移動視頻監控系統簡介及研發現狀分析

在現有高速公路網絡視頻監控的基礎上，建設移動視頻監控系統。應用移動流媒體、視頻壓縮及信息流化、帶寬自適應傳輸等技術，將高速路段以及收費站視頻監控信號壓縮處理后通過移動通信網絡轉發到移動終端，實現監控端的移動性。本系統通信網絡不需單獨建設，而是利用中國移動GPRS網絡或中國聯通CDMA1X網絡，節省了無線網絡建設與維護的費用，同時保證了網絡的覆蓋范圍。

一、發展的需要

河南省是國家重要的交通樞紐，具有突出的交通區位優勢。隨著國家和河南省國民經濟持續快速發展，交通需求將繼續保持快速增長;而且，隨著高速公路網絡不斷完善，高速公路網絡在整個公路網絡體系中對于車流量的匯聚效應也已開始顯現并將不斷增強。為解決高速公路管理人員受監控場所和監控條件限制的問題，進一步提高高速公路的管理水平，河南省高速公路發展有限公司(以下簡稱高發司)提出在高速公路視頻監控中引入移動視頻監控技術。高速公路路況信息的移動視頻監控是交通道路監控的典型應用。

高速公路的移動視頻監控相對市區道路要求更為迫切，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，高速路監管單位也有需求利用移動通信網來實現對路況的移動視頻監控，以增強管理、調度和應急響應能力，緩解交通流量大、戰線長和警力不足等矛盾。

二、移動視頻監控技術支撐

視頻監控技術經過多年的發展，經歷了模擬監控系統、數字視頻監控系統、網絡視頻監控系統等階段;隨著通信技術的發展、移動終端功能的增強，移動視頻監控成為監控行業新的技術發展趨勢。相對于模擬監控和網絡監控的局限性而言，移動視頻監控采用了移動流媒體技術，實現了“隨時隨地，自由掌控”的監控。

移動流媒體技術是20世紀末發展起來的技術，目前仍在發展過程中，移動流媒體業務也被認為是未來第三代移動通信網絡中“殺手锏”級業務，它的開發與應用是目前移動通信增值業務領域的研究重點。國內移動通信運營商和通信設備制造商自21世紀初開始研究移動流媒體技術的應用，各大運營商在3G試驗網中將移動流媒體業務作為主要業務研究，先后制定了具有運營商特色的流媒體業務標準，設備制造商也積極參與了流媒體業務標準的制定和試驗，大力推動了移動流媒體技術的研發進度以及推廣應用。同時高速公路視頻監控網絡的建立，使我們具備了豐富的視頻監控資源，并積累了大量視頻監控系統維護經驗。

移動網絡逐漸成熟，使得移動視頻監控成為可能。中國聯通CDMA1X網絡支持50—80kbps傳輸速率，中國移動GPRS網絡可提供30—50kbps傳輸速率。在這些速率下可傳輸清晰流暢的視頻監控信號。我國將開始第三代移動通信網絡(3G)的建設，提供更高的數據傳輸速度，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、移動視頻監控系統簡介

(一)移動視頻監控系統的組網結構

采用移動流媒體、視頻編解碼及信息流化處理、帶寬白適應傳輸等技術，在高速公路現有網絡視頻監控的基礎上，疊加移動視頻監控系統。整個系統包含五個部分：視頻編碼器、視頻矩陣控制程序、移動流媒體服務器、監控業務管理服務器、移動終端播放器。

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

(二)移動視頻監控系統關鍵技術

1.為實現移動流媒體視頻監控，必須解決以下關鍵技術問題：

(1)移動流媒體服務器實現。本系統基于移動流媒體技術，通過流媒體服務器為用戶提供業務，需實現流媒體相關協議(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，調整視頻傳輸速率，保證移動終端視頻質量。在視頻監控過程中，移動終端統計從服務器接收的視頻數據包和數據包達到的時間信息，周期向流媒體服務器發送實時傳輸控制協議RTCP;流媒體服務器從這些反饋信息中偵測網絡的丟包率、抖動、傳輸延遲，綜合評估網絡帶寬，根據帶寬調整傳輸速率。當需要降低傳輸速率時，流媒體服務器動態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，出錯數據不可能重傳，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)、數據分割技術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.統開發時，分析系統要解決的主要問題，將主要的精力用在解決主要問題。本系統的主要目的是在現有視頻監控網絡的基礎上，建設移動視頻監控系統，為此，系統開發采取如下策略：

(1)軟件平臺采用自主開發的方式進行;項目組在相關領域具有很深的技術積累，前期預研工作已經非常充分;在產品開發中的過程中將嚴格按照CMM模型和IS09000質量保證的要求嚴格管理，確保系統的開發進度、穩定性和成熟度。

