黃智浩

（中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海電信測(cè)試中心，上海 200436）

伴隨著高速鐵路的發(fā)展，作為鐵路運(yùn)輸重要安防技術(shù)手段的綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要性正日益顯現(xiàn)。然而，由于視頻生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品的多樣性，制定適應(yīng)工程需要的視頻系統(tǒng)測(cè)試方法以及相關(guān)性能指標(biāo)，是大勢(shì)所趨。

針對(duì)鐵路視頻發(fā)展的實(shí)際情況，鐵道部發(fā)布了《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）》、《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻內(nèi)容分析性能測(cè)試要求（暫行）》、《鐵路綜合視頻監(jiān)控測(cè)試大綱V1.2》、《鐵路圖像通信設(shè)計(jì)規(guī)范》等一系列相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)要求，對(duì)于鐵路視頻檢測(cè)方法的研究提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。同時(shí)，通過對(duì)青藏線、滬寧高鐵、滬杭高鐵、武廣高鐵、京滬高鐵的視頻監(jiān)控等項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)施工和測(cè)試，中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海電信測(cè)試中心（簡(jiǎn)稱公司）積累了豐富的施工和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，而項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的問題，也為本項(xiàng)目的研究提供了有力的保障和積累。

此外，應(yīng)鐵道部要求，公司參與了在北京進(jìn)行的12家視頻集成商系統(tǒng)平臺(tái)的全面測(cè)試，測(cè)試函概了功能、性能、主觀評(píng)估、互聯(lián)互通等各方面；完成了12家視頻集成商智能分析C級(jí)入門測(cè)試，建立了鐵路智能分析C1級(jí)智能庫(kù)；參與組織了北京高清視頻攝像機(jī)測(cè)試，對(duì)4家視頻集成商的高清攝像機(jī)進(jìn)行了平臺(tái)接入基本功能測(cè)試、高清與標(biāo)清對(duì)比測(cè)試、視頻全景覆蓋測(cè)試，為高清攝像機(jī)在高速鐵路領(lǐng)域的可用性研究提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 視頻圖像主客觀測(cè)試方法

通過前期長(zhǎng)時(shí)間的視頻系統(tǒng)施工階段、靜態(tài)驗(yàn)收階段、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)階段，公司積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，通過大量的深入研究，并以鐵道部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為理論依據(jù)，公司總結(jié)出一套完整視頻系統(tǒng)性能/功能的工程檢測(cè)方法。

視頻系統(tǒng)工程檢測(cè)項(xiàng)目主要分為系統(tǒng)功能、系統(tǒng)性能、互聯(lián)互通3個(gè)方面。

1.1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能包括視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、視頻存儲(chǔ)、視頻回放、云臺(tái)控制、視頻分發(fā)與轉(zhuǎn)發(fā)、視頻告警和視頻網(wǎng)管。

實(shí)時(shí)監(jiān)控功能包括單畫面和多畫面切換、圖像放大縮小、終端信息顯示、多用戶同時(shí)監(jiān)控一路視頻源、圖像組合播放、圖像輪巡、圖像抓拍、幀率調(diào)整、碼流分辨率設(shè)置、時(shí)間同步等。

測(cè)試方法：依托終端監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)各個(gè)功能項(xiàng)進(jìn)行逐一驗(yàn)證。對(duì)于幀率、分辨率等指標(biāo)的測(cè)試，則需要依據(jù)專用網(wǎng)絡(luò)分析儀表。對(duì)傳輸圖像的幀率進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，查看實(shí)際圖像的傳輸幀率和分辨率等指標(biāo)，如圖1所示。

存儲(chǔ)功能包括實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、有條件存儲(chǔ)、存儲(chǔ)備份、減幀存儲(chǔ)和存儲(chǔ)空間設(shè)置。

