān)控采用了移動流媒體技術(shù)，實現(xiàn)了“隨時隨地，自由掌控”的監(jiān)控。

　　移動流媒體技術(shù)是20世紀末發(fā)展起來的技術(shù)，目前仍在發(fā)展過程中，移動流媒體業(yè)務也被認為是未來第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)中“殺手锏”級業(yè)務，它的開發(fā)與應用是目前移動通信增值業(yè)務領(lǐng)域的研究重點。國內(nèi)移動通信運營商和通信設(shè)備制造商自21世紀初開始研究移動流媒體技術(shù)的應用，各大運營商在3G試驗網(wǎng)中將移動流媒體業(yè)務作為主要業(yè)務研究，先后制定了具有運營商特色的流媒體業(yè)務標準，設(shè)備制造商也積極參與了流媒體業(yè)務標準的制定和試驗，大力推動了移動流媒體技術(shù)的研發(fā)進度以及推廣應用。同時高速公路視頻監(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)維護經(jīng)驗。

　　移動網(wǎng)絡(luò)逐漸成熟，使得移動視頻監(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，屆時通信資費也將大幅降低。

　　三、移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介

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

　　采用移動流媒體、視頻編解碼及信息流化處理、帶寬白適應傳輸?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，疊加移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包含五個部分：視頻編碼器、視頻矩陣控制程序、移動流媒體服務器、監(jiān)控業(yè)務管理服務器、移動終端播放器。

　　從原有監(jiān)控中心分路出視頻信號，對其進行壓縮編碼、流化處理后發(fā)送到流媒體服務器，由流媒體服務器發(fā)布給移動終端。用戶可通過移動終端接入到監(jiān)控業(yè)務管理平臺，通過用戶認證和業(yè)務鑒權(quán)后，邊下載邊觀看流媒體服務器上轉(zhuǎn)發(fā)的高速路況監(jiān)控內(nèi)容。從而突破地域的限制，在移動終端上實現(xiàn)視頻監(jiān)控。

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

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

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

　　（2）適應傳輸。流媒體服務器實時偵測移動終端帶寬情況，調(diào)整視頻傳輸速率，保證移動終端視頻質(zhì)量。在視頻監(jiān)控過程中，移動終端統(tǒng)計從服務器接收的視頻數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包達到的時間信息，周期向流媒體服務器發(fā)送實時傳輸控制協(xié)議RTCP；流媒體服務器從這些反饋信息中偵測網(wǎng)絡(luò)的丟包率、抖動、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。當需要降低傳輸速率時，流媒體服務器動態(tài)修改視頻信息的時戳，通過降低幀率達到降低速率的目的。

　　（3）控制策略。由于實時視頻傳輸對時延敏感，出錯數(shù)據(jù)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，將視頻信息采用前向糾錯(FEC)、數(shù)據(jù)分割技術(shù)將差錯控制在較小范圍，防止差錯蔓延。移動終端解碼時采用零冗余差錯隱蔽技術(shù)對錯誤視頻信息進行校正。

　　（4）防火墻穿透。移動流媒體服務器和移動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。流媒體服務器需要將編碼器傳來的流式視頻信息進行存儲，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，因此實現(xiàn)一種私有文件格式，將視頻信息存儲在服務器，移動終端可以從服務器上獲取并播放。

　　2.統(tǒng)開發(fā)時，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）軟件平臺采用自主開發(fā)的方式進行；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)品開發(fā)中的過程中將嚴格按照CMM模型和IS09000質(zhì)量保證的要求嚴格管理，確保系統(tǒng)的開發(fā)進度、穩(wěn)定性和成熟度。

　　（2）對于所需的硬件如硬盤錄像機、服務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；

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

　　2.靈活的實時圖像監(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、PDA等無線終端。

　　3.基于手機＼PC的多級視頻矩陣切換功能

　　可以通過手機、PC等監(jiān)控終端，靈活控制收費站、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，拒絕未授權(quán)用戶接入。

　　四、系統(tǒng)實施方案

　　河南省高速公路移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，各收費站、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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