張宏亮（陜西信興鐵路人力資源管理有限公司，陜西 西安 710000）

?

IP網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)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(jiān)視系統(tǒng)的幾種清晰度模式、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及對應(yīng)方案的重點設(shè)備選擇，主要對依托于IP化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的高清視頻監(jiān)視方案進行了介紹和技術(shù)對比，并介紹了視頻監(jiān)視系統(tǒng)在蘭州軌道交通1號線的實際應(yīng)用，為蘭州軌道交通后續(xù)線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計提供更清晰的思路，同時，展望視頻監(jiān)視系統(tǒng)在城市軌道交通及整個視頻監(jiān)視行業(yè)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；視頻監(jiān)控；數(shù)字高清；IP SAN

1　背景介紹

現(xiàn)代，城市發(fā)展得越來越龐雜。人員與大型設(shè)備接觸增多，客流集中區(qū)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(fā)。城市安防變得越來越重要，而視頻監(jiān)視作為安防系統(tǒng)的重要組成部分，隨著它所面對的環(huán)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(fā)展。

城市軌道交通人流量大、大型設(shè)備多、環(huán)境復(fù)雜。視頻監(jiān)視系統(tǒng)在城市軌道交通的作用不可或缺，運營人員利用它監(jiān)控列車運行、監(jiān)控各種設(shè)備的運行及客流情況，提高運營調(diào)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(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、傳輸技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，同時，制造技術(shù)的發(fā)展使得硬件集成度更高，視頻監(jiān)視的前端設(shè)備功能更強大且更小更美觀。

2　視頻監(jiān)視系統(tǒng)方案比較

目前，視頻監(jiān)視技術(shù)有模擬視頻監(jiān)視、模擬+數(shù)字視頻監(jiān)視、數(shù)字視頻監(jiān)視三種。

（1）模擬視頻監(jiān)視技術(shù)

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(jiān)視顯示設(shè)備均為模擬設(shè)備。其中最主要的設(shè)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(jiān)控人員通過鍵盤控制視頻矩陣的輸出，選擇所需要的監(jiān)控點圖像進行監(jiān)視。由于模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)全部是模擬信號，信號傳輸距離有限，所以監(jiān)控范圍較小。系統(tǒng)受畫面分割器、矩陣和切換器等設(shè)備限制擴展性差。

（2）模擬+數(shù)字視頻傳輸監(jiān)視技術(shù)

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(jiān)控人員通過鍵盤控制視頻矩陣的輸出，選擇所需要監(jiān)控點的圖像進行監(jiān)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(jīng)過分散監(jiān)控點的視頻編碼設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號，再利用其它傳輸網(wǎng)絡(luò)或者光端機進行遠距離傳輸，達到大范圍視頻監(jiān)控的目的。在模擬+數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，采用DVR存儲。

表1　

（3）數(shù)字視頻監(jiān)視技術(shù)

數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)是一種基于計算機技術(shù)、視頻采集技術(shù)和數(shù)字壓縮處理技術(shù)為一體的智能化視頻監(jiān)視系統(tǒng)。在車站設(shè)置數(shù)字視頻服務(wù)器，所有前端攝像機模擬視頻信號經(jīng)過編碼后均接入數(shù)字視頻監(jiān)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(jiān)視。數(shù)字壓縮編碼后的視頻圖像信號通過通信傳輸網(wǎng)絡(luò)進行遠距離傳輸，中心監(jiān)視終端通過中心視頻服務(wù)器可監(jiān)視、切換、控制系統(tǒng)內(nèi)任一監(jiān)控點的攝像機，實現(xiàn)中心一級的視頻圖像監(jiān)視。

上述三種技術(shù)方案經(jīng)濟、技術(shù)比較見表1。

根據(jù)以上比較，模擬視頻監(jiān)視技術(shù)落后，可擴展性差；模擬+數(shù)字視頻監(jiān)視技術(shù)有一些進步，但設(shè)備復(fù)雜；全數(shù)字視頻監(jiān)視技術(shù)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，擴展性好，是未來視頻監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展方向。

3　高清視頻監(jiān)控相關(guān)技術(shù)比較

高清格式最先是由美國電影電視工程師協(xié)會（SMPTE）定義的高清電視標準（HDTV）演變而來，目前行業(yè)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(yīng)的高清視頻接口有YPbPr、DVI、HDMI、HDSDI和IP網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(jiān)視系統(tǒng)來說，前端視頻采集和后端視頻顯示的相關(guān)技術(shù)選擇為系統(tǒng)建設(shè)的重點。由于YPbPr一般是不在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用，而DVI、HDMI傳輸距離較短，所以視頻監(jiān)視系統(tǒng)中通常有HD-SDI攝像機和IPC（IP camera、網(wǎng)絡(luò)攝像機）這兩種高清攝像機。

表2　

圖1　

目前，軌道交通行業(yè)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)是主流建設(shè)標準，在高清視頻監(jiān)視架構(gòu)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(yīng)用，它以未壓縮數(shù)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(shù)在傳輸上光纖利用率低，各種設(shè)備廠家較少，價格昂貴，組網(wǎng)相對復(fù)雜。

