移动网络下的视频监控在物流系统中的应用.docx
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移动网络下的视频监控在物流系统中的应用
移动网络下的视频监控在物流系统中的应用
摘要
本研究主要着眼于视频监控在物流系统中潜在的应用前景与实际的实现。
文章中介绍了视频监控系统,包括视频监控的采集端与服务器端,重点介绍视频监控采集端的系统方案设计,以及采集端与服务器之间视频传输方式的方案设计。
本课题的创新点在于视频采用H265的编解码方式,通过移动网络使用TCP使用自定义数据格式来发送视频数据至服务器,以及采用RTP的方式实时传输视频来实现实时监控。
关键词:
H265;RTP;FFmpeg;H264;视频监控
一、设计需求分析
1.研究背景与意义
近十年来,随着电商规模的扩大,物流行业飞速发展,市场规模非常巨大,已经成为人们日常生活不可或缺的一环[1]。
因此,物流中的安全保障也日益被公众重视,需要确切地保护人身、财产安全。
此外随着移动网络的发展,移动网络的速率现在已能满足视频传输的需求;通过移动网络进行视频传输在物流系统中具有一定的发展前景。
目前移动网络的速率、时延已经能够满足视频传输的需求,借助无线网络传输视频进行监控的研究也越来越多,但目前将其应用到物流系统中仍比较少,而将移动网络视频监控应用在物流系统中具有很大的现实意义与实际价值。
不但能够实现监控点的可移动性,覆盖的监控面更加广泛,也极大地提高了监控人员的可移动性[2][3],对潜在的犯罪行为有一定的威慑与规束,而且对物品丢失,车辆事故的调查帮助非常大。
因此建立基于移动网络的高清视频监控,一方面可以有效监控和处理突发情况,保障人身和财产安全,具有一定的社会效益[4];另一方面,建立更加完善的运输监控体系,可以为企业带来更高的效率,更清晰的成本分析,以及更好的员工监督与员工评价。
随着人们生活质量的改善与科技水平的发展,人身以及财产安全的防护也越来越受到公众的重视。
我国的移动网络进入了高速发展的时期,目前基本实现移动网络的全覆盖,而随着网络速度的提高,时延的降低,移动网络下的应用层出不穷[5],但是在物流系统中,移动网络主要用来发送短信,物品扫码揽收派件,发送物流信息,车辆定位等等,满足物流系统的正常运行。
虽然能满足物流系统的正常运行,但是在发生货物丢失,车辆事故时,移动网络在物流系统中的应用对事件处理的作用较小,对调查的帮助也非常有限,对财产和人身安全的保障性较差。
此外,近几年视频的质量不断发展。
不仅随着硬件设备的更新,拍摄视频的质量得到巨大的提升,而且视频编码技术的发展,各种视频编码芯片层出不穷,使得压缩之后的视频所占的存储空间也得到缩减,降低了网络传输的成本与传递的延迟。
经过编码的视频通过网络传输之后获得的视频质量较以前也大大提升。
以往的视频主要应用在安保领域,而且以前的视频应用方案一般使用网线进行传输视频,因此网络的质量以及带宽对视频质量和效率的影响十分巨大,地形和架设成本对其部署的影响也非常大,而不断发展的无线网络是一个比较好的解决方案。
无线网络视频传输拥有以往视频服务的全部功能,而且其视频质量更高、效率更好,另外无线网络视频的价格成本低廉,是目前监控行业主要的发展方向[7]。
硬件条件、传输条件的改善与保障,以及物流系统自身的缺陷与需求,将移动网络视频监控植入物流系统具有一定的条件基础以及实际价值与现实意义。
2.研究现状与发展趋势
2.1物流监控系统研究现状与发展趋势:
目前物流系统基本稳定成型,物流企业通过给揽收员部署手持无线终端,来对揽收派件业务进行监控,包括单据录入、条码扫描、人员调度、卫星定位以及短信等功能;到了系统调度中心,由系统安排车辆,物流车辆中一般装有车载终端,集成卫星定位系统(GPS)、移动位置服务(LRS)、地理信息系统(GIS),货物防盗传感器等等[6][8],实现对司机,车辆,线路的管理与监控,主要通过定位系统实现对车辆的监控,这是目前主流应用的物流系统。
现在人们对于物流货运的快速,便利与安全等要求越来越高,此外不仅要了解货物的到达时间,更希望全程实时查询货物状态,收货,出仓,图中位置,到达直至签收等状态。
目前小型物流企业的监控满足了揽收,出仓,装车等信息的需求;大型的物流企业,如顺丰等已经在国内实现了对货物从下单到派送的全程监控、跟踪及查询。
能够实时定位运输车辆、可以查询车辆的行车路线,在汽车运输的过程中能够实时进行监控,还能够获取在运输过程中驾驶员的状态以及车辆的车况,能够最大化地保护人员以及货物的安全。
通过运输过程中的图片及视频的上传监控、行车路线的回溯、车辆的位置来实现实时的在途监控。
目前在途运输过程的视频取得基本上都是通过将视频存储到存储卡中,然后读取存储卡中的数据才能取得行车途中的视频监控,所以在途运输过程中监控视频的实时取得是个“盲区”,难以实现真正的实时调度以及全程的监控管理,因此物流系统的在途运输中添加视频监控不仅有实际意义,也是真实需求。
物流企业也势必会加强在途运输的监控,真正做到全程监控。
2.2无线视频传输研究现状与发展趋势
(1)编解码的研究现状与发展趋势
近几年一般都使用VC-1、MPEG-2、MPEG4以及H264等对采集的视频进行编码传输,进而实施监控。
其中H264、MPEG2与MPEG4等一些优秀的编码技术已经应用到了视频监控行业[9]。
网络传输速度与质量的不断发展,视频压缩技术的不断迭代,视频监控领域的发展不断前行,整个视频领域朝着更深入以及更全面的方向不断地发展。
整个行业也在不断地变革,形成行业的良性竞争与发展。
目前视频编解码主流采用的是H.264编码,同等图像质量的条件下,H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上[13][24]。
而网络的质量与速率以及存储视频的硬件对H.264等编码技术有着极大的限制,而这两点条件限制对视频传输行业的进步带来了极大的阻碍,尤其是对远距离视频传输的影响更加巨大,因此行业的发展迫切需要更加优秀。
效率更高的视频编码技术。
H.265(HEVC)视频编码是新一代的编解码技术,其拥有H264编码的一些技术,同时以此为基础还创新地提出了新的技术。
其可以调节并优化视频的比特率、分辨率、帧率、发送的延迟时间,使得视频质量与传输速率获得极大的提升。
HEVC编码能够提升视频的编码效率、缩短视频实时传输的延迟时间、增强视频编码出错时的恢复能力并且能够将算法的复杂度进行一定程度地降低等[10][13][14]。
HEVC是H264的编码能力的2倍。
在传输同一个视频时,HEVC的码率平均是H.264的2/3到1/2之间;此外,当压缩一个视频越厉害,那么码率的降低越明显[11]。
但是,HEVC能够有这么大的优势也是需要更多的成本。
HEVC虽然能够极大地提升视频的压缩率以及视频的质量,但是同时HEVC进行的计算开销是H.264的10到20倍[12][15]。
也就是说,HEVC编码的硬件性能要比H.264要强很多,因此对硬件的要求也很高,那么所需的成本也比H.264高不少。
另外,随着视频编解码能力的提升,所需要的处理器的性能也要越来越强,计算能力要越来越高!