(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，所選品牌均為國內外知名品牌，系統穩定能夠得到有效的保證。

(三)移動視頻監控系統功能

1.通過本系統的建設，能夠實現以下功能：

(1)分布式多級組網監控平臺;

(2)采用多級組網監控管理平臺，建立省中心、分監控中心，以及收費站路況多級監控網絡，多級組網，實現對全網監控業務的統一調度。

2.靈活的實時圖像監控功能

組網方式靈活，既可以是局域網、專網，也可以是internet網絡等有線網絡，也可以采用CDMAGPRS移動通信網絡。

監控方式多種多樣，既可以采用PC等監控終端，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等監控終端，靈活控制收費站、分監控中心各級視頻切換矩陣，選擇需要監控的視頻信號。

4.用戶權限管理功能

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控管理平臺，拒絕未授權用戶接入。

四、系統實施方案

河南省高速公路移動視頻監控系統中，各收費站、路況監控信號，通過光纖通道傳送至各分監控中心，在各分監控中心設置多路采編服務器，采編服務器接收矩陣輸出的視頻信號，對視頻信號進行編碼通過高速專網上傳到放置于鄭州分公司的移動視頻監控服務器，采編服務器還要接受放置于鄭州分公司的業務管理平臺服務器下發的視頻矩陣控制信號，通過矩陣控制盒，對各級網絡中的視頻切換服務器進行控制，完成收費站、路況視頻信號的切換。多路采集服務器對各收費站視頻切換主要依靠各收費中心的級聯視頻切換矩陣。

(一)業務管理平臺主要完成以下功能：

1.門戶業務呈現;

2.用戶接入鑒權管理;

3.移動監控平臺管理功能。

(二)動視頻監控服務器主要實現以下業務功能：

1.視頻監控業務;

2.流媒體點播業務功能。

(三)本系統投入運行后，各分監控中心組網圖如下：

采編服務器置于各分監控中心，把實時視頻監控視頻進行采集編碼，通過高速專網發往鄭州分公司移動視頻監控服務器，提供實時監控功能;同時采編服務器還要接受放置于鄭州分公司的業務管理平臺服務器下發的視頻矩陣控制信號，通過矩陣控制盒，對各級網絡中的視頻切換服務器進行控制，完成收費站、路況視頻信號的切換。

五、移動視頻監控系統研發現狀

在研發單位的試驗室環境中，已經準備了一套項目原型用于該項目的測試;研發單位的移動流媒體系統在全國各地也有大量的試驗網環境，這些都能夠為該項目所用，用來該項目的相關功能驗證和系統調試;在項目準備期間，相關單位和河南移動和河南聯通都進行了溝通，確保該系統能夠在河南移動和河南聯通的網絡環境下能夠實施運行。

目前，移動視頻監控系統開發第一階段工作已經完成，并成功應用于安新公司移動視頻監控試點工程。隨著安新試點工程的成功，接下來將啟動河南高速公路其他分公司的系統研發以及工程施工等工作。開發完成的包括視頻監控管理服務器、移動流媒體服務器、視頻編碼服務器、矩陣切換控制程序以及手機終端播放器等。

(一)視頻監控管理服務器

基于Spring和Hibernate技術構建的J2EE服務器，實現系統中監控點的管理與呈現;用戶管理，包括用戶的注冊與注銷、用戶的驗證功能;視頻矩陣的管理與控制。

普通用戶通過登錄視頻監控管理服務器的視頻監控頁面執行視頻監控的操作。該頁面按照高速公路視頻監控系統的層次結構組織，將一次訪問本系統實現移動視頻監控的過程舉例如下：

1.登錄后，進入視頻監控主界面，在界面中選擇高速公路;

2.選擇京珠高速后，出現京珠高速下分公司列表，可選安新公司;

3.進入安新公司視頻監控，可選擇對收費站、路段進行監控，而道路巡檢則是定時將各路段視頻切換給監控播放器;

4.選擇道路監控，看到路段列表;

5.選擇某個路段，看到在該路段上所有的視頻監控攝像頭列表。

當選擇列表中的某個攝像頭時，視頻監控管理平臺就會控制視頻矩陣切換，將攝像頭視頻切換到用戶的監控通道，用戶可以在播放器中看到選擇的攝像頭監控視頻。

(二)流媒體服務器性能

系統設備的性能和穩定性一直是我們在研發過程中關注的重點。流媒體服務器開發完成后，研發人員對服務器的性能和穩定性進行了深入而細致的測試，對于測試中發現的問題進行了修改處理，最終使得服務器性能與穩定性達到了不遜色于業界領先產品的水平。美國Real公司是業界流媒體技術的領跑者，該公司的流媒體服務器HelixServer在功能和性能都處于業界領先

