寇昭，周學(xué)軍，戚于華

（海軍工程大學(xué)，武漢 430033）

0 引言

隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)的各導(dǎo)航臺(tái)站均安裝了視頻監(jiān)控設(shè)備，各類(lèi)導(dǎo)航設(shè)備也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控；但目前主要存在監(jiān)控圖像清晰度不高、缺乏智能分析能力、事后取證困難的問(wèn)題，致使各導(dǎo)航臺(tái)站難以實(shí)現(xiàn)少人或無(wú)人值守，更無(wú)法及時(shí)預(yù)警或定位導(dǎo)航設(shè)備故障，這將對(duì)飛行安全造成重大的影響。

因此，為了能夠給維護(hù)人員提供更為直觀和清晰的監(jiān)測(cè)方式，提高巡檢和設(shè)備維護(hù)效率，在導(dǎo)航臺(tái)站中采用高清視頻監(jiān)控將成為必然，將高清視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到導(dǎo)航臺(tái)站，利用高清視頻圖像為導(dǎo)航臺(tái)站的安全運(yùn)行提供更可靠的保障，對(duì)導(dǎo)航臺(tái)站各項(xiàng)管理具有重要意義。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

導(dǎo)航臺(tái)站高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)按照系統(tǒng)功能可分為五層，即接入層、傳輸層、控制層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。每一層均有相對(duì)集中的應(yīng)用范疇，各層功能實(shí)體之間均采用標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)控制、媒體傳輸接口。系統(tǒng)架構(gòu)框圖如圖1所示。

1) 應(yīng)用層。應(yīng)用層為系統(tǒng)應(yīng)用提供人機(jī)交互平臺(tái)，結(jié)合應(yīng)用的需要，將業(yè)務(wù)層基本功能模塊進(jìn)行組合，同時(shí)增加一些必要的補(bǔ)充業(yè)務(wù)特性即可形成具體的應(yīng)用方案。根據(jù)不同指揮所對(duì)該系統(tǒng)的組織運(yùn)用要求，可提供基于座席、電視墻或第三方系統(tǒng)的視頻監(jiān)控、視頻直播、視頻點(diǎn)播、視頻會(huì)議、指揮調(diào)度等應(yīng)用。

2) 業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的生成與提供，主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、錄像回放、接入控制、智能分析、聯(lián)動(dòng)配置等業(yè)務(wù)功能模塊以及與視頻會(huì)議、GIS等多種業(yè)務(wù)功能的接口。將多種應(yīng)用的業(yè)務(wù)功能進(jìn)行抽象提煉后實(shí)現(xiàn)的基本功能模塊，可實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、智能分析基本模塊功能、與其他系統(tǒng)的聯(lián)運(yùn)配置業(yè)務(wù)功能、與視頻會(huì)議、GIS、語(yǔ)音通訊等業(yè)務(wù)功能的接口。業(yè)務(wù)層可實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的關(guān)鍵基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，并提供模塊化的定制能力，可根據(jù)方案應(yīng)用的需要或者減少不同的業(yè)務(wù)功能模塊。

3)控制層?？刂茖佑筛骷?jí)管理服務(wù)器組成，完成級(jí)聯(lián)管理、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理、權(quán)限管理、日志管理和會(huì)話控制管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備注冊(cè)和增減、設(shè)備狀態(tài)更新、設(shè)備參數(shù)配置和修改、視頻流分發(fā)策略、存儲(chǔ)錄像策略、用戶(hù)權(quán)限的管理、多級(jí)多域的級(jí)聯(lián)及管理等方面進(jìn)行操作，并以標(biāo)準(zhǔn)SIP協(xié)議支持所有的信令操作過(guò)程，使系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)化的接口以及更大的業(yè)務(wù)彈性，管理層設(shè)備具有開(kāi)放的協(xié)議開(kāi)發(fā)接口，可為業(yè)務(wù)層，擴(kuò)展層提供更多的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

