移动视频监控系统简介及研发现状分析

2013-06-28 18:58:42来源: 中国数字视听网

    在现有高速公路网络视频监控的基础上,建设移动视频监控系统。应用移动流媒体、视频压缩及信息流化、带宽自适应传输等技术,将高速路段以及收费站视频监控信号压缩处理后通过移动通信网络转发到移动终端,实现监控端的移动性。本系统通信网络不需单独建设,而是利用中国移动GPRS网络或中国联通CDMA1X网络,节省了无线网络建设与维护的费用,同时保证了网络的覆盖范围。

    一、发展的需要

    河南省是国家重要的交通枢纽,具有突出的交通区位优势。随着国家和河南省国民经济持续快速发展,交通需求将继续保持快速增长;而且,随着高速公路网络不断完善,高速公路网络在整个公路网络体系中对于车流量的汇聚效应也已开始显现并将不断增强。为解决高速公路管理人员受监控场所和监控条件限制的问题,进一步提高高速公路的管理水平,河南省高速公路发展有限公司(以下简称高发司)提出在高速公路视频监控中引入移动视频监控技术。高速公路路况信息的移动视频监控是交通道路监控的典型应用。

    高速公路的移动视频监控相对市区道路要求更为迫切,一则高速路承担着城市间的骨干运输功能;另一方面,由于道路远离城区,高速路监管单位也有需求利用移动通信网来实现对路况的移动视频监控,以增强管理、调度和应急响应能力,缓解交通流量大、战线长和警力不足等矛盾。

    二、移动视频监控技术支撑

    视频监控技术经过多年的发展,经历了模拟监控系统、数字视频监控系统、网络视频监控系统等阶段;随着通信技术的发展、移动终端功能的增强,移动视频监控成为监控行业新的技术发展趋势。相对于模拟监控和网络监控的局限性而言,移动视频监控采用了移动流媒体技术,实现了“随时随地,自由掌控”的监控。

    移动流媒体技术是20世纪末发展起来的技术,目前仍在发展过程中,移动流媒体业务也被认为是未来第三代移动通信网络中“杀手锏”级业务,它的开发与应用是目前移动通信增值业务领域的研究重点。国内移动通信运营商和通信设备制造商自21世纪初开始研究移动流媒体技术的应用,各大运营商在3G试验网中将移动流媒体业务作为主要业务研究,先后制定了具有运营商特色的流媒体业务标准,设备制造商也积极参与了流媒体业务标准的制定和试验,大力推动了移动流媒体技术的研发进度以及推广应用。同时高速公路视频监控网络的建立,使我们具备了丰富的视频监控资源,并积累了大量视频监控系统维护经验。

    移动网络逐渐成熟,使得移动视频监控成为可能。中国联通CDMA1X网络支持50—80kbps传输速率,中国移动GPRS网络可提供30—50kbps传输速率。在这些速率下可传输清晰流畅的视频监控信号。我国将开始第三代移动通信网络(3G)的建设,提供更高的数据传输速度,可传输更清晰流畅的视频信号,届时通信资费也将大幅降低。

    三、移动视频监控系统简介

    (一)移动视频监控系统的组网结构

    采用移动流媒体、视频编解码及信息流化处理、带宽白适应传输等技术,在高速公路现有网络视频监控的基础上,叠加移动视频监控系统。整个系统包含五个部分:视频编码器、视频矩阵控制程序、移动流媒体服务器、监控业务管理服务器、移动终端播放器。

    从原有监控中心分路出视频信号,对其进行压缩编码、流化处理后发送到流媒体服务器,由流媒体服务器发布给移动终端。用户可通过移动终端接入到监控业务管理平台,通过用户认证和业务鉴权后,边下载边观看流媒体服务器上转发的高速路况监控内容。从而突破地域的限制,在移动终端上实现视频监控。

    (二)移动视频监控系统关键技术

    1.为实现移动流媒体视频监控,必须解决以下关键技术问题:

    (1)移动流媒体服务器实现。本系统基于移动流媒体技术,通过流媒体服务器为用户提供业务,需实现流媒体相关协议(RTSP、RTP和RTCP)。

    (2)适应传输。流媒体服务器实时侦测移动终端带宽情况,调整视频传输速率,保证移动终端视频质量。在视频监控过程中,移动终端统计从服务器接收的视频数据包和数据包达到的时间信息,周期向流媒体服务器发送实时传输控制协议RTCP;流媒体服务器从这些反馈信息中侦测网络的丢包率、抖动、传输延迟,综合评估网络带宽,根据带宽调整传输速率。当需要降低传输速率时,流媒体服务器动态修改视频信息的时戳,通过降低帧率达到降低速率的目的。

    (3)控制策略。由于实时视频传输对时延敏感,出错数据不可能重传,因此,需采取差错控制策略。差错控制采用两种方法:差错隐蔽和差错弹性。编码器在流化处理时,将视频信息采用前向纠错(FEC)、数据分割技术将差错控制在较小范围,防止差错蔓延。移动终端解码时采用零冗余差错隐蔽技术对错误视频信息进行校正。

