车载智能无线移动监控多技术融合行业新领域

    一、引言

    随着汽车的普及、汽车数量的增多、汽车行驶范围增大，各种类型的汽车犯罪数量也节节攀升，基于汽车的移动中的管理需求随之激增。针对汽车的实时位置、广域无线网络远程视频监控、本地录像、GPS卫星追踪与管理的车载终端设备应运而生，远端用户可以通过GPS来定位车辆的位置，并通过远程视频实时监控车内车外状态,同时把视频文件采用H.264/MPEG4编码存储在车载终端内，达到实时的位置监控与远程视频监控、影像数据存储相结合的高效管理。

    车载智能无线移动监控需求包括：广域的公共无线网络音视频传输;GPS全球卫星定位;车载终端音视频远程传输、本地录像及存储;遇险报警;完整的系统解决方案。

    二、广域公共网络无线音视频传输选择

    在中国，无线数据传输方式有WLAN、数字微波、CDMA1X、GPRS等多种无线方式可以传输音视频数据信息。WLAN、数字微波等方式属于基站局域网，只有CDMA1X、GPRS属于广域的公共无线网络。GPRS的理论网络速度峰值可以达到112Kbps，实际平均带宽在10Kbps~30Kbps之间；CDMA1X数据传输上带宽理论值为153Kbps，实际平均带宽为20Kbps~80Kbps。

    显而易见，CDMA1X是唯一适用于广域无线网络音视频数据传输的网络方式。

    现国内市场上CDMA1X数据传输分为2种，一种是单路数据传输，一种是多路捆绑，也即几个CDMA1X模块同时并联发送一个数据。单路带窄，产品成本低，月使用费低，多路带宽，产品成本高，月使用费高。

    带宽问题，从表面上来看，单路带窄，多路带宽。但是，由于中国联通公司联通网络技术问题，CDMA1X多路捆绑技术不成熟，主要问题是联通的通信协议规范，联通的通信协议规范中规定在同一载波，只支持2个CDMA1X信道上传数据，运营商的规范是产品的标准，市场上的4路捆绑产品是否有效就不得而知;CDMA1X技术是蜂窝式网络，在同一数字蜂窝内每一刻都可能有用户在抢占蜂窝内的网络带宽资源，如何能在第一时间占有带宽资源?这需要了解无线网络特性，精通产品设计。

    多路捆绑技术拨号问题，当多个CDMA1X在一个小范围同时拨号发送数据时，每一张卡的拨号时间不一，也就是不能在同一时间多路CDMA1X模块同时登陆，这势必造成数据无法按照想象中的需求达标。

    产品选择，当用户选择相关公司产品时，首先观看此公司的产品演示。需要注意是，远程视频演示产品当时的效果不等于用户日后应用的效果。因为为了达到演示效果好，此产品公司要找一个网络带宽较高的地方，这时用户看到的是一个几乎完美网络状况的视频传输效果。但是，用户应用产品的地区不可能有这样好的网络带宽，会造成产品在用户地区使用效果不如演示时的效果。建议用户观看演示时要在城市网络带窄的地方，如果在5 Kbps~30 Kbps效果良好，那意味产品传输性能很好；也可以在移动的汽车上演示，这更具有代表性。

    在广域的公共网络无线数据传输中，带宽一直是瓶颈，无论是CDMA1X还是GPRS，都可不能较高质量满足图像清晰度的问题。不过，带宽在20 Kbps~80Kbps之间，单路CDMA1X视频传输为2~8帧图像，已经能满足远程客户的基本需求。

    在投资上，CDMA1X远比WLAN、数字微波等方式更经济、灵活，技术实现更快捷，所以CDMA1X远程监控更适用于移动广域无线监控。

    三、GPS卫星定位

    GPS分为GPS全球定位系统与gpsOne定位技术。

    GPS全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统，是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。该系统的空间部分使用 24 颗高度约 2.02 万千米的卫星组成卫星星座。 21+3 颗卫星轨道均为近圆形轨道，运行周期约为 11 小时 58 分，分布在六个轨道面上(每轨道面四颗)，轨道倾角为 55 度。卫星的分布使得在全球的任何地方、任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形( DOP )，这就提供了在时间上连续的全球导航能力。

    gpsOne定位技术实际上是一种应用和改善GPS技术的方案，又称为辅助GPS(Assistant GPS)定位技术。

    在实际应用中，gpsOne的定位精度性和通用性与GPS是不可比拟的，所以选择标准GPS是无可争议。

    四、车载终端音视频远程传输、本地录像及存储

    嵌入式车载终端主要工作是，采集音视频信号并压缩为数字流(包)，通过CDMA1X无线网络传输到用户监控中心，达到远程监控、应急指挥的目的。车载终端本地数字录像是弥补CDMA1X带宽不足而导致远程图像不足够清晰的补充。提取数据需要有两种方式：一是通过车载终端USB端口，二是通过CDMA1X远程调取。

