长途客车视频监控系统的设计与实现

2013-02-16姜敏

通信技术 2013年7期

姜敏

（中国联合网络通信有限公司上海市分公司，上海 200050）

0 引言

庞大的长途客运系统给广大乘客带来方便快捷的同时，也给长途运输企业和交管等部门带来内部管理压力。为提高客运安全，国家四部委规定新出厂的“两客一危”车辆应安装符合《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》[1]和《道路运输车辆卫星定位系统平台技术要求》[2]的卫星定位装置，并接入全国重点营运车辆联网联控系统。“两客一危”车辆包括扩旅游包车、班线客车和危险品车[3]，相比货运车辆，长途客车由于行驶时间长，路况和人员复杂，更容易出现安全问题，仅靠GPS定位无法监管驾驶员的违规操作，因此道路运输监管部门要求客运卧铺车辆必须具备视频监控功能。

1 视频监控前端设计

长途客车视频监控系统包含前端系统和嵌入式视频服务器[4]，前端系统通过车载录像机采集音视频数据和GPS定位数据，相关数据通过3G链路上传中心服务器，在中心地理信息系统中显示车辆实时位置，并通过视频流媒体服务器转发视音频和图片信息[4]。

1.1 前端信息采集

车内安装至少4个摄像机负责整个车厢的视频监控，分别在左前方、右前方及车位后面[4]。车载摄像机集成了拾音器，实现音视频同步采集。司机左侧安装预报警按钮，出现紧急情况时，按下报警按钮，则监控中心将收到报警信息，监控中心根据监控图像，确定事故性质、等级，按照一定的预案，实行应急指挥。拾音器负责车内拾音，当有紧急情况时，可通过车内的报警按钮把报警信息发送到中心。通过车载DVR内置的GPS模块采集GPS信息，实时上传。

1.2 信息本地显示

在操作台上安装信息显示屏，实时显示调度信息和安全行车提醒。监控指挥中心通过 3G网络下发天气状况、路况提醒、线路偏离、夜间行车安全提示、疲劳驾驶提醒等信息到车载 DVR，再经由RS485在信息屏上显示，同时信息屏内置TTS中文语音合成模块，保证在行车时驾驶员可以清晰听到语音播报。另外，当车辆遇到路障或寻找加油站时，信息屏可以指示行驶路线；当车辆出现故障或事故时，司机可以通过信息屏发送求援信息。

1.3 车内其他系统的接入

通过接在车载硬盘录像机（DVR）上的语音对讲设备，司机可对车内进行喊话，车上喇叭可播放司机喊话、以及中心与车内对讲信息，其中喊话功能优先。

大巴车车门通过门磁系统与车载设备联动，当途中车门开启时，能够自动将该段时间视频实时上传监控指挥中心保存，作为非法停车上下客的处罚依据。

1.4 视频编码存储及传输

车载采用DVR实现车内前端音视频编码存储，并通过内置 3G网络传输模块实时传输。视频监控终端采用H.264数字编码技术，高编码效率、灵活的编码策略，适应不同应用和不同网络带宽。

为节省 3G流量，可采用动态调整编码参数。在不启动录像、网传的情况下，调整的编码参数即生效。静止的监控场景采用降低录像的分辨率、图像质量、码率和帧率的方法，使录像保持在很低的码率，而在图像发生变化时可以提高录像的分辨率、质量、码率和帧率，实现高质量的录像。对于3G网络带宽不足的环境，设备传输的视频可以丢帧以适应低带宽，由平台进行插帧恢复，恢复视频质量。为了降低多路并发访问给前端 3G网络传输造成重复流量和计费，系统采用流媒体技术解决多路并发访问的问题，确保每路视频在任何时候均只输出 1路码流。

1.5 智能告警

报警信号通过连接线与车载 DVR报警输入端口相连，一旦前端报警按钮输出报警信号，则监控中心将收到报警信息，电视墙上立即弹出相应的大巴车视频信息，监控中心根据实时视频图像，确定报警性质及报警等级，根据预案实时指挥前端事件处理。消除报警后，系统自动复位，系统恢复到正常工作状态。实现告警的功能包括设备故障报警、超速报警、阻塞报警、越界报警等报警功能。