    (4)防火墙穿透。移动流媒体服务器和移动终端通过支持视频信息TCP承载,可完成防火墙穿透。

    (5)流式内容存储。流媒体服务器需要将编码器传来的流式视频信息进行存储,便于日后查找。目前标准的存储文件格式为3GP格式和MP4格式,文件组织较复杂,因此实现一种私有文件格式,将视频信息存储在服务器,移动终端可以从服务器上获取并播放。

    2.统开发时,分析系统要解决的主要问题,将主要的精力用在解决主要问题。本系统的主要目的是在现有视频监控网络的基础上,建设移动视频监控系统,为此,系统开发采取如下策略:

    (1)软件平台采用自主开发的方式进行;项目组在相关领域具有很深的技术积累,前期预研工作已经非常充分;在产品开发中的过程中将严格按照CMM模型和IS09000质量保证的要求严格管理,确保系统的开发进度、稳定性和成熟度。

    (2)对于所需的硬件如硬盘录像机、服务器硬件采用购买的方式,所选品牌均为国内外知名品牌,系统稳定能够得到有效的保证。

    (三)移动视频监控系统功能

    1.通过本系统的建设,能够实现以下功能:

    (1)分布式多级组网监控平台;

    (2)采用多级组网监控管理平台,建立省中心、分监控中心,以及收费站路况多级监控网络,多级组网,实现对全网监控业务的统一调度。

    2.灵活的实时图像监控功能

    组网方式灵活,既可以是局域网、专网,也可以是internet网络等有线网络,也可以采用CDMAGPRS移动通信网络。

    监控方式多种多样,既可以采用PC等监控终端,也可以采用手机、PDA等无线终端。

    3.基于手机PC的多级视频矩阵切换功能

    可以通过手机、PC等监控终端,灵活控制收费站、分监控中心各级视频切换矩阵,选择需要监控的视频信号。

    4.用户权限管理功能

    可以对接入用户进行身份鉴全管理,只有合法用户才可以接入监控管理平台,拒绝未授权用户接入。

    四、系统实施方案

    河南省高速公路移动视频监控系统中,各收费站、路况监控信号,通过光纤通道传送至各分监控中心,在各分监控中心设置多路采编服务器,采编服务器接收矩阵输出的视频信号,对视频信号进行编码通过高速专网上传到放置于郑州分公司的移动视频监控服务器,采编服务器还要接受放置于郑州分公司的业务管理平台服务器下发的视频矩阵控制信号,通过矩阵控制盒,对各级网络中的视频切换服务器进行控制,完成收费站、路况视频信号的切换。多路采集服务器对各收费站视频切换主要依靠各收费中心的级联视频切换矩阵。

    (一)业务管理平台主要完成以下功能:

    1.门户业务呈现;

    2.用户接入鉴权管理;

    3.移动监控平台管理功能。

    (二)动视频监控服务器主要实现以下业务功能:

    1.视频监控业务;

    2.流媒体点播业务功能。

    (三)本系统投入运行后,各分监控中心组网图如下:

    采编服务器置于各分监控中心,把实时视频监控视频进行采集编码,通过高速专网发往郑州分公司移动视频监控服务器,提供实时监控功能;同时采编服务器还要接受放置于郑州分公司的业务管理平台服务器下发的视频矩阵控制信号,通过矩阵控制盒,对各级网络中的视频切换服务器进行控制,完成收费站、路况视频信号的切换。

    五、移动视频监控系统研发现状

    在研发单位的试验室环境中,已经准备了一套项目原型用于该项目的测试;研发单位的移动流媒体系统在全国各地也有大量的试验网环境,这些都能够为该项目所用,用来该项目的相关功能验证和系统调试;在项目准备期间,相关单位和河南移动和河南联通都进行了沟通,确保该系统能够在河南移动和河南联通的网络环境下能够实施运行。

    目前,移动视频监控系统开发第一阶段工作已经完成,并成功应用于安新公司移动视频监控试点工程。随着安新试点工程的成功,接下来将启动河南高速公路其他分公司的系统研发以及工程施工等工作。开发完成的包括视频监控管理服务器、移动流媒体服务器、视频编码服务器、矩阵切换控制程序以及手机终端播放器等。

    (一)视频监控管理服务器

    基于Spring和Hibernate技术构建的J2EE服务器,实现系统中监控点的管理与呈现;用户管理,包括用户的注册与注销、用户的验证功能;视频矩阵的管理与控制。

    普通用户通过登录视频监控管理服务器的视频监控页面执行视频监控的操作。该页面按照高速公路视频监控系统的层次结构组织,将一次访问本系统实现移动视频监控的过程举例如下:

    1.登录后,进入视频监控主界面,在界面中选择高速公路;

    2.选择京珠高速后,出现京珠高速下分公司列表,可选安新公司;

    3.进入安新公司视频监控,可选择对收费站、路段进行监控,而道路巡检则是定时将各路段视频切换给监控播放器;

    4.选择道路监控,看到路段列表;