IPC（網(wǎng)絡(luò)攝像機）+IP SAN存儲模式高清視頻監(jiān)視架構(gòu)前端采用的是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機集成了壓縮控制器、微操作系統(tǒng)，甚至還有iSCSI支持功能，視頻流經(jīng)壓縮后直接進入IP網(wǎng)絡(luò)，可以在全網(wǎng)傳輸、調(diào)閱和存儲，額外設(shè)備較少，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)架構(gòu)簡單，組網(wǎng)靈活。而且全IP網(wǎng)絡(luò)是今后承載網(wǎng)發(fā)展的趨勢，同時，各種IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能越來越強大，網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)越來越完善。所以，IP網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)視模式在具有自己各種優(yōu)勢的前提下，對視頻監(jiān)控質(zhì)量上也是完全可以保證，將是未來視頻監(jiān)控行業(yè)的主流甚至最優(yōu)方案選擇。

4　IPC+IP SAN監(jiān)控架構(gòu)應(yīng)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(nèi)）。

蘭州1號線一期工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)分為專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)和公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)，考慮到節(jié)約投資和資源共享，公安和專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)由專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。專用視頻監(jiān)視系統(tǒng)前端攝像機采用IP camera（網(wǎng)絡(luò)攝像機），整體考慮基于IP的視頻監(jiān)視架構(gòu)，整體架構(gòu)簡單，設(shè)備種類少，組網(wǎng)靈活，使用方便。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋區(qū)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(shè)備房、廁所等區(qū)域。在每個車站警務(wù)室和車控室設(shè)置視頻監(jiān)控終端及控制接口，車站警務(wù)人員可調(diào)看相關(guān)視頻及控制云臺攝像機。車控室設(shè)置視頻監(jiān)控終端和控制臺，同樣可監(jiān)看任意視頻及控制云臺攝像機。車站列車停車位附近設(shè)置監(jiān)視器，本側(cè)站臺屏蔽門側(cè)攝像機通過解碼和視頻合成顯示在監(jiān)視器上，供司機監(jiān)看上下車人員情況。在控制中心，中心調(diào)度員可在各自的顯示終端或大屏幕上調(diào)看全線任意攝像機的圖像，其中電力調(diào)度員主要監(jiān)視變電所開關(guān)設(shè)備狀況，防災(zāi)（環(huán)控）調(diào)度員主要監(jiān)視車站的機電設(shè)備運營狀態(tài)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)連接示意圖如圖1所示。

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

本系統(tǒng)前端采用IP網(wǎng)絡(luò)高清攝像機，200萬像素，內(nèi)置CMOS圖像傳感器、H.264數(shù)字化壓縮控制器、iSCSI支持功能以及基于WEB的操作系統(tǒng)。前端攝像機采集視頻信號經(jīng)壓縮編碼直接進入IP監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，IP SAN存儲設(shè)備直接連接到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進行存儲。車站視頻監(jiān)控包括值班員監(jiān)控和司機監(jiān)控，值班員監(jiān)控通過綜合監(jiān)控專業(yè)設(shè)置的監(jiān)控終端實現(xiàn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)，將視頻信號傳給綜合監(jiān)控專業(yè)。站臺屏蔽門側(cè)的攝像機視頻信號一路進入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進行存儲，一路直接經(jīng)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(jiān)看上下車人流情況，輔助司機控制屏蔽門和安全發(fā)車。視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)φ{(diào)看視頻監(jiān)控的人員設(shè)置優(yōu)先級和權(quán)限，有相應(yīng)權(quán)限的公安人員可以直接從車站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)調(diào)取視頻信號監(jiān)看，專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)與公安傳輸網(wǎng)絡(luò)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(jiān)控系統(tǒng)與控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過專用傳輸網(wǎng)絡(luò)互連，傳輸系統(tǒng)為視頻監(jiān)視系統(tǒng)提供1000M總線型以太網(wǎng)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(jiān)看需求。同時中心的分析服務(wù)器可對劇烈運動、電梯逆行、可疑物、管制區(qū)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(jié)語

不同視頻監(jiān)控技術(shù)有不同的側(cè)重點和應(yīng)用領(lǐng)域，HD-SDI和IP高清監(jiān)視技術(shù)是目前比較流行的兩種高清監(jiān)視技術(shù)，HD-SDI技術(shù)視頻流暢、實時性好等優(yōu)點使得它在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，但是它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，因而任然有許多局限。IP網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)視在各方面的發(fā)展迅速，成本低廉，組網(wǎng)簡單，若能在網(wǎng)絡(luò)安全性及傳輸時延等方面更上一層樓，則發(fā)展前景更加良好。

整體看，視頻監(jiān)視已是許多行業(yè)中不可或缺的組成部分，在軌道交通中更是行調(diào)、環(huán)調(diào)、電調(diào)的有效的輔助手段。視頻監(jiān)視許多技術(shù)已很成熟。但還有很多方面需要完善，例如：設(shè)備兼容性更好、行業(yè)規(guī)范更加細化和專業(yè)性、監(jiān)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(tǒng)中的應(yīng)用、鐵四院院報、004544.

[2]余和初，聶蓉.高清視頻監(jiān)控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)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