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(yīng)用移動流媒體、視頻壓縮及信息流化、帶寬自適應(yīng)傳輸?shù)燃夹g(shù)，將高速路段以及收費(fèi)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(hù)的費(fèi)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(jì)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(yīng)也已開始顯現(xiàn)并將不斷增強(qiáng)。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(jìn)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(yīng)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(dān)著城市間的骨干運(yùn)輸功能;另一方面，由于道路遠(yuǎn)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(qiáng)管理、調(diào)度和應(yīng)急響應(yīng)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(qiáng)，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(jì)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(wù)也被認(rèn)為是未來第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)中“殺手锏”級業(yè)務(wù)，它的開發(fā)與應(yīng)用是目前移動通信增值業(yè)務(wù)領(lǐng)域的研究重點。國內(nèi)移動通信運(yùn)營商和通信設(shè)備制造商自21世紀(jì)初開始研究移動流媒體技術(shù)的應(yīng)用，各大運(yùn)營商在3G試驗網(wǎng)中將移動流媒體業(yè)務(wù)作為主要業(yè)務(wù)研究，先后制定了具有運(yùn)營商特色的流媒體業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備制造商也積極參與了流媒體業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和試驗，大力推動了移動流媒體技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度以及推廣應(yīng)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(hù)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(fèi)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(yīng)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(wù)器、監(jiān)控業(yè)務(wù)管理服務(wù)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(jìn)行壓縮編碼、流化處理后發(fā)送到流媒體服務(wù)器，由流媒體服務(wù)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(wù)管理平臺，通過用戶認(rèn)證和業(yè)務(wù)鑒權(quán)后，邊下載邊觀看流媒體服務(wù)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(wù)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(wù)器為用戶提供業(yè)務(wù)，需實現(xiàn)流媒體相關(guān)協(xié)議(RTSP、RTP和RTCP)。
　　(2)適應(yīng)傳輸。流媒體服務(wù)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(wù)器接收的視頻數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包達(dá)到的時間信息，周期向流媒體服務(wù)器發(fā)送實時傳輸控制協(xié)議RTCP;流媒體服務(wù)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(dāng)需要降低傳輸速率時，流媒體服務(wù)器動態(tài)修改視頻信息的時戳，通過降低幀率達(dá)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(jìn)行校正。
　　(4)防火墻穿透。移動流媒體服務(wù)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(wù)器需要將編碼器傳來的流式視頻信息進(jìn)行存儲，便于日后查找。目前標(biāo)準(zhǔn)的存儲文件格式為3GP格式和MP4格式，文件組織較復(fù)雜，因此實現(xiàn)一種私有文件格式，將視頻信息存儲在服務(wù)器，移動終端可以從服務(wù)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(jìn)行;項目組在相關(guān)領(lǐng)域具有很深的技術(shù)積累，前期預(yù)研工作已經(jīng)非常充分;在產(chǎn)品開發(fā)中的過程中將嚴(yán)格按照CMM模型和IS09000質(zhì)量保證的要求嚴(yán)格管理，確保系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)度、穩(wěn)定性和成熟度。
　　(2)對于所需的硬件如硬盤錄像機(jī)、服務(wù)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(fèi)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(wù)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(jī)、PDA等無線終端。
