车载视频监控系统方案201111291111.doc

车载视频监控系统
技术方案

2011年11月
目 录
第一章 系统概述 3
1.1 系统概述 3
1.2 车载移动网络监控系统组成 3
1.2.1 前端信号采集处理系统 3
1.2.2 数据传输系统 4
1.2.3 监控中心数据分析管理系统 4
1.3 车载移动网络监控系统基本功能 4
第二章 系统设计方案 6
2.1 总体设计 6
2.2 前端设计 6
2.3 数据采集传输系统设计 7
2.4 指挥中心远程监控客户端和服务器设计 9
2.4.1 客户端软件主要功能 9
2.4.2 监控中心服务器设计 11
第三章 系统关键技术 12
3.1 抗恶劣环境达容量数据存储技术 12
3.1.1 硬盘减振加固技术 12
3.1.2 宽幅电源输入和电源保护技术 12
3.1.3 延时关机技术 12
3.2 视音频编解码技术 13
3.3 SATA硬盘存储技术和eSATA快速备份技术 14
3.3.1 SATA硬盘存储技术 14
3.3.2 eSATA硬盘快速备份技术 16
3.3.3 优秀的磁盘管理技术 17

第一章 系统概述
1.1 系统概述
随着中国经济进入告诉发展阶段，车辆的安全管理也越来越受到重视。视频是最直观的信息之一。车载移动网络监控系统采用先进的数字视音频监控技术，在车辆上安装终端，使用大容量硬盘对车辆内外的视音频信息进行实时记录保存以备日后查证使用。
本系统结合无线网络传输技术，将车辆现场图像及所在位置传送到指挥中心，给远程指挥调度提供第一手资料；在发生突发事件时，指挥中心能根据获取的现场资料迅速做出反应。
1.2 车载移动网络监控系统组成
1.2.1 前端信号采集处理系统
系统前端布置车载移动视频监控终端（车载硬盘录像机）负责采集视音频数据、数字化压缩处理，并进行数据实时保存。
车载移动视频监控终端集成了数字视音频编码模块、视音频存储模块、无线网络传输模块、报警信息处理模块、GPS定位模块、行车记录模块，并提供了多种扩展接口，可实现高清晰视音频录像、无线网络传输、报警信息上传、车辆位置等功能。
1.2.2 数据传输系统
系统将视频图像、报警信号、车辆行驶信息通过的无线网络平台（3G的WCDMA/TDCDMA/EVDO 等多种无线网传方式）实时传输至监控中心，为监控中心在突发事件时提供现场视频的图像信号。
1.2.3 监控中心数据分析管理系统
监控中心平台能在电子地图上随时掌握全部车辆的所在位置和行驶情况，并可随时调用任意车辆的监控图像，以便对车辆进行管理。
监控中心由多台服务器和管理终端模块组成。
1.3 车载移动网络监控系统基本功能
1.3.1视频监控录像功能
车载移动视频监控系统具有视频信号和音频信号的实时同步采集压缩、硬盘记录、实时视音频预览、视音频信号切换、本地录像文件回放、实时无线网络传输、录像文件回放等功能。
1.3.2无线网络报警功能
车载移动网络监控系统具备远程报警功能，在发生突发事件的时候，按下报警按钮进行报警，设备主动与监控中心连接，并将报警信息和视频图像实时传输至监控中心。
1.3.3视频数据无线上传功能
车载移动网络监控系统支持视频数据无线网络上传，系统可通过运营商网络（3G）进行音视频流上传功能。
1.3.4车辆定位功能
系统采用无线网络传输同时，可利用GPS定位系统确定车辆所在位置，同时可在监控中心电子地图上显示其所在位置，并可对车辆行驶轨迹进行分析。
1.3.5监控中心实时监控管理功能
监控中心布置实时监控系统，监控中心授权用户可调用车辆现场图像数据，同时可接收车辆上传的报警信号并获取相应的视频信号。监控中心对这些信号进行分类处理，并做出快速反应。
第二章 系统设计方案
2.1 总体设计
系统在车辆上安装车载移动网络监控终端和监控前端设备，对车内部情况进行实时监控；监控指挥中心对前端获取的实时数据进行分析。

2.2 前端设计
2.2.1前端摄像机、云台
本系统可在汽车内外根据实际需求安装抗震彩色高解析摄像机、抗震云台，采集视频图像信号。

2.2.2数据存储设计
系统采用专业的车载移动网络监控记录设备（车载移动网络监控系统终端）。对前端的视音频信号进行模拟数字转换，并压缩保存在硬盘中。
2.2.3液晶屏显示
可根据实际需要在车内布置液晶显示屏，用于显示本地预览图像。
2.3 数据采集传输系统设计
无线网络数据传输设计
系统采用运营商无线网络平台，平台由三部分组成

