王小鳳

（北京國鐵華晨通信信息技術(shù)有限公司，北京 100070）

1 鐵路綜合視頻系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)鐵路通信網(wǎng)及視頻網(wǎng)建設(shè)特點，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用多級架構(gòu)方式，分為采集點、I類接入節(jié)點、II類接入節(jié)點、區(qū)域節(jié)點和核心節(jié)點，對視頻流采用分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)機制。而圖像清晰度方面，目前鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要采用傳統(tǒng)標清標準，前端采用模擬攝像機，后端使用數(shù)字視頻編碼器進行圖像的編碼壓縮，圖像質(zhì)量基本在30～40萬像素清晰度。對圖像分辨率要求以CIF（352×288）為單位，最高分辨率要求為4CIF（704×576）。根據(jù)監(jiān)控場景不同，通信、信號、電力機房內(nèi)部，均采用CIF分辨率；機房外、鐵路沿線、車站內(nèi)旅服視頻均按照4CIF分辨率進行要求。

2 高清技術(shù)

2.1 高清技術(shù)基本概念

高清技術(shù)是在廣播電視領(lǐng)域首先被提出的，最早是由美國電影電視工程師協(xié)會（SMPTE）等權(quán)威機構(gòu)制定相關(guān)標準。視頻監(jiān)控領(lǐng)域同樣也廣泛沿用了廣播電視的標準，將“高清”定義為720P（1280×720，逐 行）、1080I（1920×1080，隔行）與1080P（1920×1080，逐行）3種標準形式。?也就是說，對最低標準的高清圖像（720P）來說，有效像素已可達到130萬。而最高級別的全高清1080P圖像，甚至達到了300萬像素。

高清視頻監(jiān)控大體分為3個階段，俗稱三代。第一階段，主要適用于小場景監(jiān)控的百萬像素IP攝像機+視頻管理軟件模式；第二階段，能夠基本滿足大型監(jiān)控系統(tǒng)需求的高清IP攝像機+光端機+解碼器+高清顯示+高清存儲模式的第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)；第三階段，融合模擬標清、IP高清、HD-SDI高清3種技術(shù)的高清監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2 高清技術(shù)常見實現(xiàn)方式——網(wǎng)絡(luò)高清攝像機

網(wǎng)絡(luò)攝像機，也叫IP攝像機，即IP?CAMERA，簡稱IPC。在近幾年得益于網(wǎng)絡(luò)帶寬、芯片技術(shù)、編碼算法、存儲技術(shù)的進步而得到大力發(fā)展。IPC的特點主要體現(xiàn)在“IP”上，即支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的攝像機。IPC可以看成是模擬攝像機與視頻編碼器的結(jié)合體，從圖像質(zhì)量指標講，又可以實現(xiàn)高于模擬攝像機與視頻編碼器的效果。IPC是新一代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的核心硬件設(shè)備，通常采用嵌入式架構(gòu)，集成了視頻音頻采集、信號處理、編碼壓縮、智能分析、緩沖存儲及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N功能，再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)視頻存儲錄像系統(tǒng)及管理平臺軟件，就可以構(gòu)建成大規(guī)模、分布式的智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 快速發(fā)展的HD-SDI技術(shù)

HD-SDI是高清數(shù)字分量串行接口，是實時無壓縮的高清，是安防監(jiān)控領(lǐng)域的又一科技進步，為監(jiān)控中心提供高清晰圖像來源的設(shè)備?；赟DI接口的高清視頻系統(tǒng)具有圖像無損、非壓縮，以及高清圖像傳輸無延時等IP高清攝像機所不具備的優(yōu)點。HD-SDI攝像機所提供的未壓縮高清圖像是智能監(jiān)控所需的最佳圖像來源。此外，由于視頻是實時傳送，不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的視頻中斷或延遲，避免帶來錯誤的信息。由于HD-SDI攝像機采用傳統(tǒng)的BNC接頭，傳輸線纜使用常用的國標“75-5”視頻線，因此，只需更換前端攝像機和后端設(shè)備，即可實現(xiàn)將既有標清系統(tǒng)升級改造為高清系統(tǒng)。北京奧運期間，所有場館的高清電視轉(zhuǎn)播采用的就是HD-SDI高清視頻傳輸方式。

2.4 高清技術(shù)與傳統(tǒng)標清技術(shù)相比的優(yōu)勢

傳統(tǒng)標清圖像，以CIF為單位作為像素、清晰度標定，包括PAL制式和NTSC制式兩種，而國內(nèi)鐵路行業(yè)基本采用的均是PAL制式，最高分辨率提供到4CIF（704*576）像素，即40萬像素級別。

從技術(shù)角度而言，IPC相對于傳統(tǒng)模擬攝像機，直接于前端完成對音視頻信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，以數(shù)字信號的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，有效地避免了傳統(tǒng)模擬信號傳輸距離受限的問題。同時，IPC通常采用逐行掃描的方式，相比模擬相機的隔行掃描?，能提供更清晰的畫質(zhì)效果。