　　3.基于手機(jī)\PC的多級視頻矩陣切換功能
　　可以通過手機(jī)、PC等監(jiān)控終端，靈活控制收費(fèi)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(jìn)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(fèi)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)置多路采編服務(wù)器，采編服務(wù)器接收矩陣輸出的視頻信號，對視頻信號進(jìn)行編碼通過高速專網(wǎng)上傳到放置于鄭州分公司的移動視頻監(jiān)控服務(wù)器，采編服務(wù)器還要接受放置于鄭州分公司的業(yè)務(wù)管理平臺服務(wù)器下發(fā)的視頻矩陣控制信號，通過矩陣控制盒，對各級網(wǎng)絡(luò)中的視頻切換服務(wù)器進(jìn)行控制，完成收費(fèi)站、路況視頻信號的切換。多路采集服務(wù)器對各收費(fèi)站視頻切換主要依靠各收費(fèi)中心的級聯(lián)視頻切換矩陣。
　　(一)業(yè)務(wù)管理平臺主要完成以下功能：
　　1.門戶業(yè)務(wù)呈現(xiàn);
　　2.用戶接入鑒權(quán)管理;
　　3.移動監(jiān)控平臺管理功能。
　　(二)動視頻監(jiān)控服務(wù)器主要實現(xiàn)以下業(yè)務(wù)功能：
　　1.視頻監(jiān)控業(yè)務(wù);
　　2.流媒體點播業(yè)務(wù)功能。
　　(三)本系統(tǒng)投入運(yùn)行后，各分監(jiān)控中心組網(wǎng)圖如下：
　　采編服務(wù)器置于各分監(jiān)控中心，把實時視頻監(jiān)控視頻進(jìn)行采集編碼，通過高速專網(wǎng)發(fā)往鄭州分公司移動視頻監(jiān)控服務(wù)器，提供實時監(jiān)控功能;同時采編服務(wù)器還要接受放置于鄭州分公司的業(yè)務(wù)管理平臺服務(wù)器下發(fā)的視頻矩陣控制信號，通過矩陣控制盒，對各級網(wǎng)絡(luò)中的視頻切換服務(wù)器進(jìn)行控制，完成收費(fèi)站、路況視頻信號的切換。
　　五、移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)現(xiàn)狀
　　在研發(fā)單位的試驗室環(huán)境中，已經(jīng)準(zhǔn)備了一套項目原型用于該項目的測試;研發(fā)單位的移動流媒體系統(tǒng)在全國各地也有大量的試驗網(wǎng)環(huán)境，這些都能夠為該項目所用，用來該項目的相關(guān)功能驗證和系統(tǒng)調(diào)試;在項目準(zhǔn)備期間，相關(guān)單位和河南移動和河南聯(lián)通都進(jìn)行了溝通，確保該系統(tǒng)能夠在河南移動和河南聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠?qū)嵤┻\(yùn)行。
　　目前，移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)第*階段工作已經(jīng)完成，并成功應(yīng)用于安新公司移動視頻監(jiān)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(tǒng)研發(fā)以及工程施工等工作。開發(fā)完成的包括視頻監(jiān)控管理服務(wù)器、移動流媒體服務(wù)器、視頻編碼服務(wù)器、矩陣切換控制程序以及手機(jī)終端播放器等。
　　(一)視頻監(jiān)控管理服務(wù)器
　　基于Spring和Hibernate技術(shù)構(gòu)建的J2EE服務(wù)器，實現(xiàn)系統(tǒng)中監(jiān)控點的管理與呈現(xiàn);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(jiān)控管理服務(wù)器的視頻監(jiān)控頁面執(zhí)行視頻監(jiān)控的操作。該頁面按照高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)組織，將一次訪問本系統(tǒng)實現(xiàn)移動視頻監(jiān)控的過程舉例如下：
　　1.登錄后，進(jìn)入視頻監(jiān)控主界面，在界面中選擇高速公路;
　　2.選擇京珠高速后，出現(xiàn)京珠高速下分公司列表，可選安新公司;
　　3.進(jìn)入安新公司視頻監(jiān)控，可選擇對收費(fèi)站、路段進(jìn)行監(jiān)控，而道路巡檢則是定時將各路段視頻切換給監(jiān)控播放器;
　　4.選擇道路監(jiān)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(jiān)控攝像頭列表。
　　當(dāng)選擇列表中的某個攝像頭時，視頻監(jiān)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(jiān)控通道，用戶可以在播放器中看到選擇的攝像頭監(jiān)控視頻。
　　(二)流媒體服務(wù)器性能
　　系統(tǒng)設(shè)備的性能和穩(wěn)定性一直是我們在研發(fā)過程中關(guān)注的重點。流媒體服務(wù)器開發(fā)完成后，研發(fā)人員對服務(wù)器的性能和穩(wěn)定性進(jìn)行了深入而細(xì)致的測試，對于測試中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了修改處理，最終使得服務(wù)器性能與穩(wěn)定性達(dá)到了不遜色于業(yè)界領(lǐng)先產(chǎn)品的水平。美國Real公司是業(yè)界流媒體技術(shù)的領(lǐng)跑者，該公司的流媒體服務(wù)器HelixServer在功能和性能都處于業(yè)界領(lǐng)先
　　水平，得到了廣泛應(yīng)用。我們將自研流媒體服務(wù)器性能與HelixServer在不同條件下進(jìn)行了測試比較。下面四個表格是部分測試數(shù)據(jù)，從測試數(shù)據(jù)看來，我們的流媒體服務(wù)器性能與穩(wěn)定性并不遜色于HelixServer，在某些方面甚至優(yōu)于HelixServer。
　　(三)手機(jī)用戶驗證的實現(xiàn)方法
