唐新成 上海鐵路局合肥客運段

1 引言

隨著鐵路客流量的快速增長，鐵路開行的旅客列車等級、種類越來越多，市場對旅客列車服務質(zhì)量的要求越來越高，鐵路企業(yè)對旅客列車乘務質(zhì)量的要求也越來越高。確?，F(xiàn)場各項工序流程和標準得到落實是提升乘務質(zhì)量的關鍵所在。為了充分發(fā)揮管理效能，不斷提高列車服務質(zhì)量，需要借助科技手段，實現(xiàn)在途旅客列車和生產(chǎn)指揮中心之間的音視頻信息傳輸，將旅客列車的在途狀態(tài)及其它的重要數(shù)據(jù)傳送到生產(chǎn)指揮中心。

2 系統(tǒng)概述

旅客列車移動音視頻信息管理系統(tǒng)以有效、快速、安全方式，滿足管理層對旅客列車狀態(tài)監(jiān)控的直觀化管理需求。該系統(tǒng)基于無線網(wǎng)絡，以多平臺為基礎，集合數(shù)據(jù)、音視頻圖像傳輸為一體，同時以無線通訊系統(tǒng)為載體，實現(xiàn)多功能、多媒體協(xié)同指揮，并擁有安全可靠的數(shù)據(jù)保護，使得旅客列車服務質(zhì)量控制得到大大的加強和改善。

3 系統(tǒng)特點

旅客列車移動音視頻信息管理系統(tǒng)的軟硬件具有先進性、兼容性、可擴展的特點，系統(tǒng)應用具有實用性、實時性、靈活性的特點。

該系統(tǒng)采用基于WEB嵌入式的視頻服務器為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用H.264視頻編碼標準，采用3G無線單兵便攜設備，可傳輸單路25f/s的清晰圖像。在網(wǎng)絡中的授權(quán)用戶可通過IE瀏覽器實時監(jiān)控前端現(xiàn)場，客戶端無需添加任何硬件。系統(tǒng)軟、硬件系統(tǒng)采用模塊化設計，用戶系統(tǒng)升級時，只需要增加前端的服務器，并升級相應的系統(tǒng)軟件即可。系統(tǒng)支持用戶的網(wǎng)絡監(jiān)控需求，可多用戶多畫面實時監(jiān)控、遠程控制、集中錄像，滿足了用戶的音視頻傳輸要求。系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，適合在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡中使用。系統(tǒng)采用嵌入式實時操作系統(tǒng)和專用的硬件結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

旅客列車移動音視頻信息管理系統(tǒng)主要由視頻采集壓縮模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)控中心管理軟件平臺三部分組成。

4.1 視頻采集壓縮模塊

前端視頻采集模塊實現(xiàn)的功能是從普通的視頻攝像頭中捕捉瞬時視頻信號，然后壓縮。該模塊支持不同的壓縮比和圖像大小。

前端視頻采集系統(tǒng)由便攜式網(wǎng)絡視頻服務器、子彈式攝像機和GPS設備等組成。其中網(wǎng)絡視頻服務器為核心設備，負責將攝像機采集的各監(jiān)控點視頻圖像壓縮編碼，并通過3G網(wǎng)絡上傳到生產(chǎn)指揮中心，實現(xiàn)視頻的遠程觀看。具體設計為：前端子系統(tǒng)采用CR1012P帶屏單兵無線視頻服務器或背包式雙卡無線視頻服務器；便攜式無線視頻服務器采用內(nèi)置鋰電池供電的方式；視頻服務器和鏡頭之間通過屏蔽同軸電纜線連接，長度應控制在在300M以內(nèi)；視頻服務器可以外接GPS設備，用戶可以將GPS定位信息通過COM口方式發(fā)送到生產(chǎn)指揮中心；無線網(wǎng)絡視頻服務器正常工作需至少一張無線上網(wǎng)卡；無線視頻服務器自動撥號無線上網(wǎng)，獲取一個動態(tài)公網(wǎng)IP地址。撥號成功之后，通過3G無線通道，把H.264編碼后的圖像信息發(fā)送到3G網(wǎng)關程序中。

