■ 張文垚 錢偉勇

張文垚：中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海電信測(cè)試中心，高級(jí)工程師，上海，200436

錢偉勇：中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海電信測(cè)試中心，高級(jí)工程師，上海，200436

2008年11月，鐵道部運(yùn)輸局發(fā)布《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）》（以下簡(jiǎn)稱技術(shù)規(guī)范），并于2009年初針對(duì)技術(shù)規(guī)范組織開展技術(shù)驗(yàn)證測(cè)試專項(xiàng)科研項(xiàng)目。項(xiàng)目組分別對(duì)視頻編碼產(chǎn)品測(cè)試、智能分析測(cè)試、系統(tǒng)功能與性能測(cè)試、系統(tǒng)互聯(lián)互通測(cè)試、視頻工程驗(yàn)收測(cè)試等方面進(jìn)行研究和測(cè)試驗(yàn)證，并對(duì)京津高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、合寧高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣鐵集團(tuán)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、青藏鐵路線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估與測(cè)試驗(yàn)證。

通過(guò)多次討論方案與摸底測(cè)試，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目與方法基本覆蓋技術(shù)規(guī)范涉及的關(guān)鍵技術(shù)和指標(biāo)要求，并逐步完善和成熟。2009年10月中旬，測(cè)試組對(duì)鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)幾個(gè)主流廠商的產(chǎn)品進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)試。

1 測(cè)試環(huán)境

依據(jù)技術(shù)規(guī)范組網(wǎng)要求，搭建合理的測(cè)試環(huán)境是各類測(cè)試的前提條件，以確保測(cè)試方法具備可操作性，從而保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為確保測(cè)試的一致性和公正性，視頻系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境所涉及的攝像機(jī)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、客戶端PC、顯示終端等均統(tǒng)一配置，所有設(shè)備技術(shù)指標(biāo)完全滿足技術(shù)規(guī)范要求（見圖1）。被測(cè)視頻產(chǎn)品廠商在確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備硬件配置可滿足自身系統(tǒng)技術(shù)要求情況下，只需提供視頻編碼器和視頻系統(tǒng)軟件。如果實(shí)驗(yàn)室提供的磁盤陣列存儲(chǔ)設(shè)備接口與廠商的系統(tǒng)無(wú)法兼容，則可自帶磁盤陣列設(shè)備。測(cè)試硬件配置情況見表1。

2 測(cè)試項(xiàng)目與測(cè)試方法

測(cè)試項(xiàng)目主要分為系統(tǒng)功能、系統(tǒng)性能、互聯(lián)互通及智能分析測(cè)試4個(gè)方面，重點(diǎn)進(jìn)行前3項(xiàng)測(cè)試。

2.1 系統(tǒng)功能測(cè)試

系統(tǒng)功能測(cè)試主要包括視頻圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)、回放、分發(fā)與轉(zhuǎn)發(fā)、告警、網(wǎng)管等功能的測(cè)試。以下就幾項(xiàng)重點(diǎn)功能測(cè)試進(jìn)行介紹。

（1）圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控功能包括多畫面、圖像切換、字符、時(shí)間同步顯示、圖像快捷鍵功能與抓拍保存功能、PTZ與預(yù)置位恢復(fù)功能、雙碼流輸出功能、不同分辨率設(shè)置功能、自動(dòng)減幀功能等。測(cè)試方法：利用客戶端工具，依據(jù)功能項(xiàng)目要求，進(jìn)行一一驗(yàn)證。其中自動(dòng)減幀功能測(cè)試?yán)镁W(wǎng)絡(luò)性能仿真儀，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行限制后，使網(wǎng)絡(luò)帶寬小于實(shí)際應(yīng)用帶寬，客戶端調(diào)用實(shí)時(shí)圖像實(shí)現(xiàn)減幀播放。利用專用碼流分析軟件對(duì)減幀保存的圖像文件進(jìn)行壓縮編碼格式與每秒幀數(shù)的分析。

表1 測(cè)試硬件配置表

（2）存儲(chǔ)功能測(cè)試包括實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與條件存儲(chǔ)、重要告警圖像備份、存儲(chǔ)策略設(shè)置、減幀存儲(chǔ)、外部觸發(fā)存儲(chǔ)等。測(cè)試方法：依據(jù)時(shí)間、地點(diǎn)、事件等條件對(duì)64路視頻輸入源進(jìn)行4CIF分辨率下的存儲(chǔ)，并通過(guò)各類檢索條件對(duì)各路存儲(chǔ)歷史圖像進(jìn)行檢索和調(diào)用驗(yàn)證。

（3）告警功能測(cè)試包括各類告警輸出、告警信息提示、告警存儲(chǔ)、告警聯(lián)動(dòng)等。測(cè)試方法：對(duì)視頻系統(tǒng)各類設(shè)備進(jìn)行故障模擬，在網(wǎng)管或維護(hù)終端測(cè)試實(shí)時(shí)顯示的各類告警信息輸出。