　　在移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，需要對用戶登錄權(quán)限進(jìn)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(jī)用戶存在其特殊性，首先，手機(jī)操作輸入用戶名密碼十分不方便;其次，一般移動通信網(wǎng)絡(luò)會把與手機(jī)號碼相關(guān)的信息在HTTP消息中發(fā)送到服務(wù)器，如果基于手機(jī)號碼進(jìn)行用戶驗證，用戶就不用輸入用戶名和密碼進(jìn)行驗證，給用戶提供方便。因此，我們決定從手機(jī)號碼入手，解決手機(jī)用戶登錄的問題。
　　如何獲取手機(jī)號碼，是首先要面對的問題。我們對手機(jī)訪問服務(wù)器的消息進(jìn)行了分析，從中得到了解決辦法。對多次手機(jī)訪問服務(wù)器的過程進(jìn)行分析后，我們發(fā)現(xiàn)，消息中有固定的字段所包含的值正好就是用戶的手機(jī)號碼。這樣，視頻監(jiān)控管理平臺在用戶通過手機(jī)訪問時，取得用戶手機(jī)號碼，進(jìn)行驗證，實現(xiàn)了基于用戶號碼的驗證。用戶通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行視頻監(jiān)控時，其操作過程與在CDMAlx手機(jī)上的操作是類似的，不同處在于，通過互聯(lián)網(wǎng)訪問需要用戶輸入自己的手機(jī)號碼以及對應(yīng)的密碼才能登錄。采用上述用戶驗證方式，實現(xiàn)了系統(tǒng)安全性，保證了用戶使用方式的一致性，并提供了手機(jī)登陸系統(tǒng)的方便性。
　　(四)移動終端視頻監(jiān)控客戶端
　　移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于移動流媒體技術(shù)，所有支持移動流媒體的手機(jī)都可以作為移動視頻監(jiān)控的客戶端，但是存某些情況下，標(biāo)準(zhǔn)移動流媒體播放器的使用受到一些限制。
　　在移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，十分有必要擁有具備系統(tǒng)特色的移動視頻監(jiān)控客戶端軟件。本系統(tǒng)移動視頻監(jiān)控客戶端軟件基于]2ME平臺進(jìn)行開發(fā)。基于J2ME實現(xiàn)的程序必須到達(dá)與標(biāo)準(zhǔn)移動流媒體終端訪問移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)相同的用戶體驗，因此該程序按照視頻監(jiān)控管理平臺視頻監(jiān)控界面實現(xiàn)了用戶界面。
　　(五)視頻監(jiān)控圖像效果
　　系統(tǒng)開發(fā)完成后，在河南高速公路發(fā)展有限公司安新分公司進(jìn)行了移動視頻監(jiān)控的試點。試點系統(tǒng)建成后，成功實現(xiàn)了在GPRS手機(jī)和CDMA1x手機(jī)上的移動視頻監(jiān)控。由于視頻源數(shù)據(jù)相同，因此通過電腦訪問我們可以得到與手機(jī)訪問相同的視頻質(zhì)量。我們在電腦上針對GPRS網(wǎng)絡(luò)和CDMA1X網(wǎng)絡(luò)下的視頻效果進(jìn)行了評估，視頻質(zhì)量達(dá)到移動視頻監(jiān)控的要求。
　　(六)移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點
　　該系統(tǒng)充分分析了移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點，對系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性提出了更高的要求，能夠快速適應(yīng)不同項目的需要。該系統(tǒng)具備以下優(yōu)點：
　　1.移動流媒體服務(wù)器功能完善，支持RTP數(shù)據(jù)報的TCP承載，以此構(gòu)建的系統(tǒng)可以穿越防火墻，降低了對網(wǎng)絡(luò)的依賴性，系統(tǒng)部署快捷簡單;
　　2.流媒體服務(wù)器的性能與穩(wěn)定性與業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品相比毫不遜色;
　　3.系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，可支持多種視頻監(jiān)控設(shè)備的接入;
　　4.對系統(tǒng)中不同種類的矩陣控制進(jìn)行了抽象，系統(tǒng)中矩陣類型的增加并不會對系統(tǒng)產(chǎn)生比較大的影響;
　　5.系統(tǒng)支持不同種類的視頻監(jiān)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(jié)
　　移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)配合其他系統(tǒng)能夠做到隨時隨地的高速公路路況監(jiān)控，將能夠大大降低高速公路管理、維護(hù)費(fèi)用;并且該系統(tǒng)也能夠向廣大的司機(jī)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(jīng)濟(jì)效益。移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的成功實施還有另外一個意義，那就是充分利用現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)的通信能力，在現(xiàn)網(wǎng)中提供視頻類的成功應(yīng)用范例。
　　移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)以移動流媒體技術(shù)為核心，而移動流媒體業(yè)務(wù)一直被認(rèn)為是第三代移動通信網(wǎng)中特有的、最具吸引力的業(yè)務(wù)，在現(xiàn)在的2.5G/2.75G網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)帶寬等原因，業(yè)界一直認(rèn)為不可能有成功的移動流媒體應(yīng)用。實際上2.5G/2.75G網(wǎng)絡(luò)的價值被低估了，現(xiàn)網(wǎng)下也可以開展類似移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基于移動流媒體技術(shù)的應(yīng)用。