在終端平臺(tái)對(duì)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行查看，考察存儲(chǔ)視頻是否存在缺漏。而對(duì)存儲(chǔ)時(shí)間段、存儲(chǔ)對(duì)象、和觸發(fā)存儲(chǔ)事件，則可以進(jìn)行有條件設(shè)置存儲(chǔ)。設(shè)置完成后，系統(tǒng)可以分別根據(jù)存儲(chǔ)條件對(duì)實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行存儲(chǔ)，使存儲(chǔ)空間的利用更加合理。而存儲(chǔ)內(nèi)容的清晰化、一致化也更便于維護(hù)人員的管理和維護(hù)。

在不同條件下，對(duì)圖像幀率的要求往往也不同。這就要求系統(tǒng)必須具備幀率調(diào)節(jié)的能力。在終端平臺(tái)對(duì)視頻傳輸幀率進(jìn)行更改，如把25幀/秒的幀率改為低于該幀率，通過對(duì)視頻圖像傳輸數(shù)據(jù)包的實(shí)時(shí)分析，確認(rèn)終端幀率調(diào)節(jié)功能是否實(shí)現(xiàn)。幀率檢測(cè)界面如圖2所示。

視頻回放功能是鐵路視頻系統(tǒng)的重要功能。主要分為以下幾個(gè)方面：1）對(duì)有條件查詢結(jié)果進(jìn)行回放。2）在監(jiān)控平臺(tái)中可以遠(yuǎn)程對(duì)存儲(chǔ)錄像進(jìn)行調(diào)用，并遠(yuǎn)程播放，同時(shí)，能夠?qū)Υ鎯?chǔ)在本地的圖像進(jìn)行本地調(diào)用。3）在對(duì)歷史圖像的播放中進(jìn)行快慢放、倒放、拖拽和暫停等操作，查看其是否正常。4）能夠?qū)︿浵襁M(jìn)行逐幀播放，在測(cè)試中主要通過在監(jiān)控平臺(tái)對(duì)以上相關(guān)項(xiàng)目的功能性驗(yàn)證，來考量系統(tǒng)的回放功能是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

云臺(tái)控制功能的實(shí)現(xiàn)，加大了視頻信號(hào)前端采集的范圍，也便于監(jiān)控人員更加有效地了解監(jiān)控區(qū)域的真實(shí)情況。在監(jiān)控平臺(tái)對(duì)具備云臺(tái)的攝像機(jī)進(jìn)行操控，攝像機(jī)能夠左右上下進(jìn)行移動(dòng)。同時(shí)，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行預(yù)置位設(shè)置，重啟攝像機(jī)，查看攝像機(jī)重啟時(shí)是否會(huì)回到預(yù)置位，并檢查預(yù)置位偏差角度。在監(jiān)控平臺(tái)對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行變焦、變倍、光圈調(diào)節(jié)等操作，主觀檢測(cè)圖像是否發(fā)生了相應(yīng)變化。

視頻告警功能的驗(yàn)證主要分為以下幾方面。

1）能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的告警信息進(jìn)行處理，如對(duì)告警信息的確認(rèn)操作等，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該支持以文字、聲音、圖像等方式進(jìn)行提示。在系統(tǒng)內(nèi)部，相關(guān)告警信息能夠被存儲(chǔ)。能夠人工對(duì)告警信息的級(jí)別、類型、告警時(shí)間、告警內(nèi)容進(jìn)行查詢。

2）在監(jiān)控平臺(tái)能夠用電子地圖的形式顯示線路各站點(diǎn)的具體信息。模擬現(xiàn)場(chǎng)告警，能夠在電子地圖上顯示告警信息。

3）人工觸發(fā)告警，系統(tǒng)應(yīng)該支持告警信息及相關(guān)視頻自動(dòng)彈出功能。告警錄像能夠設(shè)置預(yù)錄制功能，并且預(yù)錄制時(shí)間不小于10 s。