当设备产生报警时，报警服务器可以向拥有相关权限的手机发送报警短信。短信中包含告警基本信息和视频链接，用户可以通过此链接打开视频，并联动中心存储录像。

2 3G手机监控设计

利用手机监控，管理人员可以随时调阅感兴趣的视频资源，及时发现问题解决问题。平台的报警系统可以和手机监控结合，当平台发生报警时，可以向相关人员的手机发送报警短信和视频链接。

手机监控根据设备输出的码流类型，可分为双编码和转码方式。双编码方案是指单台设备能同时提供两套码流。主码流采用CIF或者QCIF分辨率、码流大、全帧率，可用于设备本地录像、PC机的实时流监控、平台录像等；子码流采用QCIF[5]、QVGA等分辨率、小码流、低帧率，采用 3GPP封装，主要用于手机客户端的实时流监控。转码方案是指设备只提供一种编码。通过附加的硬件或者软件转码服务器，把高分辨率、全帧率的码流转成 QCIF、QVGA等分辨率的码流，且进行3GPP格式封装[6]，才能用于手机客户端的监控。因为前端设备仅提供一种编码封装格式，所以手机客户端无法直接播放，因此需要借助转码服务器进行转码，再由转发服务器将转码后数据包发送给手机客户端进行播放。

双编码的方案比较灵活，可不依赖于平台，但对设备性能要求很高，且选用设备受到一定的限制，由此带来兼容性能差的问题。当采用直连方式时，整个过程不受平台管理控制由此带来管理困难。转码方案需要平台支撑，对前端设备适应性强，几乎所有的前端设备都可以此种方式实现手机监控，且利旧较简单，设备可以保持不变。

3 视频传输网络设计

执法取证无线监控指挥系统的特点决定其大规模应用只能采用无线3G传输视频方式，3G模块可选用WCDMA、CDMA 2000或TD-CDMA等模式传输取证数据。运营商无线数据传输速率相对较低，但能满足基本移动执法取证基本要求，且其主要优势在于网络覆盖率高，投资成本低。

3.1 网络性能分析

3G网络带宽可靠稳定的情况下，可基于200 kb/s的带宽传输CIF（352×288）格式，每秒12帧图像。对于无线 3G网络，其传输网络的服务质量还需满足如下要求:网络时延上限应小于200 ms，时延抖动上限应小于50 ms，丢包率上限应小于1×10-3。

3.2 网络带宽计算

视频监控系统带宽需求与分辨率和帧率两个因素密切相关，通常移动视频监控系统在12帧/s 帧率情况下，CIF（分辨率352×288）码流为200 Kb/s。对于所需图像的实时性、流畅性要求不同，应根据实际情况具体问题具体分析，可以对业务网络按照前端、中心服务平台和客户端划分三部分计算。

3.2.1 前端带宽

视频传输需要较大带宽，为节省带宽资源可采用自适应编码进行视频压缩[9]。监控系统的视频编码器编码采用 H.264 的方式进行编码，对网络带宽的占用比较少，就单路视频而言，画面质量为1 秒12 帧CIF图像所需网络带宽为200 kb/s。

3.2.2 中心服务平台带宽

中心服务平台带宽计算主要有两部分，一部分为前端设备上传的视频流；另一部分为中心服务平台向客户端分发的视频流。公网运营的中心服务平台所需的带宽可以根据一个平台的满负荷前端数量50%的视频进行同时监看和并发的规模进行规划。专网的中心服务平台所需的带宽可以根据一个平台的满负荷前端数量 10%～20%的视频进行同时监看和并发的规模进行规划。

中心服务器带宽要求为:注册服务器上下行带宽各为10 Mb/s，报警服务器上下行带宽各为10 Mb/s，流媒体服务器（以CIF为例）上下行带宽各为M Kb/s×N（N为同时要预览的并发视频路数，M为当前传输码流）。

3.2.3 客户端带宽的计算

PC 客户端（包括解码器）所需带宽取决于客户同一时间需要监看的视频路数。如果同时监看的CIF 画面路数为N，当前传输码流为M kb/s，则客户端侧的带宽规划为:N×M kb/s。

手机客户端可实现QVGA分辨率6帧/s的视频监控，带宽要求为64 Kb/s。