2.2 系統(tǒng)性能測(cè)試

系統(tǒng)性能測(cè)試主要包括視頻網(wǎng)絡(luò)性能、響應(yīng)時(shí)延、分發(fā)與轉(zhuǎn)發(fā)能力、穩(wěn)定性與可靠性、系統(tǒng)圖像質(zhì)量評(píng)估等方面的測(cè)試。

（1）視頻網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試包括不同分辨率下平均網(wǎng)絡(luò)帶寬要求、網(wǎng)絡(luò)傳輸特性（帶寬、時(shí)延、丟包、抖動(dòng)等）對(duì)圖像質(zhì)量與操作的影響評(píng)估。測(cè)試方法：通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)仿真測(cè)試儀，依據(jù)技術(shù)規(guī)范中數(shù)據(jù)網(wǎng)相關(guān)時(shí)延、丟包、抖動(dòng)指標(biāo)要求加入測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中，并對(duì)登錄認(rèn)證時(shí)延、實(shí)時(shí)圖像調(diào)用時(shí)延、PTZ操作時(shí)延、歷史圖像檢索時(shí)延、圖像質(zhì)量效果等方面進(jìn)行測(cè)試。

（2）響應(yīng)時(shí)延測(cè)試包括視頻實(shí)時(shí)調(diào)用響應(yīng)時(shí)延、云臺(tái)PTZ控制響應(yīng)時(shí)延、圖像間切換響應(yīng)時(shí)延（同級(jí)、不同級(jí)間）、系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)響應(yīng)時(shí)延、檢索響應(yīng)時(shí)延、登錄認(rèn)證時(shí)延、告警時(shí)延等內(nèi)容。測(cè)試方法：使用專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析操作信令流程，將發(fā)起操作動(dòng)作信令消息至結(jié)果返回消息的時(shí)間差作為時(shí)延測(cè)試值。

（3）分發(fā)與轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試包括4CIF/CIF分辨率下同一路視頻分發(fā)能力、不同路視頻分發(fā)能力、滿負(fù)荷分發(fā)能力及三級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)能力的測(cè)試。測(cè)試方法：通過(guò)100個(gè)仿真客戶端對(duì)分辨率4CIF（702×576）下的同一路視頻源或不同路視頻源，經(jīng)過(guò)三級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)和分發(fā)后的視頻流進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)用。

（4）穩(wěn)定性與可靠性測(cè)試包括24 h壓力狀態(tài)下系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試、冗余設(shè)備倒換與恢復(fù)。測(cè)試方法：64路4CIF視頻源在100個(gè)客戶端通過(guò)三級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)后進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)用，同時(shí)存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，每個(gè)客戶端調(diào)用不小于4路，實(shí)時(shí)調(diào)用4CIF視頻流達(dá)到300路左右。分發(fā)服務(wù)器帶寬達(dá)到600 Mb/s，存儲(chǔ)服務(wù)器帶寬達(dá)到130 Mb/s以上，測(cè)試周期大于24 h。在上述測(cè)試壓力流量下，考察視頻系統(tǒng)內(nèi)各類軟硬件設(shè)備的穩(wěn)定性。冗余設(shè)備倒換與恢復(fù)測(cè)試，是檢驗(yàn)視頻系統(tǒng)內(nèi)各類冗余服務(wù)器、磁盤陣列的可靠性，人為進(jìn)行故障操作，如網(wǎng)絡(luò)中斷、電源中斷時(shí)故障設(shè)備倒換至備用設(shè)備的情況。

（5）系統(tǒng)圖像質(zhì)量評(píng)估主要依據(jù)技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的主觀MOS（Mean Opinion Score）評(píng)估法進(jìn)行評(píng)估。測(cè)試方法：在圖案發(fā)生器中，測(cè)試圖案是標(biāo)準(zhǔn)高清視頻質(zhì)量評(píng)估視頻源，包括色彩與分辨率測(cè)試圖像、邊鋸與邊緣測(cè)試圖像、細(xì)節(jié)處理測(cè)試圖像、高速移動(dòng)物體測(cè)試圖像、字體顯示測(cè)試圖像。由10人組成圖像質(zhì)量評(píng)估組，其中包括視頻專家和普通技術(shù)人員。通過(guò)人眼觀測(cè)視頻系統(tǒng)處理后的輸出圖像與原始圖像，根據(jù)測(cè)試圖案進(jìn)行逐一比對(duì)測(cè)試，并按5分制進(jìn)行打分，取平均值。