水平，得到了廣泛應用。我們將自研流媒體服務器性能與HelixServer在不同條件下進行了測試比較。下面四個表格是部分測試數據，從測試數據看來，我們的流媒體服務器性能與穩定性并不遜色于HelixServer，在某些方面甚至優于HelixServer。

(三)手機用戶驗證的實現方法

在移動視頻監控系統中，需要對用戶登錄權限進行驗證。對用戶的驗證一般是通過用戶名密碼的方法，但是對于手機用戶存在其特殊性，首先，手機操作輸入用戶名密碼十分不方便;其次，一般移動通信網絡會把與手機號碼相關的信息在HTTP消息中發送到服務器，如果基于手機號碼進行用戶驗證，用戶就不用輸入用戶名和密碼進行驗證，給用戶提供方便。因此，我們決定從手機號碼入手，解決手機用戶登錄的問題。

如何獲取手機號碼，是首先要面對的問題。我們對手機訪問服務器的消息進行了分析，從中得到了解決辦法。對多次手機訪問服務器的過程進行分析后，我們發現，消息中有固定的字段所包含的值正好就是用戶的手機號碼。這樣，視頻監控管理平臺在用戶通過手機訪問時，取得用戶手機號碼，進行驗證，實現了基于用戶號碼的驗證。用戶通過互聯網進行視頻監控時，其操作過程與在CDMAlx手機上的操作是類似的，不同處在于，通過互聯網訪問需要用戶輸入自己的手機號碼以及對應的密碼才能登錄。采用上述用戶驗證方式，實現了系統安全性，保證了用戶使用方式的一致性，并提供了手機登陸系統的方便性。

(四)移動終端視頻監控客戶端

移動視頻監控系統基于移動流媒體技術，所有支持移動流媒體的手機都可以作為移動視頻監控的客戶端，但是存某些情況下，標準移動流媒體播放器的使用受到一些限制。

在移動視頻監控系統的實際應用中，十分有必要擁有具備系統特色的移動視頻監控客戶端軟件。本系統移動視頻監控客戶端軟件基于]2ME平臺進行開發。基于J2ME實現的程序必須到達與標準移動流媒體終端訪問移動視頻監控系統相同的用戶體驗，因此該程序按照視頻監控管理平臺視頻監控界面實現了用戶界面。

(五)視頻監控圖像效果

系統開發完成后，在河南高速公路發展有限公司安新分公司進行了移動視頻監控的試點。試點系統建成后，成功實現了在GPRS手機和CDMA1x手機上的移動視頻監控。由于視頻源數據相同，因此通過電腦訪問我們可以得到與手機訪問相同的視頻質量。我們在電腦上針對GPRS網絡和CDMA1X網絡下的視頻效果進行了評估，視頻質量達到移動視頻監控的要求。

(六)移動視頻監控系統優點

該系統充分分析了移動視頻監控系統的特點，對系統的可靠性、穩定性、可擴展性提出了更高的要求，能夠快速適應不同項目的需要。該系統具備以下優點：

1.移動流媒體服務器功能完善，支持RTP數據報的TCP承載，以此構建的系統可以穿越防火墻，降低了對網絡的依賴性，系統部署快捷簡單;

2.流媒體服務器的性能與穩定性與業界領先的產品相比毫不遜色;

3.系統具有良好的可擴展性，可支持多種視頻監控設備的接入;

4.對系統中不同種類的矩陣控制進行了抽象，系統中矩陣類型的增加并不會對系統產生比較大的影響;

5.系統支持不同種類的視頻監控客戶端;

6.端到端的解決方案，工程實施管理更簡單。

六、小結

移動視頻監控系統配合其他系統能夠做到隨時隨地的高速公路路況監控，將能夠大大降低高速公路管理、維護費用;并且該系統也能夠向廣大的司機和公眾用戶開放，方便大家及時掌握高速公路的路況信息，提升高速公路的形象，同時能為高速公路帶來一定的經濟效益。移動視頻監控系統的成功實施還有另外一個意義，那就是充分利用現有移動通信網絡的通信能力，在現網中提供視頻類的成功應用范例。

移動視頻監控系統以移動流媒體技術為核心，而移動流媒體業務一直被認為是第三代移動通信網中特有的、最具吸引力的業務，在現在的2.5G/2.75G網絡中，由于網絡帶寬等原因，業界一直認為不可能有成功的移動流媒體應用。實際上2.5G/2.75G網絡的價值被低估了，現網下也可以開展類似移動視頻監控系統的基于移動流媒體技術的應用。