長途客車視頻監控系統的設計與實現

姜 敏

（中國聯合網絡通信有限公司上海市分公司，上海 200050）

0 引言

龐大的長途客運系統給廣大乘客帶來方便快捷的同時，也給長途運輸企業和交管等部門帶來內部管理壓力。為提高客運安全，國家四部委規定新出廠的“兩客一危”車輛應安裝符合《道路運輸車輛衛星定位系統車載終端技術要求》[1]和《道路運輸車輛衛星定位系統平臺技術要求》[2]的衛星定位裝置，并接入全國重點營運車輛聯網聯控系統。“兩客一危”車輛包括擴旅游包車、班線客車和危險品車[3]，相比貨運車輛，長途客車由于行駛時間長，路況和人員復雜，更容易出現安全問題，僅靠GPS定位無法監管駕駛員的違規操作，因此道路運輸監管部門要求客運臥鋪車輛必須具備視頻監控功能。

1 視頻監控前端設計

長途客車視頻監控系統包含前端系統和嵌入式視頻服務器[4]，前端系統通過車載錄像機采集音視頻數據和GPS定位數據，相關數據通過3G鏈路上傳中心服務器，在中心地理信息系統中顯示車輛實時位置，并通過視頻流媒體服務器轉發視音頻和圖片信息[4]。

1.1 前端信息采集

車內安裝至少4個攝像機負責整個車廂的視頻監控，分別在左前方、右前方及車位后面[4]。車載攝像機集成了拾音器，實現音視頻同步采集。司機左側安裝預報警按鈕，出現緊急情況時，按下報警按鈕，則監控中心將收到報警信息，監控中心根據監控圖像，確定事故性質、等級，按照一定的預案，實行應急指揮。拾音器負責車內拾音，當有緊急情況時，可通過車內的報警按鈕把報警信息發送到中心。通過車載DVR內置的GPS模塊采集GPS信息，實時上傳。

1.2 信息本地顯示

在操作臺上安裝信息顯示屏，實時顯示調度信息和安全行車提醒。監控指揮中心通過 3G網絡下發天氣狀況、路況提醒、線路偏離、夜間行車安全提示、疲勞駕駛提醒等信息到車載 DVR，再經由RS485在信息屏上顯示，同時信息屏內置TTS中文語音合成模塊，保證在行車時駕駛員可以清晰聽到語音播報。另外，當車輛遇到路障或尋找加油站時，信息屏可以指示行駛路線；當車輛出現故障或事故時，司機可以通過信息屏發送求援信息。

1.3 車內其他系統的接入

通過接在車載硬盤錄像機（DVR）上的語音對講設備，司機可對車內進行喊話，車上喇叭可播放司機喊話、以及中心與車內對講信息，其中喊話功能優先。

大巴車車門通過門磁系統與車載設備聯動，當途中車門開啟時，能夠自動將該段時間視頻實時上傳監控指揮中心保存，作為非法停車上下客的處罰依據。

1.4 視頻編碼存儲及傳輸

車載采用DVR實現車內前端音視頻編碼存儲，并通過內置 3G網絡傳輸模塊實時傳輸。視頻監控終端采用H.264數字編碼技術，高編碼效率、靈活的編碼策略，適應不同應用和不同網絡帶寬。

為節省 3G流量，可采用動態調整編碼參數。在不啟動錄像、網傳的情況下，調整的編碼參數即生效。靜止的監控場景采用降低錄像的分辨率、圖像質量、碼率和幀率的方法，使錄像保持在很低的碼率，而在圖像發生變化時可以提高錄像的分辨率、質量、碼率和幀率，實現高質量的錄像。對于3G網絡帶寬不足的環境，設備傳輸的視頻可以丟幀以適應低帶寬，由平臺進行插幀恢復，恢復視頻質量。為了降低多路并發訪問給前端 3G網絡傳輸造成重復流量和計費，系統采用流媒體技術解決多路并發訪問的問題，確保每路視頻在任何時候均只輸出 1路碼流。

1.5 智能告警

報警信號通過連接線與車載 DVR報警輸入端口相連，一旦前端報警按鈕輸出報警信號，則監控中心將收到報警信息，電視墻上立即彈出相應的大巴車視頻信息，監控中心根據實時視頻圖像，確定報警性質及報警等級，根據預案實時指揮前端事件處理。消除報警后，系統自動復位，系統恢復到正常工作狀態。實現告警的功能包括設備故障報警、超速報警、阻塞報警、越界報警等報警功能。

當設備產生報警時，報警服務器可以向擁有相關權限的手機發送報警短信。短信中包含告警基本信息和視頻鏈接，用戶可以通過此鏈接打開視頻，并聯動中心存儲錄像。

2 3G手機監控設計

利用手機監控，管理人員可以隨時調閱感興趣的視頻資源，及時發現問題解決問題。平臺的報警系統可以和手機監控結合，當平臺發生報警時，可以向相關人員的手機發送報警短信和視頻鏈接。

手機監控根據設備輸出的碼流類型，可分為雙編碼和轉碼方式。雙編碼方案是指單臺設備能同時提供兩套碼流。主碼流采用CIF或者QCIF分辨率、碼流大、全幀率，可用于設備本地錄像、PC機的實時流監控、平臺錄像等；子碼流采用QCIF[5]、QVGA等分辨率、小碼流、低幀率，采用 3GPP封裝，主要用于手機客戶端的實時流監控。轉碼方案是指設備只提供一種編碼。通過附加的硬件或者軟件轉碼服務器，把高分辨率、全幀率的碼流轉成 QCIF、QVGA等分辨率的碼流，且進行3GPP格式封裝[6]，才能用于手機客戶端的監控。因為前端設備僅提供一種編碼封裝格式，所以手機客戶端無法直接播放，因此需要借助轉碼服務器進行轉碼，再由轉發服務器將轉碼后數據包發送給手機客戶端進行播放。