4)傳輸層。傳輸層由各級(jí)流媒體服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備組成，完成信息的底層傳輸以及媒體流的轉(zhuǎn)發(fā)、分發(fā)與存儲(chǔ)，對(duì)媒體流進(jìn)行從源地址到目的地址的轉(zhuǎn)發(fā)、從一路視頻流到多路視頻流的分發(fā)處理，并結(jié)合系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求在前端、匯聚層或中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式的存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)。

5)接入層。接入層由網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器和動(dòng)態(tài)媒體接入網(wǎng)關(guān)組成，完成碼頭機(jī)場(chǎng)視頻、數(shù)據(jù)信息的采集與檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的音視頻碼流和結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)流封裝，語(yǔ)音、視頻信息的采集、檢測(cè)，視頻流的輸出顯示等功能，多媒體數(shù)據(jù)流的輸入和輸出均為接入層設(shè)備的范圍。典型可支持的設(shè)備有：模擬攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、DVR等涉及視音頻采集的媒體前端設(shè)備和門(mén)禁、紅外感應(yīng)、煙感、火感等開(kāi)關(guān)量或者數(shù)字方式的信號(hào)采集設(shè)備等。

2 系統(tǒng)實(shí)施方案

高清視頻監(jiān)控已不再局限在視頻信號(hào)的采集、傳輸、控制與顯示，其核心應(yīng)用已轉(zhuǎn)變?yōu)榛贗P網(wǎng)絡(luò)的多媒體信息綜合管理控制平臺(tái)，以網(wǎng)絡(luò)為依托，以視頻編碼壓縮/傳輸為基礎(chǔ)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合應(yīng)用視頻系統(tǒng)。

系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控部分首先通過(guò)安裝在各臺(tái)站設(shè)備室內(nèi)的高清IP攝像機(jī)獲取圖像數(shù)據(jù)，送入視頻編碼器，編碼器對(duì)視頻圖像進(jìn)行編碼壓縮并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)過(guò)編碼壓縮的數(shù)據(jù)送到集中監(jiān)控室，由視頻解碼器進(jìn)行解碼顯示。將多畫(huà)面圖像顯示功能與數(shù)字化視頻圖像記錄和監(jiān)視報(bào)警功能結(jié)合在一起將逐步取代傳統(tǒng)模擬式多畫(huà)面分割器和長(zhǎng)時(shí)間錄像機(jī)，具有靈活方便等特點(diǎn)。

系統(tǒng)由高清攝像機(jī)、編碼器設(shè)備、NVR設(shè)備、中央服務(wù)器、解碼顯示器等設(shè)備構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，采用高檔的工業(yè)控制微機(jī)、PC服務(wù)器或者CP工作站機(jī)，增加攝像機(jī)圖像輸入路數(shù)，提高多畫(huà)面圖像的顯示速率、增加對(duì)云臺(tái)和鏡頭的控制功能．配以良好的人機(jī)交互界面，便構(gòu)成了以計(jì)算機(jī)為核心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)（如圖2所示）。

圖2

2.1 監(jiān)控前端設(shè)備

監(jiān)控前端設(shè)備實(shí)現(xiàn)高清視頻信息的采集，主要有兩種實(shí)現(xiàn)方案：高清IP攝像機(jī)組合或高清模擬攝像機(jī)+高清編碼器的組合。

監(jiān)控前端設(shè)備集光學(xué)成像、編碼壓縮、視頻緩存、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N功能于一體，需要采用高清配套鏡頭及成像器件以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量成像、采用更高性能的編碼芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法的運(yùn)行、更高效的編碼算法實(shí)現(xiàn)低帶寬占用。

1） 高清IP攝像機(jī)需要具有較好的圖像色彩保真度。

2） 16：9格式。

3） 能夠達(dá)到1280*720/逐行或1920*1080/隔行/逐行。

4） 幀率能夠達(dá)到25/30 fps。

2.2 高清信號(hào)傳輸設(shè)備

高清意味著高帶寬，提高傳輸帶寬是解決傳輸高清和網(wǎng)絡(luò)帶寬問(wèn)題的必然途徑，一般高清視頻的碼流在2～8 M之間。高清信號(hào)傳輸一般采用同軸電纜、雙絞線、光纜等方式進(jìn)行，整個(gè)傳輸環(huán)節(jié)帶寬需要大于6 M。光纜具有帶寬大、衰減小、高抗干擾、體積小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以較好保證圖像傳送的高清晰度。