根據(jù)以上比較，高清720P的分辨率為標清CIF分辨率的9倍，即得到9倍于傳統(tǒng)CIF畫質(zhì)的圖像清晰度。因此，從最直觀的視覺效果進行比較，720P相比標清4CIF圖像，清晰度提升效果明顯。

3 鐵路行業(yè)高清技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 車站內(nèi)重點場所

1）售票處：針對各種糾紛事件，以高清晰度的圖像顯示，配以實時錄音功能的全面場景回放，以實現(xiàn)配合工作人員對問題進行調(diào)解。

2）安檢口：不但實現(xiàn)對錯拿行李情況的追蹤查詢，方便車站人員迅速定位相關(guān)人員，以便查找；還能配以人臉識別系統(tǒng)，與公安系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進行比對，實現(xiàn)對重點關(guān)注對象的排查。

3）案件多發(fā)區(qū)：通過高清圖像，對發(fā)生糾紛、案件的場景進行回放，定位相關(guān)責任人，進而幫助民事協(xié)調(diào)、刑事偵破等工作的快速開展。

3.2 鐵路沿線

在鐵路沿線的災(zāi)害重點區(qū)域、重點交叉道口，目前鐵路視頻監(jiān)控所采用的多為標清圖像，但對于部分管理部門而言，則要求對重點位置能夠做到“看清”。但由于場景、環(huán)境等多種客觀因素的限制，造成無法達到所需的清晰效果。因此，高清圖像的使用，將能夠從很大程度上緩解這個問題。

3.3 高清技術(shù)的選擇

對于鐵路應(yīng)用而言，認為采用720P為佳。不可否認，1080P帶來了更佳的清晰度和監(jiān)控體驗，但任何項目的投資都要考慮經(jīng)濟、實用等多方面因素，過高地追求高標準，勢必帶來高投入。

就鐵路行業(yè)視頻監(jiān)控應(yīng)用而言，大體分為4類：第一類為通信、信號等機房監(jiān)控。該類監(jiān)控基本為小場景，攝像機基本安裝于機房內(nèi)，或沿線機房所在院落內(nèi)，監(jiān)控機房內(nèi)設(shè)備或基站機房門口，兼顧設(shè)備安全及運行狀況；第二類，沿線重點地點監(jiān)控，如公跨鐵、救援疏散通道、隧道口、咽喉區(qū)等。針對此類場景，攝像機多為就近安裝，觀測距離很少超過100?m且場景相對固定；第三類，長距攝像機，通常安裝于基站鐵塔，用來對高鐵線路沿線狀況巡視使用；第四類，即車站內(nèi)圖像監(jiān)控，提供旅客流量監(jiān)控、治安事件預(yù)防等多項幫助。

綜合以上4種類型，結(jié)合高清應(yīng)用場景的實際考慮，鐵路行業(yè)對高清圖像需求，應(yīng)傾向于相對小場景下的高清晰監(jiān)控，尤其以車站內(nèi)監(jiān)控為主要特征。但考慮到車站內(nèi)監(jiān)控點位分布密集，各攝像機監(jiān)控場景形成交叉，故720P的清晰度已足可滿足實際場景監(jiān)控需求。因此，針對鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可采用”標清+數(shù)字高清“一體化系統(tǒng)的方式，針對重點場景采用百萬級像素的高清圖像進行監(jiān)控，普通場景則沿用標清圖像標準。

4 基于鐵路視頻監(jiān)控技術(shù)標準體系架構(gòu)的高清技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)行鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中，對于系統(tǒng)體系架構(gòu)進行了明確的規(guī)定，整體系統(tǒng)采用流媒體分發(fā)的方式，并根據(jù)視頻監(jiān)控需求層級不同采用多級系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。最底層節(jié)點設(shè)置視頻存儲分發(fā)服務(wù)。視頻流經(jīng)最底層的存儲分發(fā)服務(wù)處理后，實現(xiàn)視頻存儲及分發(fā)功能；而當高層級用戶具有調(diào)取視頻圖像需求時，則通過本級視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)向較低級別的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)/分發(fā)服務(wù)申請所需的視頻圖像資源。當出現(xiàn)多用戶同時申請同一路圖像資源時，則由本級分發(fā)服務(wù)/轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)自動完成該路圖像的分發(fā)功能，而無需多次申請同一路視頻，從而起到了降低各級間的帶寬需求。

如前所述，現(xiàn)有鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)體系架構(gòu)已在多個項目中進行實踐與推廣，因此，引入高清技術(shù)的鐵路視頻監(jiān)控也應(yīng)遵循此體系。只需通過高清設(shè)備軟件接口，在系統(tǒng)底層實現(xiàn)對高清視頻圖像的接入，即可使得針對既有系統(tǒng)部分升級為高清視頻成為可能。

[1] TB 10085-2009 鐵路圖像通信設(shè)計規(guī)范[S].

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

[3] GA/T 367-2001 視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求[S].

[4] GB 50396-2007 出入口控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范[S].

[5]西剎子.安防天下—智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[6]師研，侯宗友，吳平，等.高清趨勢下鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)[J].中國鐵路，2012，89-91.