车辆电子监控无线网络平台拓扑结构图
2.3.1车载数字硬盘录像机
车载硬盘录像机作为系统的终端，启动后主动与监控中心VPDN专网上的转发服务器建立连接，并与转发服务器保持心跳连接，确保车载硬盘录像机链路通畅。在报警按钮启动后，硬盘录像机向转发服务器发出报警请求，并主动上传图像；监控中心需调用车内数据时，由转发服务器向硬盘录像机发出请求，得到请求后立即将视频上传至转发服务器。
2.3.2转发服务器
转发服务器作为监控中心和终端（车载硬盘录像机）的交互平台，主要进行数据图像和报警信号的转发工作，并进行操作员权限的认证和管理。
2.3.3监控中心管理平台
监控中心管理服务器可接收转发服务器转发的终端报警信号，并在屏幕上显示终端自动上传的图像。
系统也可以调用任意一台车辆的视频信号，只需在GIS电子地图平台上点击所需浏览的车辆图标，即可显示车辆行使图像。

指挥中心和车载终端数据交换示意图：

2.4 指挥中心远程监控客户端和服务器设计
2.4.1 客户端软件主要功能
视频实时浏览
实时浏览车辆上传的视频图像，视频图像分辨率、码流、帧率、图像质量等参数实时可调，，支持网络带宽自适应功能。
远程抓图功能
支持前端抓图按钮，抓取高清晰照片，可实时调整图片分辨率、图像质量。
车辆定位管理功能

上图为电子地图的主流界面。车辆定位管理主要包括车辆管理、围栏管理、历史轨迹、地图显示和实时报警列表等功能。
远程报警功能
报警方式一般分为手动按钮报警、越界报警、超速报警、阻塞报警、设备出错报警等功能、并在平台上实时显示报警信息
（1）手动按钮报警：支持报警按钮报警；
（2）越界报警、超速报警、阻塞报警：通过GPS信息可对车辆行驶状态进行判断，车辆是否超速、是否越界、是否在一地点长时间停留；
（3）设备出错报警：设备自检报警上传，如视频信号被非法切断。
车辆管理功能
用户通过相关车辆类型、车队、车牌、联系人等信息进行管理。比如车辆名称、车队名称、驾驶员姓名、驾驶员电话、阻塞报警时间、车辆最大速度等功能。并可以独立的把每辆车的单个通道按需求进行分组。
日志记录功能
各种操作日志记录，并可通过时间段进行查询。
本地录像回放功能
前端网传的录像可通过播放软件进行本地播放，支持多路回放功能。
2.4.2 监控中心服务器设计
指挥中心根据实际需要布置注册服务器、负载均衡服务器、流媒体转发服务器等相关设备。