4.2 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊

視頻采集壓縮后，就可以將壓縮好的視頻圖像文件傳送到生產(chǎn)指揮中心。傳送的方式是通過3G無線網(wǎng)絡。系統(tǒng)具有3G的PPP撥號過程，并嵌入TCP/IP協(xié)議、POP3/SMTP協(xié)議，同時支持動態(tài)IP。

生產(chǎn)指揮中心平臺可采用一臺小型服務器，安裝CreMedia5網(wǎng)絡視頻管理平臺軟件和移動視頻網(wǎng)關軟件。生產(chǎn)指揮中心根據(jù)需要安裝電視墻，通過專用網(wǎng)絡視頻解碼器(CR1100D)將列車圖像解碼成電視信號，輸出到電視墻。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖

生產(chǎn)指揮中心服務器負責對整個系統(tǒng)的管理，存儲服務器負責各監(jiān)控點視頻資料的錄像。所需硬盤空間大小由錄像視頻數(shù)目、時間長短、保存周期和圖像質(zhì)量、幀率、畫面復雜度等決定。通常1路運動畫面1h的錄像文件占用空間約70 M左右，靜止圖像占用空間約20M左右。

4.3 監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)平臺

生產(chǎn)指揮中心服務器設置公網(wǎng)IP或者域名。啟動服務后，就等待各個監(jiān)控終端的連接，對于始終在線模式的終端，可以按照需要查詢當前的圖像情況，也可以自動不停地記錄監(jiān)控點的圖像變化。

監(jiān)控主機安裝“監(jiān)視器”軟件，實現(xiàn)對各監(jiān)控點的視頻瀏覽和攝象機姿態(tài)調(diào)整等功能；生產(chǎn)指揮中心安裝有網(wǎng)絡視頻解碼器，負責將前端采集來的數(shù)字信號解碼還原成圖像和聲音傳輸?shù)诫娨晧ι?；手機用戶直接登陸中心服務器就可觀看前端視頻。系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲示意圖

系統(tǒng)的設計充分考慮系統(tǒng)擴展性，系統(tǒng)擴展時只需添加視頻服務器和攝像機等前端設備，即可在不影響系統(tǒng)正常運行的情況下，實現(xiàn)系統(tǒng)擴展。

5 系統(tǒng)功能

5.1 遠程圖像實時傳輸

根據(jù)鐵路旅客列車運行速度快、經(jīng)行偏遠地區(qū)等特點系統(tǒng)設計用雙3G卡傳輸信息。其工作原理是：主卡工作副卡熱備，一旦主卡掉線副卡隨即撥號，一次減少或消除音視頻傳輸斷碼現(xiàn)象。不同的監(jiān)控用戶可根據(jù)自己需求靈活切換遠程圖像進行多現(xiàn)場瀏覽，也可多人同時觀看一個現(xiàn)場。

5.2 雙向語音通話

指揮中心可通過客戶端和前端設備實現(xiàn)雙向語音通話，便于統(tǒng)一指揮，在網(wǎng)絡狀況相對較好的條件下，音質(zhì)清晰無雜音，延時在5s以內(nèi)。

5.3 多畫面監(jiān)視

系統(tǒng)具有在同一客戶終端上同時監(jiān)視一路、二路、四路、六路、八路、九路前端圖像的功能，用戶點擊某一路圖像時可放大實時監(jiān)控。這樣可以方便管理層把握全局動態(tài)，進行全局規(guī)劃。

5.4 錄像與回放

用戶可以按時間、攝像機號等條件智能化檢索回放記錄的錄像資料，可以用軟件內(nèi)置的播放器進行播放。

5.5 計劃錄像

系統(tǒng)管理員可設定多個時間段對多個監(jiān)控前端的圖像進行錄制，圖像數(shù)據(jù)保存在圖像監(jiān)控系統(tǒng)服務器的硬盤上。定時方式可選擇單次錄像和每天定時錄像，各個時段可以單獨設置。

5.6 錄像回放

用戶可以按時間、攝像機號、報警事件等條件智能化快速檢索回放記錄的錄像資料，可以用軟件內(nèi)置的播放器進行播放。圖像播放速度可手動調(diào)節(jié)。