    5.选择某个路段,看到在该路段上所有的视频监控摄像头列表。

    当选择列表中的某个摄像头时,视频监控管理平台就会控制视频矩阵切换,将摄像头视频切换到用户的监控通道,用户可以在播放器中看到选择的摄像头监控视频。

    (二)流媒体服务器性能

    系统设备的性能和稳定性一直是我们在研发过程中关注的重点。流媒体服务器开发完成后,研发人员对服务器的性能和稳定性进行了深入而细致的测试,对于测试中发现的问题进行了修改处理,最终使得服务器性能与稳定性达到了不逊色于业界领先产品的水平。美国Real公司是业界流媒体技术的领跑者,该公司的流媒体服务器HelixServer在功能和性能都处于业界领先

    水平,得到了广泛应用。我们将自研流媒体服务器性能与HelixServer在不同条件下进行了测试比较。下面四个表格是部分测试数据,从测试数据看来,我们的流媒体服务器性能与稳定性并不逊色于HelixServer,在某些方面甚至优于HelixServer。

    (三)手机用户验证的实现方法

    在移动视频监控系统中,需要对用户登录权限进行验证。对用户的验证一般是通过用户名密码的方法,但是对于手机用户存在其特殊性,首先,手机操作输入用户名密码十分不方便;其次,一般移动通信网络会把与手机号码相关的信息在HTTP消息中发送到服务器,如果基于手机号码进行用户验证,用户就不用输入用户名和密码进行验证,给用户提供方便。因此,我们决定从手机号码入手,解决手机用户登录的问题。

    如何获取手机号码,是首先要面对的问题。我们对手机访问服务器的消息进行了分析,从中得到了解决办法。对多次手机访问服务器的过程进行分析后,我们发现,消息中有固定的字段所包含的值正好就是用户的手机号码。这样,视频监控管理平台在用户通过手机访问时,取得用户手机号码,进行验证,实现了基于用户号码的验证。用户通过互联网进行视频监控时,其操作过程与在CDMAlx手机上的操作是类似的,不同处在于,通过互联网访问需要用户输入自己的手机号码以及对应的密码才能登录。采用上述用户验证方式,实现了系统安全性,保证了用户使用方式的一致性,并提供了手机登陆系统的方便性。

    (四)移动终端视频监控客户端

    移动视频监控系统基于移动流媒体技术,所有支持移动流媒体的手机都可以作为移动视频监控的客户端,但是存某些情况下,标准移动流媒体播放器的使用受到一些限制。


    在移动视频监控系统的实际应用中,十分有必要拥有具备系统特色的移动视频监控客户端软件。本系统移动视频监控客户端软件基于]2ME平台进行开发。基于J2ME实现的程序必须到达与标准移动流媒体终端访问移动视频监控系统相同的用户体验,因此该程序按照视频监控管理平台视频监控界面实现了用户界面。

    (五)视频监控图像效果

    系统开发完成后,在河南高速公路发展有限公司安新分公司进行了移动视频监控的试点。试点系统建成后,成功实现了在GPRS手机和CDMA1x手机上的移动视频监控。由于视频源数据相同,因此通过电脑访问我们可以得到与手机访问相同的视频质量。我们在电脑上针对GPRS网络和CDMA1X网络下的视频效果进行了评估,视频质量达到移动视频监控的要求。

    (六)移动视频监控系统优点

    该系统充分分析了移动视频监控系统的特点,对系统的可靠性、稳定性、可扩展性提出了更高的要求,能够快速适应不同项目的需要。该系统具备以下优点:

    1.移动流媒体服务器功能完善,支持RTP数据报的TCP承载,以此构建的系统可以穿越防火墙,降低了对网络的依赖性,系统部署快捷简单;

    2.流媒体服务器的性能与稳定性与业界领先的产品相比毫不逊色;

    3.系统具有良好的可扩展性,可支持多种视频监控设备的接入;

    4.对系统中不同种类的矩阵控制进行了抽象,系统中矩阵类型的增加并不会对系统产生比较大的影响;

    5.系统支持不同种类的视频监控客户端;

    6.端到端的解决方案,工程实施管理更简单。

    六、小结

    移动视频监控系统配合其他系统能够做到随时随地的高速公路路况监控,将能够大大降低高速公路管理、维护费用;并且该系统也能够向广大的司机和公众用户开放,方便大家及时掌握高速公路的路况信息,提升高速公路的形象,同时能为高速公路带来一定的经济效益。移动视频监控系统的成功实施还有另外一个意义,那就是充分利用现有移动通信网络的通信能力,在现网中提供视频类的成功应用范例。

    移动视频监控系统以移动流媒体技术为核心,而移动流媒体业务一直被认为是第三代移动通信网中特有的、最具吸引力的业务,在现在的2.5G/2.75G网络中,由于网络带宽等原因,业界一直认为不可能有成功的移动流媒体应用。实际上2.5G/2.75G网络的价值被低估了,现网下也可以开展类似移动视频监控系统的基于移动流媒体技术的应用。

 

关键字:视频监控

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2013/0628/article_5913.html
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