    1、视频编码算法

    在普通DVR产品中，H.264/MPEG4是比较常见且最优的高精度压缩算法。但是，在车载产品上，对视频编码算法的要求复杂程度与技术难度要远远超过普通DVR产品，技术难度有二点：

    1、 车载终端需要的是双码流同时编码。其中1~3路H.264/MPEG4编码存储在车载终端本地， CIF尺寸即可满足需求，分辨率在10~20帧(可调);本机上的另外1~3路自适应CDMA1X带宽编码，要求带宽在5 Kbps时就要传输CIF尺寸图像，20Kbps~80Kbps带宽时可达到为2~8帧/秒。必须双码流同时编码，才能达到远程和车载本地图像生成时间一致。需要说明的是，在车载应用上不必强调1~4路视频采集，汽车的范围很小，监控不可能达到全方位的真正效果，所以，例如，公共汽车内，前车门、车中、后车门3路完全可以满足，根据所需购买产品，不需要为业内标准的说法浪费投资。

    2、 双码流编码技术，在同一芯片下，一路编码码率可能尽量小，另一路码率需要尽量大，远程传输的编码还需要码率自适应和可调，本地存储的编码要保证清晰度和存储空间占用小。技术实现本身具有很高的含金量，产品稳定更是最关键。

    无论是H.264还是MPEG4编码，为了保证实时性与高精度，算法需满足方便灵活的调节性。也就是说，当用户需要清晰图像时可以调节为协议为包的形式传输;当客户需要实时性较高要求时，又可以调节为协议为流的形式传输，算法既要灵活又要可控。

    这种编码算法灵活可控的变化形式要求一定是基于DSP技术平台为基础，这对产品厂家是否具有编码算法知识产权提出了要求及技术挑战。

    2、音频算法

    (1)要求不同音频压缩算法并发双码流

    在CDMA1X远程音频数据传输时，符合带宽的音频编码算法码率和不同算法的选择，二者的匹配要达到最优。车载终端本地数字录像声音算法不同于CDMA1X远程音频传输算法，只有更高级别的语音算法才能满足本地存储声音的精度，才能让录像的回放产生原音再现。

    (2)声音降噪技术

    在杂乱的车辆环境中，声音的采集受制于环境噪音，有必要为车载终端加载声音降噪算法技术，也要满足特殊需求时加载语音识别算法。

    现有的视频监控厂家主要完成视频技术，高标准声音的需求成为诸多厂家的高门槛。

    3、GPS时间

    GPS接收的卫星时间要叠加在终端本地和远程图像上，只有这样才能把客观的位置信息和图像整合为一体，完整的车辆数据信息统一才能体现系统的完整性、证据的客观性。

    4、终端信息保密性

    车载终端数据加密，保证数据无法流失，要做到即使数据流失后也安全保密。

    5、存储介质

    抗震性――NAND FLASH不怕震动

    目前数字录像存储介质主要是硬盘、NAND FLASH(闪存)半导体存储介质 2种，从技术特点上分析，NAND FLASH半导体存储介质具有在断电之后依然能保存数据的特性，而且在读写过程中没有机械运动。

    NAND FLASH的抗震性非常强，基本上可以认为不怕震动甚至自由落体。比如说一般的U盘、闪存卡就算比较用力地摔到地上也是依然能正常工作的，并不会因此造成数据损失。相对而言，硬盘的抗震性就很差。由于硬盘的结构比较复杂、精密，自由落体对硬盘带来的伤害极可能是致命的。不是在工作状态，震动、碰撞时也多少会对硬盘带来一定的潜在损害，在几千转高速运转的工作状态中震动碰撞对硬盘则是完全致命的。

    车载数字存储，存储介质非常关键。

    采用符合汽车电子标准的NAND FLASH 半导体介质存储器，完全能保证影像数据完整安全存放。

    9、嵌入式操作系统

    车载终端需要一个拥有强大体系、稳定的RTOS嵌入式操作系统，首先系统要支持FAT与非FAT文件系统，需要支持现有多项功能文件管理系统、本地及远程控制音视频编码。系统也要支持车载终端播放的解码技术，RTOS嵌入式操作系统必须有足够的技术资源，支持后期技术允许情况下未知的软硬件变化。尤其在嵌入式软件上，很多需求是在用户中后期应用中改变需要的。另外，嵌入式操作系统对3G模块的技术的后期支持是必备的。

    10、遇险报警