2.3 智能分析測(cè)試

由于測(cè)試樣本、測(cè)試方法、評(píng)估體系有待進(jìn)一步研究，目前還不具備規(guī)范的智能分析測(cè)試條件。在此，根據(jù)工程進(jìn)度要求，在總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用前提下，對(duì)基于前端編碼的分析與基于后端服務(wù)器的智能分析功能進(jìn)行比對(duì)測(cè)試。由于條件限制，智能分析內(nèi)容僅選擇入侵告警分析功能（見圖2）。分別選擇多種基準(zhǔn)測(cè)試源，每個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試源完整測(cè)試100次，分別記錄每次的觸發(fā)告警時(shí)間、觸發(fā)目標(biāo)物的大?。ㄓ|發(fā)靈敏度）、全部過(guò)程誤報(bào)次數(shù)和漏報(bào)次數(shù)，并統(tǒng)計(jì)誤報(bào)率和漏報(bào)率。前端分析與后端分析分別進(jìn)行測(cè)試，同一測(cè)試基準(zhǔn)源的報(bào)警錄像進(jìn)行同時(shí)播放，驗(yàn)證兩者之間的差異性，包括第一觸發(fā)告警時(shí)間、觸發(fā)靈敏度、誤報(bào)率、漏報(bào)率等指標(biāo)。

2.4 互聯(lián)互通測(cè)試

現(xiàn)階段鐵路綜合視頻監(jiān)控產(chǎn)品并不兼容，系統(tǒng)內(nèi)視頻壓縮協(xié)議、信令控制與交互訪問(wèn)協(xié)議各不相同，在實(shí)際運(yùn)用中，同一區(qū)域節(jié)點(diǎn)往往存在不同廠商產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)資源共享與集中維護(hù)，必須實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間互通。技術(shù)規(guī)范已明確規(guī)定視頻監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議，如果各廠商獨(dú)自開發(fā)，不僅存在一個(gè)周期問(wèn)題，而且可能因技術(shù)細(xì)節(jié)理解偏差造成錯(cuò)誤。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)科研項(xiàng)目中，需開發(fā)一套統(tǒng)一的符合技術(shù)規(guī)范要求的視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通網(wǎng)關(guān)（見圖3）。其中，AA，AGU，SCU是技術(shù)規(guī)范中視頻節(jié)點(diǎn)規(guī)定的功能單元，DSU，DDU和SA是根據(jù)視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通需要增加的功能單元?；ヂ?lián)互通測(cè)試主要指各廠商視頻監(jiān)控系統(tǒng)與視頻網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通測(cè)試。功能測(cè)試內(nèi)容包括視頻系統(tǒng)內(nèi)部資源上報(bào)、網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)內(nèi)目錄資源生成、用戶登錄與認(rèn)證、實(shí)時(shí)視頻圖像調(diào)用、PTZ遠(yuǎn)程控制、歷史圖像檢索、調(diào)用與下載、用戶優(yōu)先級(jí)等功能驗(yàn)證，并對(duì)上述操作動(dòng)作的SIP通信協(xié)議和流程進(jìn)行分析。性能測(cè)試包括登錄認(rèn)證、實(shí)時(shí)調(diào)用、檢索、目錄更新等各類操作響應(yīng)時(shí)延的測(cè)試。

3 測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)大量測(cè)試數(shù)據(jù)，初步得到以下結(jié)果：

（1）各廠商視頻系統(tǒng)的基本功能與性能可以實(shí)現(xiàn)和滿足技術(shù)規(guī)范要求，但網(wǎng)管故障管理、各類設(shè)備告警信息等功能尚不完善，也不便于維護(hù)。

（2）沒有實(shí)現(xiàn)基于視頻內(nèi)容的自動(dòng)減幀存儲(chǔ)功能，基于條件的存儲(chǔ)策略可選內(nèi)容少。

（3）所選廠商中，只有一家可實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)性能受限情況下，實(shí)時(shí)調(diào)用的圖像，具備自動(dòng)減幀功能。

（4）客戶端登錄認(rèn)證與管理服務(wù)器認(rèn)證信息過(guò)多，造成登錄時(shí)間長(zhǎng)，并受網(wǎng)絡(luò)時(shí)延影響明顯。

（5）基于文件存儲(chǔ)方式的圖像存儲(chǔ)技術(shù)，檢索精度差。

（6）視頻編碼器質(zhì)量是影響視頻系統(tǒng)實(shí)時(shí)圖像與歷史錄像圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

（7）由于圖像客觀評(píng)估的測(cè)試工具受條件限制較多，圖像質(zhì)量評(píng)估應(yīng)以主觀評(píng)估為主、客觀評(píng)估為輔，以保證圖像質(zhì)量評(píng)估的真實(shí)有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)隨著數(shù)字視頻技術(shù)發(fā)展和鐵路各系統(tǒng)的實(shí)際需求變化而不斷更新，使綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保障鐵路安全運(yùn)營(yíng)，提升服務(wù)質(zhì)量發(fā)揮重要作用。