2.3 高清信號(hào)顯示設(shè)備

高清顯示設(shè)備是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)，高清視頻信號(hào)通過(guò)采集、傳輸、切換后，必須要有高清的終端顯示設(shè)備來(lái)還原顯示，因此需要選擇相應(yīng)的高清晰度的監(jiān)視器，一般采用1920*1080分辨率的液晶及等離子顯示設(shè)備。

高清信號(hào)顯示采用兩種方式，一種基于客戶(hù)端顯示，視頻顯示的載體是客戶(hù)端的顯示器，另一種基于高清視頻解碼器輸出到電視墻的大屏幕進(jìn)行顯示。大屏幕拼接屏中DLP最成熟，厚度0.3 mm的OLED高清屏、裸眼可視3D顯示等技術(shù)也將會(huì)在高清監(jiān)控顯示領(lǐng)域得到應(yīng)用。

目前，標(biāo)清監(jiān)控系統(tǒng)顯示設(shè)備大量采用BNC、VGA等模擬接口，而在高清視頻監(jiān)控領(lǐng)域顯示設(shè)備將采用DVI、HDMI等數(shù)字多媒體接口，實(shí)現(xiàn)接口類(lèi)型的匹配，以確保高清視頻圖像的畫(huà)質(zhì)。

2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)

高清視頻監(jiān)控存儲(chǔ)系統(tǒng)有視頻數(shù)據(jù)流大、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、24小時(shí)不間斷連續(xù)作業(yè)的特點(diǎn)，因此對(duì)視頻存儲(chǔ)也提出了更高的要求：

1） 容量巨大，存儲(chǔ)擴(kuò)展性高，可在線更換故障設(shè)備或擴(kuò)容；

2） 視頻數(shù)據(jù)以流媒體方式寫(xiě)入存儲(chǔ)設(shè)備；

3） 支持多路視頻長(zhǎng)時(shí)間同時(shí)寫(xiě)入同一存儲(chǔ)設(shè)備；

4） 存儲(chǔ)帶寬恒定，可實(shí)時(shí)多路視頻寫(xiě)入；

5） 存儲(chǔ)系統(tǒng)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

磁盤(pán)陣列是目前改善視頻數(shù)據(jù)讀寫(xiě)并可以解決視頻數(shù)據(jù)安全問(wèn)題的主要方式，在磁盤(pán)陣列中數(shù)據(jù)以分段形式進(jìn)行存儲(chǔ)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1） 更加有效地利用了磁盤(pán)空間；

2） 提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度；

3） 提供容錯(cuò)能力，保證了視頻數(shù)據(jù)的安全性；

4） 平衡了系統(tǒng)中各部件的性能差異，提高了系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)及系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行分析，講述了如何對(duì)導(dǎo)航臺(tái)站設(shè)備及其周邊環(huán)境進(jìn)行視頻監(jiān)控，使維護(hù)人員通過(guò)監(jiān)控室的視頻終端可以實(shí)時(shí)掌握導(dǎo)航臺(tái)站周邊環(huán)境變化以及設(shè)備的情況。當(dāng)導(dǎo)航臺(tái)站的安全保衛(wèi)和設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，為維護(hù)人員分析造成故障的原因提供幫助。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施方案有很多，只有在實(shí)際工作中不斷的探索和改進(jìn)，才能使方案更加完善，更好的保障導(dǎo)航設(shè)備的正常運(yùn)行。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)和智能分析技術(shù)的不斷發(fā)展，使導(dǎo)航臺(tái)站視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端一體化、接入多元化、視頻數(shù)字化、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、管理平臺(tái)化的高清智能視頻圖像應(yīng)用更為廣泛。高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到導(dǎo)航臺(tái)站領(lǐng)域，為無(wú)人值守導(dǎo)航臺(tái)站推進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，利用高清晰度視頻圖像能更好地為導(dǎo)航臺(tái)站服務(wù)，為導(dǎo)航臺(tái)站各項(xiàng)管理工作提供全面支撐。

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