3G无线车载视频监控系统关键技术分析

刘丙涛

（辽河石油勘探局 通信公司，辽宁 盘锦 124010）

此系统采用了先进的H.264视频压缩编码技术，在不影响质量效果的前提下大大减少了所要传输的数据量，并且以3G无线宽带网络为传输媒介，既可以克服传统固定网络有线方式对地理位置变化或处于运动中的监控不能实现的问题，提供更加灵活组网方式，满足不能架设线路的监控点的监控需求，还可以提供比GPRS和CDMA更宽的数据传输带宽，满足了移动视频监控的要求，下文中笔者将从关键技术分析和汽车终端应用的两个方面，对其进行阐述。

1 关键技术分析

1.1 3G无线车载视频监控技术

就目前来看，我国基本上已经实现了第三代移动通信技术的研发和应用，所谓第三代移动通讯技术就是3G无线网络信息传播技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，目前已经被应用于手机同通讯和网络通讯中。从类型上看，由于基准站的不同，目前在中国3G存在三种标准:CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA。

而将3G技术应用于汽车运行的监控和管理中，即为3G无线车载视频监控系统，这种系统从构成上看，分为前端车载监控系统、无线网络、监控视频平台服务器，每一个系统中的服务器的功能是不同的，三者相互连接，共同组成了3G无线车载视频监控系统。共同为车辆运行状况的监控提供可靠数据和录像资料。前端车载监控系统包含3G无线车载网络摄像机、网络录像机、外接摄像头；无线网络包含前端移动传输（EDGE/CDMA 1X）和后台指挥中心以太网网络车载摄像机CDMA 1X/TD-SCDMA.CDMA2000.WCDMA网络；监控平台包含监控软件及GIS、流媒体、数据库、应用服务器等。

3G无线车载视频监控系统的主要功能是能够对车辆内的图像进行实时监控，拍照，录像，回放和调取传送图像，这样也就保证了车辆运行时的各种数据和影像资料能够被自动的储存和发送，能够为有关部门的管理工作提供可靠的参考依据，又因为其具有实时性，所以可以为有关安全监管部门的工作提供便利，便于其在威胁公路运行安全的状况发生时，及时的做出相应的反应。同时，为了使视频资料更加清晰和可分辨，系统中采用了双码流技术，本地录像可采用CIF、D1分辨率，SD卡120M/小时，网络传输采用CIF分辨率，有助于进一步的提高系统的使用性能，保证监控资料的准确性和辨识度。

1.2 图像压缩技术

由于在汽车运行的过程中，3G无线车载视频监控系统的实现要依靠前端车载系统来完成各种资料的实时搜集，所以要克服车辆运行中由于移动而产生的各种干扰因素，保证图像的完整性和辨识度。所以，为了适应移动设备，同时也为了提高数据传输速度、降低网络数据流量、保证监控的实时性，有必要对车载端摄像头采集的数据进行编码压缩，就目前应用于网络设备中的各种压缩技术来看，H.264标准无论是功能还是操作都更加适合该3G无线车载视频监控系统。所以，在前端车载系统的数据和图像采集的过程中我们要采用H.264标准将摄像头采集的图像系列压缩编码成流媒体。H.264的编解码流程主要包括五个部分:帧间和帧内预测、变换和反变换、量化和反量化、环路滤波、熵编码。通过该流程，使得H.264具有极高的视频压缩比。在同等图像质量条件下，H.264的压缩比是MPEG-4的1.5～2倍，有助于大幅度的提高图像的辨识度，首先，帧间和帧内预测的目的在于清楚的分析该画质中的各种像素构成和基本成像布局，其次，变换和反变换的作用则是在掌握了图像的基本构成的基础上通过合适的压缩方式对图像进行初级的格式处理，使其符合压缩文件的格式，再次，量化和反量化的主要作用就是在格式确定的前提下，对现有的图像文件进行内存的确定，再者，环路滤波的主要功能是通过专门的环路滤波器将画质中的低频升级，能够较为全面的转换为高频信号，最后，熵编码就是将整个过程中的原图像的编码完全复制不丢失的过程，也是最后的信息码显示过程，因为在视频编码中，熵编码的主要功能就在于把一系列用来表示视频序列的元素符号转变为一个用来传输或是存储的压缩码流。通过上述五个流程，即可实现视频资料的流畅转换。

从设备上看，目前主要使用的3G视频格式 有 QCIF （176*144/dpi）、CIF（352*288/dpi）以及4CIF（704*576/dpi）四种。但是出于对3G车载无线视频监控系统的具体应用的考虑，以及车辆运行的特点，笔者认为基于实际的需求选择CIF格式更加合适，因为其体积小，稳定性较高，能够较好的适应车辆的运行环境。采用该设备后，可以得到的原始的每帧图像的大小为 352×288×24=2433024bit，即2433024/1024=2376kbit，选择H.264的250:1的压缩比例的话，压缩后的图像大小就为2376/250=9.5kbit，那么按照3G 网络在车辆运动中的速度要求144kbit/s，这样每秒可传帧的数量为15～16帧，这样就能实现较为满意的监控效果（影像播放达不到15帧/s时将产生明显跳跃感）。

2 关键技术在车载终端上的应用

通过对上述关键技术的分析，我们要认真的布设车载终端的设备，使其能够最大限度的发挥系统监控优势，提供高质监控资料，下文中笔者将从两个方面对关键技术在车载终端设计上的应用进行探讨。

2.1 车载终端硬件设计

根据车载系统的布局设计，在车载模块终端部分，一般由这样四个设备和仪器组成:即ARM处理器、GPS模块、3G无线数据发送模块以及防暴摄像头。首先，ARM处理器作为整个终端的CPU，负责调配和控制各个模块的工作，其主要功能是通过GPS获取车辆当前的位置信息，通过防暴摄像头获取车辆情况和司机驾驶状况，把这些视频或图像数据信息以H.246标准格式压缩，并整合成能由串口发送出去的特定格式，最后由3G无线模块发送到无线网络，最终通过INTERNET或PSTN（公共陆地网络）网络传回监控中心主机。其次，GPS模块则是根据全球卫星定位系统来实时监测汽车的所处位置，再次，3G无线数据发送模块的主要功能是将实时的定位信息和采集图像发送给处理终端，最后，USB摄像头的主要功能为图形采集。

2.2 车载终端程序设计

车载端是一个基于ARM的Linux系统平台，其任务主要包括获取GPS定位数据和视频采集数据，图像或者视频的压缩编码，将定位数据和视频、图像数据通过串口输送到3G模块缓冲区，最后通过无线网络发送出去。首先，要根据CPU与外围设备的具体引脚连接重新裁剪的编译linux内核驱动。其次，调用linux内核中关于视频设备的API接口（即Video4Linux）编写摄像头采集数据的应用程序。最后，3G无线网络的通信部分主要涉及到的是AT指令的应用。在选择可靠性强的TCP方式连接。

结语

综上所述，该系统将视频监控和地理信息系统结合在一起，以3G宽带无线网络为连接工具，提供了一套车辆视频监控和定位的解决方案。随着中国3G网络的开通，带宽限制的问题已经迎刃而解，此外H.264编／解码器软硬件实现，该系统会提供质量更高、价格更便宜的移动视频监控。

[1]萧如方.无线网络装置的设定方法，2004-03-17.

[2]昊天.无线网络:淡定前行，2004-09-27.