IP網絡高清監視系統的應用及比較

張宏亮（陜西信興鐵路人力資源管理有限公司，陜西 西安 710000）

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IP網絡高清監視系統的應用及比較

張宏亮
（陜西信興鐵路人力資源管理有限公司，陜西 西安 710000）

摘 要：本文介紹了視頻監視系統的幾種清晰度模式、組網結構以及對應方案的重點設備選擇，主要對依托于IP化網絡架構的高清視頻監視方案進行了介紹和技術對比，并介紹了視頻監視系統在蘭州軌道交通1號線的實際應用，為蘭州軌道交通后續線路視頻監控系統的設計提供更清晰的思路，同時，展望視頻監視系統在城市軌道交通及整個視頻監視行業的發展方向。

關鍵詞：城市軌道交通；視頻監控；數字高清；IP SAN

1　背景介紹

現代，城市發展得越來越龐雜。人員與大型設備接觸增多，客流集中區域增多，同時，城市恐怖主義等不安全因素不斷蔓延，且變得更加隱蔽和突發。城市安防變得越來越重要，而視頻監視作為安防系統的重要組成部分，隨著它所面對的環境的變化需要不斷的升級，并逐漸向著高清、快速、全覆蓋，甚至智能的方向發展。

城市軌道交通人流量大、大型設備多、環境復雜。視頻監視系統在城市軌道交通的作用不可或缺，運營人員利用它監控列車運行、監控各種設備的運行及客流情況，提高運營調度的透明度和準確度。此外，還可以震懾犯罪分子，為公安辦案提供最直接的第一手資料。而以上這些特點都是伴隨著計算機技術、互聯網技術、圖像處理技術、傳輸技術等技術的發展而發展，同時，制造技術的發展使得硬件集成度更高，視頻監視的前端設備功能更強大且更小更美觀。

2　視頻監視系統方案比較

目前，視頻監視技術有模擬視頻監視、模擬+數字視頻監視、數字視頻監視三種。

（1）模擬視頻監視技術

它是一種基于視頻切換矩陣的模擬視頻解決方案，從前端攝像機、視頻分配、視頻傳輸、視頻切換控制和監視顯示設備均為模擬設備。其中最主要的設備是模擬視頻切換矩陣。攝像機采集的視頻信號通過視頻電纜連接到視頻矩陣，監控人員通過鍵盤控制視頻矩陣的輸出，選擇所需要的監控點圖像進行監視。由于模擬視頻監視系統全部是模擬信號，信號傳輸距離有限，所以監控范圍較小。系統受畫面分割器、矩陣和切換器等設備限制擴展性差。

（2）模擬+數字視頻傳輸監視技術

它仍然是一種基于視頻切換矩陣的模擬視頻解決方案，攝像機采集的視頻信號通過視頻電纜連接到視頻矩陣，監控人員通過鍵盤控制視頻矩陣的輸出，選擇所需要監控點的圖像進行監視。為了解決模擬信號傳輸距離有限這個問題，視頻矩陣輸出的視頻信號，經過分散監控點的視頻編碼設備轉換成數字視頻信號，再利用其它傳輸網絡或者光端機進行遠距離傳輸，達到大范圍視頻監控的目的。在模擬+數字視頻監控系統中，采用DVR存儲。

表1　

（3）數字視頻監視技術

數字視頻監視系統是一種基于計算機技術、視頻采集技術和數字壓縮處理技術為一體的智能化視頻監視系統。在車站設置數字視頻服務器，所有前端攝像機模擬視頻信號經過編碼后均接入數字視頻監視平臺。值班員通過鼠標或鍵盤甚至觸摸屏的操作即可完成車站一級的監視。數字壓縮編碼后的視頻圖像信號通過通信傳輸網絡進行遠距離傳輸，中心監視終端通過中心視頻服務器可監視、切換、控制系統內任一監控點的攝像機，實現中心一級的視頻圖像監視。

上述三種技術方案經濟、技術比較見表1。

根據以上比較，模擬視頻監視技術落后，可擴展性差；模擬+數字視頻監視技術有一些進步，但設備復雜；全數字視頻監視技術組網結構簡單，擴展性好，是未來視頻監視技術的發展方向。

3　高清視頻監控相關技術比較

高清格式最先是由美國電影電視工程師協會（SMPTE）定義的高清電視標準（HDTV）演變而來，目前行業中有兩類高清格式：高清標準720P（1280×720分辨率、16∶9寬屏顯示、逐行掃描/60Hz）和全高清標準1080i（1920×1080分辨率、16∶9寬屏顯示、隔行掃描/60Hz）及1080P（1920×1080分辨率、16∶9寬屏顯示、隔行掃描/60Hz）。對于這三種高清晰度視頻格式，相應的高清視頻接口有YPbPr、DVI、HDMI、HDSDI和IP網絡接口等幾種，其中YPbPr色量分差接口是一種模擬視頻傳輸接口，其余的都是高清數字視頻接口，但在傳輸距離和帶寬有所不同，這幾種視頻接口比較見表2。

對于視頻監視系統來說，前端視頻采集和后端視頻顯示的相關技術選擇為系統建設的重點。由于YPbPr一般是不在視頻監控系統中使用，而DVI、HDMI傳輸距離較短，所以視頻監視系統中通常有HD-SDI攝像機和IPC（IP camera、網絡攝像機）這兩種高清攝像機。

表2　

圖1　

目前，軌道交通行業在視頻監控系統建設中，高清視頻監控系統已經是主流建設標準，在高清視頻監視架構下，有IPC+ IP SAN存儲、HD-SDI高清攝像機+視頻編碼器+高清視頻矩陣+IP SAN存儲兩種模式，每種模式都有自己的特點。