（1）、注册服务器
注册服务器提供终端上线注册功能，并与终端实时保持心跳连接；
（2）、流媒体转发服务器
转发服务器提供视音频数据、信令和GPS定位信息的转发和负载均衡工作。
（3）、终端机用于职能部门实时查看前端主机视频图像和电子地图显示位置。
第三章 系统关键技术
3.1 抗恶劣环境达容量数据存储技术
3.1.1 硬盘减振加固技术
车载移动监控终端应用在颠簸、振动、摇摆等恶劣环境下，要保证设备长期稳定工作，对减振加固技术提出了较高的要求，尤其是对硬盘减振加固技术是该系统的关键技术，实施时可参照军用标准（GJB367A-2001国军标军用通信设备通用规范）。
3.1.2 宽幅电源输入和电源保护技术
车辆大多采用直流12V电源，行驶过程电源稳定在12～16V之间，但是在车辆点火时汽车电源会突然降低到8V左右，下降过程约为40ms，然后恢复至正常电压范围内（12～16V）。输入电源的瞬间降低可能导致车载设备出现故障，如：重新启动、设备死机等，因此对车载终端提出输入电源宽幅适应的要求。
针对车辆对电源宽幅适应的特殊要求，应采用宽幅输入电源（适应范围为直流6～36V，具备了断路、短路、过流、过载保护功能），可满足各种类型车辆的使用。
3.1.3 延时关机技术
根据车辆对车载硬盘录像机的需求，终端电源应满足在车辆点火开关关闭后继续工作一段时间，但是又不应24小时持续工作（不关机），因为这样持续工作会减少车辆电瓶的使用寿命，若长时间不关机还可能导致车辆电瓶内的电全部耗光，致使车辆无法启动。
系统应具备延时关机的功能，可在车辆点火开关关闭后指定时间内（5分钟到6小时）继续工作，到达指定时间后关机。
延时关机功能优点是可以延长录像时间，并可避免车辆断电对硬盘造成的损坏。
3.2 视音频编解码技术
视频压缩技术
车载移动视频监控终端采用H.264数字编码技术，高编码效率（相同的重建图像质量，码率较 MPEG-4节约30%左右），灵活的编码策略，适应不同应用和不同网络带宽。
H.264码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，使视频数据适应不同传输信道网络，更好地实现面向IP和无线网络的应用。网络远程浏览画面清晰、逼真。
多模式运动估计大大提高了运动估计的精确程度，同时提高了移动侦测报警的精度。25F/S（全实时）硬盘记录的同时，可自定义网络传输的视频参数。
数字水印技术
水印（WaterMark）技术防止录像资料被篡改，提高证据材料的可信度。
多功能技术支持
视音频数据的纪录、网传及菜单操作、报警联动等功能可同步进行。
安全处理机制
先进的数据流管理方式，确保系统长时间稳定运行，并使由掉电等原因导致的异常关机造成的损失最小。
完善的日志记录与快捷的查询功能：报警日志、操作日志及系统日志。
动态调整编码参数
在不启停录像、网传的情况下，调整的编码参数即生效。监控系统中，静止的监控场景，可以采用降低录像的分辨率、图像质量、码率和帧率的方法，使录像保持在很低的码率，而在图像发生变化时可以提高录像的分辨率、质量、码率和帧率，实现高质量的录像，由于上述参数可以动态修改，因此可以保持图像的连续、无需频繁的切换文件，即满足了在关键时刻对高图像质量的要求，又节省了硬盘空间和网络带宽。
3.3 SATA硬盘存储技术和eSATA快速备份技术
3.3.1 SATA硬盘存储技术
本系统数据存储采用3.5英寸大容量SATA硬盘，其优点有以下几个方面：
㈠、高速的磁盘读写技术，硬盘容量大；
㈡、先进的接口技术，日后硬盘接口技术发展的方向，即将替代上一代PATA产品；
㈢、工作稳定，功耗、噪音、发热量、抗振性、平均无故障工作时间等性能优于上一代产品；
㈣、支持热插拔、数据备份方便；
㈤、性价比高。
SATA硬盘简介：
SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA。这是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而得名。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。
与并行ATA相比，SATA具有比较大的优势。首先，Serial ATA以连续串行的方式传送数据，可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。前SATA II的数据传输率则已经高达300MB/sec。
Serial ATA规范不仅立足于未来，而且还保留了多种向后兼容方式，在使用上不存在兼容性的问题。在硬件方面，Serial ATA标准中允许使用转换器提供同并行ATA设备的兼容性，，这在某种程度上保护了我们的原有投资，减小了升级成本；在软件方面，Serial ATA和并行ATA保持了软件兼容性，这意味着厂商丝毫也不必为使用Serial ATA而重写任何驱动程序和操作系统代码。
另外，Serial ATA接线较传统的并行ATA(Paralle ATA)接线要简单得多，而且容易收放，对机箱内的气流及散热有明显改善
SATA硬盘数据线和传统PATA硬盘数据线对比， SATA硬盘数据线为7芯红色，安装方便； PATA数据线为40芯扁平电缆，其安装难度明显要比SATA数据线大。
图4－10 SATA数据线与PATA数据线对比示意图
3.3.2 eSATA硬盘快速备份技术
eSATA（External SATA）是SATA的外接式接口，但是配备更耐用的缆线和连接器。eSATA接口是目前计算机最快、最先进的通用外部数据传输接口，eSATA可以达到如同SATA般的传输速度3Gb/s，接口速率与台式硬盘的情况相同。
各种接口的速率比较：
外部接口界面
Mbps
MBps
USB1.1
12
1.5
USB2.0
480
60
Ultra-ATA133
1200
133
1394(Firewire)
400
50
1394b
800
100
eSATA 2.0
3000
300
eSATA接口优点：
㈠、传输速率高、支持热插拔功能；
㈡、避免静电放电造成的损坏，提供电磁干扰保护；
㈢、接口插拔寿命在5000次以上；
㈣、eSATA的制动弹簧和ClickConnect内部连接提供更安全的连接特性。
eSATA接口基于标准的SATA线缆和接口，连接处加装了金属弹片来保证物理连接的稳固性。
图4－11 eSATA数据接口示意图
3.3.3 优秀的磁盘管理技术
随着硬盘容量的不断增大，对硬盘的数据管理功能越来越重要，好的硬盘管理方案可以大大延长硬盘使用寿命、降低硬盘的损坏率，提高监控录像稳定性。我们将多年硬盘录像机的研发积累的技术运用在车载监控中，为用户提供完善的数据管理保护功能。
特有的硬盘、文件管理技术
磁盘预分配技术、多分区技术，使得循环记录时不出现碎片，延长硬盘寿命。
硬盘管理信息区的冻结保护技术，提高文件系统的安全性。
硬盘休眠与低寻道技术，提高硬盘的可靠性与运行效率。
硬盘失效预警技术，保证硬盘可靠、安全工作。
支持硬盘S.M.A.R.T功能
S.M.A.R.T英文全称：Self－Monitoring, Analysis and Reporting Technology，它的中文含义是自监测、分析和报告技术，所有硬盘厂商也都提供对它的支持。
S.M.A.R.T.技术可以监测磁头、磁盘、马达、电路等，主机上的监测软件对被监测对象的运行情况与历史记录和预设的安全值进行分析、比较，当出现安全值范围以外的情况时，能够自动向用户发出警告。