5.7 錄像管理

錄像空間管理采用自動循環(huán)覆蓋的方式，可根據(jù)用戶的需求保存相應時間段的文件，過時的記錄將被自動刪除；錄像文件可以有選擇地備份到光盤或網(wǎng)絡硬盤，以便重要錄像的長期保存；錄像文件刪除：可以隨時將沒有保存價值的錄像文件手動給以刪除；硬盤容量提示：提供可用磁盤存儲剩余空間容量提示，當達到預警位置，在服務器端將會有磁盤容量不足的提示。

5.8 移動視頻監(jiān)控

在列車行進過程中，用戶可以通過便攜式移動終端實時將前端現(xiàn)場圖像實時傳送到生產(chǎn)指揮中心，一旦遇到緊急情況，可以實現(xiàn)遠程指揮和控制。

6 系統(tǒng)應用優(yōu)勢

6.1 功能集成

該系統(tǒng)利用現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術的先進性，將多個功能集成起來，不僅充分利用了網(wǎng)高速準確的優(yōu)點，同時也容易將各種服務需求集成于Intranet，體現(xiàn)了先進性和經(jīng)濟性。

6.2 優(yōu)秀的圖像品質(zhì)

該系統(tǒng)采用先進的H.264編解碼技術，圖像清晰、自然。標準分辨率352×288像素，最高達并可自定義。圖像無閃爍，連續(xù)性好。

6.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活

該系統(tǒng)采用標準的組網(wǎng)方式，支持IP單播、組播功能，可以組成點對點的監(jiān)控系統(tǒng)，又可以組成一個中心對各站點的系統(tǒng)；在網(wǎng)絡上可以設置多個分控圖像工作站，滿足多個用戶的需要，可以組成多級監(jiān)控系統(tǒng)。

6.4 可擴容性強

該系統(tǒng)采用模塊化設計，能夠平滑實現(xiàn)端局擴容、中心擴容和分控臺擴容。無論單級擴容或多級擴容都可以充分利用前期資源，降低擴容投入成本。

6.5 易操作性

該系統(tǒng)控制界面、菜單全為中文，用戶可以非常迅速地熟悉操作軟件的使用。

7 系統(tǒng)安全

該系統(tǒng)采用多級用戶名/密碼保護認證機制，為本系統(tǒng)研發(fā)的嵌入式系統(tǒng)軟件，加密傳輸方式等措施，保障系統(tǒng)的安全不受侵害。

7.1 多級用戶名密碼認證

無線和有線網(wǎng)絡視頻服務器和系統(tǒng)，相互之間的通訊連接都是有用戶名、密碼保護的?！扒岸嗽O備”、“中心服務器”、“用戶客戶端”三者之間都是通過網(wǎng)絡連接。系統(tǒng)網(wǎng)絡連接如圖3所示。

“用戶”登陸“前端設備”，“中心”登陸“前端設備”，以及用戶”登陸“中心”都是需要用戶名和密碼的，這些用戶名和密碼機制是系統(tǒng)安全最基本，最可靠的的措施。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡連接示意圖

7.2 DES加密傳輸協(xié)議

用戶名和密碼在網(wǎng)絡傳輸，如果是明碼傳輸，被竊取的可能性就很大，CreMedia軟件使得任何一次用戶名和密碼在網(wǎng)絡上傳輸都是經(jīng)過加密的。即便被盜用也無法破解。DES加密方式理論上沒有破解的可能。

7.3 獨有的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議

視頻數(shù)字流在視頻服務器中打包發(fā)送到IP網(wǎng)絡中的時候，打包的格式，以及流媒體的壓縮編碼格式都是獨有的。只有專有的解碼軟件才能解出正常的圖像，否則只是亂碼而已。

7.4 用戶管理功能

該系統(tǒng)提供安全完善的用戶帳號密碼管理功能和嚴格的控制權(quán)限分級制度。只有經(jīng)過授權(quán)、擁有帳號密碼的用戶才能瀏覽、控制攝像機或進行其他相應復權(quán)操作。用戶進入遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須事先進行輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)管理員根據(jù)用戶授予相應的權(quán)限監(jiān)視和控制權(quán)限。