HD-SDI高清攝像機+視頻編碼器+高清視頻矩陣+IP SAN存儲模式，在許多城市軌道交通中都有應用，它以未壓縮數字信號在同軸電纜上高速傳輸，無壓縮，實時性好，兼容性好，安全可靠。但是，HD-SDI技術在傳輸上光纖利用率低，各種設備廠家較少，價格昂貴，組網相對復雜。

IPC（網絡攝像機）+IP SAN存儲模式高清視頻監視架構前端采用的是高清網絡攝像機，高清網絡攝像機集成了壓縮控制器、微操作系統，甚至還有iSCSI支持功能，視頻流經壓縮后直接進入IP網絡，可以在全網傳輸、調閱和存儲，額外設備較少，網絡建設架構簡單，組網靈活。而且全IP網絡是今后承載網發展的趨勢，同時，各種IP網絡設備功能越來越強大，網絡安全技術越來越完善。所以，IP網絡高清監視模式在具有自己各種優勢的前提下，對視頻監控質量上也是完全可以保證，將是未來視頻監控行業的主流甚至最優方案選擇。

4　IPC+IP SAN監控架構應用實例

蘭州軌道交通1號線一期工程陳官營至東崗段，線路全長約26km，車站20座，停車場和車輛段各一座，控制中心一座（位于東崗車輛段內）。

蘭州1號線一期工程視頻監視系統分為專用視頻監視系統和公安視頻監控系統，考慮到節約投資和資源共享，公安和專用視頻監視系統由專用視頻監視系統統一考慮。專用視頻監視系統前端攝像機采用IP camera（網絡攝像機），整體考慮基于IP的視頻監視架構，整體架構簡單，設備種類少，組網靈活，使用方便。

視頻監控系統覆蓋區域有出入口、站廳、站臺、扶梯上下端、閘機通道、安檢機通道、售票補票亭、重要設備房、廁所等區域。在每個車站警務室和車控室設置視頻監控終端及控制接口，車站警務人員可調看相關視頻及控制云臺攝像機。車控室設置視頻監控終端和控制臺，同樣可監看任意視頻及控制云臺攝像機。車站列車停車位附近設置監視器，本側站臺屏蔽門側攝像機通過解碼和視頻合成顯示在監視器上，供司機監看上下車人員情況。在控制中心，中心調度員可在各自的顯示終端或大屏幕上調看全線任意攝像機的圖像，其中電力調度員主要監視變電所開關設備狀況，防災（環控）調度員主要監視車站的機電設備運營狀態。

視頻監控系統連接示意圖如圖1所示。

視頻監視系統采用車站、控制中心兩級相互獨立的監控方式，平常以車站值班員控制為主進行視頻監控，控制中心調度員可任意選擇上調各車站的任一攝像機的監控畫面。在緊急情況下，以控制中心調度員控制為主進行視頻監控。

本系統前端采用IP網絡高清攝像機，200萬像素，內置CMOS圖像傳感器、H.264數字化壓縮控制器、iSCSI支持功能以及基于WEB的操作系統。前端攝像機采集視頻信號經壓縮編碼直接進入IP監控網絡，IP SAN存儲設備直接連接到監控網絡進行存儲。車站視頻監控包括值班員監控和司機監控，值班員監控通過綜合監控專業設置的監控終端實現，視頻監控系統與綜合監控系統互聯，將視頻信號傳給綜合監控專業。站臺屏蔽門側的攝像機視頻信號一路進入監控網絡進行存儲，一路直接經解碼和視頻合成后在站臺端頭司機停車位處的顯示器上顯示，用于司機監看上下車人流情況，輔助司機控制屏蔽門和安全發車。視頻監控系統能夠對調看視頻監控的人員設置優先級和權限，有相應權限的公安人員可以直接從車站監控網絡調取視頻信號監看，專用視頻監控系統與公安傳輸網絡通過千兆光口連接，用于給派出所和公安分局傳輸推送視頻信號。車站視頻監控系統與控制中心視頻監控系統通過專用傳輸網絡互連，傳輸系統為視頻監視系統提供1000M總線型以太網傳輸通道（高清1920×1080，逐行掃描，不低于6M碼流），完全可以滿足中心的監看需求。同時中心的分析服務器可對劇烈運動、電梯逆行、可疑物、管制區域入侵等進行檢測分析并報警，能夠及時準確全方位掌控車站情況。

結語

不同視頻監控技術有不同的側重點和應用領域，HD-SDI和IP高清監視技術是目前比較流行的兩種高清監視技術，HD-SDI技術視頻流暢、實時性好等優點使得它在許多領域都有應用，但是它結構復雜，成本較高，因而任然有許多局限。IP網絡高清監視在各方面的發展迅速，成本低廉，組網簡單，若能在網絡安全性及傳輸時延等方面更上一層樓，則發展前景更加良好。

整體看，視頻監視已是許多行業中不可或缺的組成部分，在軌道交通中更是行調、環調、電調的有效的輔助手段。視頻監視許多技術已很成熟。但還有很多方面需要完善，例如：設備兼容性更好、行業規范更加細化和專業性、監控更加智能等等。

參考文獻

[1]劉魁.HD-SDI在昆明市軌道交通CCTV系統中的應用、鐵四院院報、004544.

[2]余和初，聶蓉.高清視頻監控技術的現狀及發展趨勢[J].中國公共安全（綜合版），2009（12）.

中圖分類號：TP277

文獻標識碼：A