雙編碼的方案比較靈活，可不依賴于平臺，但對設備性能要求很高，且選用設備受到一定的限制，由此帶來兼容性能差的問題。當采用直連方式時，整個過程不受平臺管理控制由此帶來管理困難。轉碼方案需要平臺支撐，對前端設備適應性強，幾乎所有的前端設備都可以此種方式實現手機監控，且利舊較簡單，設備可以保持不變。

3 視頻傳輸網絡設計

執法取證無線監控指揮系統的特點決定其大規模應用只能采用無線3G傳輸視頻方式，3G模塊可選用WCDMA、CDMA 2000或TD-CDMA等模式傳輸取證數據。運營商無線數據傳輸速率相對較低，但能滿足基本移動執法取證基本要求，且其主要優勢在于網絡覆蓋率高，投資成本低。

3.1 網絡性能分析

3G網絡帶寬可靠穩定的情況下，可基于200 kb/s的帶寬傳輸CIF（352×288）格式，每秒12幀圖像。對于無線 3G網絡，其傳輸網絡的服務質量還需滿足如下要求:網絡時延上限應小于200 ms，時延抖動上限應小于50 ms，丟包率上限應小于1×10-3。

3.2 網絡帶寬計算

視頻監控系統帶寬需求與分辨率和幀率兩個因素密切相關，通常移動視頻監控系統在12幀/s 幀率情況下，CIF（分辨率352×288）碼流為200 Kb/s。對于所需圖像的實時性、流暢性要求不同，應根據實際情況具體問題具體分析，可以對業務網絡按照前端、中心服務平臺和客戶端劃分三部分計算。

3.2.1 前端帶寬

視頻傳輸需要較大帶寬，為節省帶寬資源可采用自適應編碼進行視頻壓縮[9]。監控系統的視頻編碼器編碼采用 H.264 的方式進行編碼，對網絡帶寬的占用比較少，就單路視頻而言，畫面質量為1 秒12 幀CIF圖像所需網絡帶寬為200 kb/s。

3.2.2 中心服務平臺帶寬

中心服務平臺帶寬計算主要有兩部分，一部分為前端設備上傳的視頻流；另一部分為中心服務平臺向客戶端分發的視頻流。公網運營的中心服務平臺所需的帶寬可以根據一個平臺的滿負荷前端數量50%的視頻進行同時監看和并發的規模進行規劃。專網的中心服務平臺所需的帶寬可以根據一個平臺的滿負荷前端數量 10%～20%的視頻進行同時監看和并發的規模進行規劃。

中心服務器帶寬要求為:注冊服務器上下行帶寬各為10 Mb/s，報警服務器上下行帶寬各為10 Mb/s，流媒體服務器（以CIF為例）上下行帶寬各為M Kb/s×N（N為同時要預覽的并發視頻路數，M為當前傳輸碼流）。

3.2.3 客戶端帶寬的計算

PC 客戶端（包括解碼器）所需帶寬取決于客戶同一時間需要監看的視頻路數。如果同時監看的CIF 畫面路數為N，當前傳輸碼流為M kb/s，則客戶端側的帶寬規劃為:N×M kb/s。

手機客戶端可實現QVGA分辨率6幀/s的視頻監控，帶寬要求為64 Kb/s。

3.3 3G流量計算

設長途客車每路圖像占用x Kb碼流，每天有t小時上傳圖像計算。則每個月需要3G流量（上行）Y的計算公式為:。根據公式，若圖像質量采用1幀/秒，每路視頻每小時上傳的3G流量為462 MB。

4 結語

隨著中國公路運輸事業的蓬勃發展，長途車輛安全性和高效管理也越來越受到重視。由于3G技術的不斷發展，實現了基于3G網絡的車載移動視頻監控功能，從而為車輛打造了一個安全、及時的管理環境，對乘客及車輛管理者都具有極為重要的意義。

[1]JT/T 794-2011.道路運輸車輛衛星定位系統車載終端技術要求[S].

[2]JT/T 796-2011.道路運輸車輛衛星定位系統平臺技術要求[S].

[3]周永兵,朱靖玉.“兩客一危”GPS衛星定位系統車載終端設計[J].電子設計工程, 2012,20(09):86-89.

[4]董向華,楊勇.基于網絡的視頻監控的設計與實現[J].通信技術,2013,46(02):64-66.

[5]陳洪太,周淵平,鄧昌明.車載視頻監控系統的研究與實現[J].通信技術,2012,45(03):55-57.

[6]劉成許,孫國凱,劉應吉,等.基于CAN總線技術的客車遠程監測系統設計[J].沈陽農業大學學報, 2012,43(02):110-113.

[7]張賢德,李建權.3G車載遠程視頻監控方案[J].電信科學,2011(12):131-134.

[8]鄧濤,曹寧.基于3G網絡的手機視頻監控與遠程控制系統及其應用[J].電信科學,2009(10):101-103.

[9]劉地軍,徐利,鐘宏.網絡視頻傳輸的自適應調節策略的實現[J].信息安全與通信保密,2011,45(01):55,58.