在監(jiān)控平臺(tái)對(duì)功能項(xiàng)進(jìn)行逐一檢測(cè)，所有功能項(xiàng)必須符合以上要求。

網(wǎng)管功能包括配置功能、故障管理、性能管理、安全管理和日志管理。在監(jiān)控平臺(tái)上能夠?qū)ο到y(tǒng)（包括編碼器等設(shè)備）進(jìn)行配置，如新節(jié)點(diǎn)的定義、初始化、新IP地址配置、遠(yuǎn)程配置、圖像信息顯示等操作；能夠?qū)ο到y(tǒng)故障進(jìn)行顯示、分類，并能夠?qū)v史告警進(jìn)行查詢，對(duì)告警信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；能夠?qū)ο到y(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控并顯示，如系統(tǒng)內(nèi)部資源占用率等信息；在用戶界面中可以查詢到設(shè)備或操作人員的使用日志，以及設(shè)備告警日志等詳細(xì)信息。

1.2 系統(tǒng)性能

系統(tǒng)性能包括網(wǎng)絡(luò)性能、系統(tǒng)時(shí)延、視頻聯(lián)動(dòng)時(shí)延、分發(fā)與轉(zhuǎn)發(fā)能力、圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)、視頻的水平清晰度和灰度。

視頻網(wǎng)絡(luò)性能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。依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，在網(wǎng)絡(luò)中加入時(shí)延、丟包和抖動(dòng)，考察系統(tǒng)的登錄認(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)延以及圖像質(zhì)量效果。

系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)時(shí)延是指從監(jiān)控平臺(tái)發(fā)出命令到前端設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)命令所需時(shí)間。通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)信令流程進(jìn)行監(jiān)控和分析，查找出終端發(fā)出命令的時(shí)間以及接收方回應(yīng)確認(rèn)消息的時(shí)間結(jié)點(diǎn)，兩者的相對(duì)時(shí)差就是所需要的測(cè)試時(shí)延。

分發(fā)與轉(zhuǎn)發(fā)能力包括不同分辨率下同一幅或不同圖像的3級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)能力。利用仿真工具或真實(shí)終端調(diào)用同一幅圖像。實(shí)際測(cè)試模擬100個(gè)用戶同時(shí)調(diào)用同一幅4CIF(702×576)圖像，考察系統(tǒng)的分發(fā)與轉(zhuǎn)發(fā)能力是否能夠?qū)嶋H達(dá)到。

圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)以MOS主觀評(píng)價(jià)方法作為依據(jù)。由前端測(cè)試圖案發(fā)生器，發(fā)送測(cè)試圖案與序列：色彩分辨率、抗鋸齒、細(xì)節(jié)處理、畫面細(xì)節(jié)、運(yùn)動(dòng)物體降噪處理。在后端分別通過視頻硬解碼器輸出至等離子屏和客戶端。通過原始輸入端顯示圖像與輸出端圖像進(jìn)行比對(duì)，從而得出最終主觀評(píng)估分值。由測(cè)試組組織10人以上觀測(cè)人員，其中包括專家和普通人員，對(duì)圖像的色彩還原、清晰度、圖像連續(xù)性、邊緣處理、細(xì)節(jié)處理等方面進(jìn)行評(píng)估，對(duì)得出分?jǐn)?shù)取平均值。通過分?jǐn)?shù)為MOS總評(píng)分大于4級(jí)。圖像主觀評(píng)估視頻源截圖如圖3所示。

視頻的水平清晰度和灰度必須借助專業(yè)圖像測(cè)試卡進(jìn)行測(cè)試。在視頻攝像頭前端放置圖像分辨率測(cè)試卡，并將測(cè)試卡滿屏顯示，在后端查看水平分辨率。黑白電視水平清晰度≥400線。彩色電視水平清晰度≥270線。在視頻攝像頭前端放置圖像灰度測(cè)試卡，并將測(cè)試卡滿屏顯示，在后端查看灰度。灰度標(biāo)準(zhǔn)：≥8級(jí)。