随着光刻机技术的不断发展,芯片中晶体管也越来越小,现在已经能够达到5nm,因此相同芯片尺寸下,晶体管的数量也越多,那么芯片的性能也越强大。
现在的市场上有着各种各样的芯片公司,比如海思,TI,安霸以及雄迈,近几年海思的芯片设计能力非常强大,已经占了市场的绝大部分份额。
所以海思芯片是市场上主流的H.264和HEVC编码芯片,例如hi3516系列和hi3518等等。
此外,华为本身也参与了编码技术国际标准的制定,其对HEVC标准的制定也有着很大的贡献;因此海思的编码芯片处于行业的领先地位。
(2)无线视频监控的研究现状与发展趋势
无线通信技术目前主要有移动通信,WIFI,蓝牙,NFC等等。
目前无线视频监控主要使用WIFI进行传输,WIFI采用的是IEEE802.11b协议。
WIFI的频带宽,能够达到300MHz;WIFI的传输速率比较快,而且WIFI经过多年的发展,技术已经非常成熟,因此硬件设备的成本比较低。
WIFI的拓扑结构主要是通过AP组建的基础网和STA形成的自组网[16]。
另外,无线视频传输还应用于无人机监控以及视频拍摄,主要利用无人机在高空进行远程监控,地面能够实时接收无人机传回的画面,实现无人机与地面客户端的短距离视频实时传输[25]。
基于WIFI的视频监控主要使用在固定的监控场景,只能在固定地点进行监控无法进行移动,其主要优点是硬件成本低,频带宽因此传输视频的延迟较小,此外WIFI一般用于局域网,传输的安全性比较高,但是WIFI不能用于移动的场景、其抗干扰的能力也比较弱,而且WIFI的监控距离一般在100m以内,有一定的局限性[17]。
从第四代移动通信技术(4G)开始,移动网络理论上下载速度能达到100Mbps,上传的速度也能达到50Mbps,而实际使用时4G的网络速度也基本相当于20M的家庭宽带[18][19]。
所以移动网络拥有与WIFI基本相同的传输速率,而且其可移动性好,通信质量更高,抗干扰能力也更强[21]。
而且目前5G网络已经开始商用,5G基站的建设速度也越来越快。
5G网络的理论下载速度是1Gbps,即125-140M/S的速率,这个速度基本是第四代网络的10倍。
而且5G时代最突出的特点就是高速率与低时延[20][23],5G网络的这一特点会为移动视频监控领域带来更大的平台与发展。
目前国内已经实现使用5G远程进行手术,通过视频无线传输,实时接受手术画面,对医疗行业有了非常大的帮助,对病人的救治更加及时。
二、特色与创新
1.本课题着重研究无线视频传输在物流系统中的应用,基于HEVC视频编码实现视频的移动传输以及物流视频的实时传输,根据网络情况自适应地调整码率,来保证实时视频的连续性。
以往的无线视频传输研究主要基于H.264编码以及视频采集完成之后的传输整体采集的视频,忽略了视频存储的损耗以及实时性。
2.拟采用的HEVC编码能力是H.264编码的2倍以上。
在同等图像质量情况下,HEVC的码率更低。
此外还将基于HEVC编码,进行实时监控视频的移动传输。
3.而对于移动网络,第五代移动通信技术(即5G)是目前最新一代的移动通信技术且逐步商用。
5G网络为用户提供了超大的带宽性能优秀,速率是4G网络的10倍,网络时延比4G更低,传输视频的速度也将更快。
等到5G普及时,可以将通信网络切换成5G,传输效率将会极大提高
4.目前物流系统还未真正实现在途运输过程中监控视频的取得,因此无法真正做到在物流运输过程中的全程监控,有一定的安全隐患,也不便于企业对员工的监督与车辆的管理调度。
对于一个应用系统来说,不仅需要考虑视频采集的质量,还需要重视视频所占存储的损耗以及视频的时效性。
而且视频的质量也非常重要,高质量的视频不仅能够吸引用户,还能够在关键时刻提供非常重要的帮助,例如发生失窃或者车祸时,对调查的帮助。
实时取得监控视频[22],可以方便数据采集,处理突发情况,还可以提供数据进行驾驶行为分析等大数据应用场景,例如地图的街景,车流量监控,交通问题的实时处理。
三、功能设计
1.框架设计:
图1系统设计框图
本研究拟设计一个如图1的一个移动视频监控的物流系统
(1)设计并实现一个如图2的物流移动视频终端用于采集视频,该终端主要包括处理器,通信模块,摄像头以及编码芯片等。
当摄像头接受到指令时,开始采集视频,通过编码芯片将视频硬编码成压缩文件,然后通过通信模块将视频数据发送到指定的服务器地址
图2视频采集终端
(2)设计一个服务器与终端协同工作。
一方面将与终端进行通信,将受到的压缩的视频进行解压并发送给客户端进行播放,另一方面接受客户端的指令,发送信息给终端,让终端采集视频。
(3)设计一个视频展示页面,将接收到的视频播放出来,并且在页面上能够发出请求,请求具体需要的视频数据,以及支持视
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- 关 键 词:
- 移动 网络 视频 监控 物流 系统 中的 应用