1.3 互聯(lián)互通

由于同一條高速鐵路的視頻系統(tǒng)建設(shè)，不排除會(huì)使用多廠家的設(shè)備，所以，不同設(shè)備之間必須能夠做到互通，包括圖像的編解碼、命令傳輸?shù)取ｈF路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻核心節(jié)點(diǎn)、視頻區(qū)域節(jié)點(diǎn)和視頻接入節(jié)點(diǎn)3類視頻節(jié)點(diǎn)組成。實(shí)現(xiàn)不同視頻系統(tǒng)之間互聯(lián)和視頻共享，應(yīng)對(duì)所轄范圍的用戶和設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，支持用戶跨區(qū)域訪問的認(rèn)證、鑒權(quán)，實(shí)現(xiàn)信令的多級(jí)交換和視頻數(shù)據(jù)的跨域轉(zhuǎn)發(fā)。

視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通的功能單元包括：認(rèn)證授權(quán)單元、接入網(wǎng)關(guān)單元、目錄服務(wù)單元、信令控制單元、數(shù)據(jù)分發(fā)單元和視頻系統(tǒng)代理。

功能測(cè)試內(nèi)容包括視頻系統(tǒng)內(nèi)部資源的上報(bào)、網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)內(nèi)目錄資源的生成、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、歷史圖像的檢索、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)試內(nèi)容應(yīng)包括各類操作響應(yīng)時(shí)延等。

2 測(cè)試方法的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

上述功能、性能測(cè)試方法在實(shí)際工程實(shí)施和調(diào)試中得到了充分的驗(yàn)證。以下為部分現(xiàn)場(chǎng)情況匯總，通過相應(yīng)功能、性能項(xiàng)的檢測(cè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問題進(jìn)行了處理，對(duì)于工程的順利進(jìn)行有著重要的意義。

1）云臺(tái)響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)。

問題：集成商認(rèn)為是傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，并非系統(tǒng)在處理過程中出現(xiàn)問題。

解決方案：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延指標(biāo)進(jìn)行了端對(duì)端測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)延未超過標(biāo)準(zhǔn)值，排除了由網(wǎng)絡(luò)時(shí)延而造成的云臺(tái)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)現(xiàn)象。故此次問題原因鎖定為設(shè)備本身引起，經(jīng)過集成商現(xiàn)場(chǎng)排查，問題解決。

2）視頻圖像不流暢，出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。

問題：集成商認(rèn)為是傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題。

解決方案：通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)網(wǎng)帶寬進(jìn)行了端對(duì)端測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明傳輸系統(tǒng)未保證設(shè)計(jì)要求提供帶寬，故圖像出現(xiàn)了丟包現(xiàn)象，影響了圖像的質(zhì)量，通過相關(guān)部門協(xié)商，該問題解決。

3）視頻清晰度、灰度。

問題：各方對(duì)視頻攝像頭成像質(zhì)量產(chǎn)生分歧，對(duì)于攝像頭的清晰度是否達(dá)到了系統(tǒng)技術(shù)要求產(chǎn)生了疑問。

解決方案：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員將專用清晰度、灰度測(cè)試卡在攝像機(jī)前端進(jìn)行滿屏顯示，在監(jiān)控平臺(tái)對(duì)卡上的圖案進(jìn)行分析，得出準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工程檢測(cè)技術(shù)對(duì)于鐵路視頻系統(tǒng)的規(guī)范起到了積極的作用，而隨著視頻技術(shù)的不斷發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)也必須不斷地更新，符合現(xiàn)場(chǎng)工程檢測(cè)要求，這樣，才能夠滿足鐵路視頻檢測(cè)的實(shí)際需求。

[1] 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院．TB 10085-2009 鐵路圖像通信設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海工程集團(tuán)有限公司. TB 10755-2010 高速鐵路通信工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社出版發(fā)行， 2010.

[3] 運(yùn)基通信[2008]630號(hào) 鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）[S].