高清视频监控系统在导航台站中的应用

寇昭，周学军，戚于华

（海军工程大学，武汉 430033）

0 引言

随着信息网络技术的迅猛发展，国内机场的各导航台站均安装了视频监控设备，各类导航设备也实现了远程遥控；但目前主要存在监控图像清晰度不高、缺乏智能分析能力、事后取证困难的问题，致使各导航台站难以实现少人或无人值守，更无法及时预警或定位导航设备故障，这将对飞行安全造成重大的影响。

因此，为了能够给维护人员提供更为直观和清晰的监测方式，提高巡检和设备维护效率，在导航台站中采用高清视频监控将成为必然，将高清视频监控技术应用到导航台站，利用高清视频图像为导航台站的安全运行提供更可靠的保障，对导航台站各项管理具有重要意义。

1 系统构架

导航台站高清智能视频监控系统按照系统功能可分为五层，即接入层、传输层、控制层、业务层和应用层。每一层均有相对集中的应用范畴，各层功能实体之间均采用标准的业务控制、媒体传输接口。系统架构框图如图1所示。

1) 应用层。应用层为系统应用提供人机交互平台，结合应用的需要，将业务层基本功能模块进行组合，同时增加一些必要的补充业务特性即可形成具体的应用方案。根据不同指挥所对该系统的组织运用要求，可提供基于座席、电视墙或第三方系统的视频监控、视频直播、视频点播、视频会议、指挥调度等应用。

2) 业务层。业务层负责实现业务逻辑的生成与提供，主要包括实时监控、录像回放、接入控制、智能分析、联动配置等业务功能模块以及与视频会议、GIS等多种业务功能的接口。将多种应用的业务功能进行抽象提炼后实现的基本功能模块，可实现视频监控基础业务、智能分析基本模块功能、与其他系统的联运配置业务功能、与视频会议、GIS、语音通讯等业务功能的接口。业务层可实现视频监控的关键基础业务，并提供模块化的定制能力，可根据方案应用的需要或者减少不同的业务功能模块。

3)控制层。控制层由各级管理服务器组成，完成级联管理、设备管理、网络管理、权限管理、日志管理和会话控制管理。实现对设备注册和增减、设备状态更新、设备参数配置和修改、视频流分发策略、存储录像策略、用户权限的管理、多级多域的级联及管理等方面进行操作，并以标准SIP协议支持所有的信令操作过程，使系统具备标准化的接口以及更大的业务弹性，管理层设备具有开放的协议开发接口，可为业务层，扩展层提供更多的业务应用。

4)传输层。传输层由各级流媒体服务器和网络传输设备组成，完成信息的底层传输以及媒体流的转发、分发与存储，对媒体流进行从源地址到目的地址的转发、从一路视频流到多路视频流的分发处理，并结合系统的业务需求在前端、汇聚层或中心节点进行分布式的存储实现。

5)接入层。接入层由网络视频编码器和动态媒体接入网关组成，完成码头机场视频、数据信息的采集与检测，实现标准的音视频码流和结构化的数据流封装，语音、视频信息的采集、检测，视频流的输出显示等功能，多媒体数据流的输入和输出均为接入层设备的范围。典型可支持的设备有：模拟摄像机、网络视频服务器、网络摄像机、DVR等涉及视音频采集的媒体前端设备和门禁、红外感应、烟感、火感等开关量或者数字方式的信号采集设备等。

2 系统实施方案

高清视频监控已不再局限在视频信号的采集、传输、控制与显示，其核心应用已转变为基于IP网络的多媒体信息综合管理控制平台，以网络为依托，以视频编码压缩/传输为基础的智能化、网络化、综合应用视频系统。

系统中的视频监控部分首先通过安装在各台站设备室内的高清IP摄像机获取图像数据，送入视频编码器，编码器对视频图像进行编码压缩并发送到网络，然后通过通信网络将经过编码压缩的数据送到集中监控室，由视频解码器进行解码显示。将多画面图像显示功能与数字化视频图像记录和监视报警功能结合在一起将逐步取代传统模拟式多画面分割器和长时间录像机，具有灵活方便等特点。

系统由高清摄像机、编码器设备、NVR设备、中央服务器、解码显示器等设备构成。在此基础上，采用高档的工业控制微机、PC服务器或者CP工作站机，增加摄像机图像输入路数，提高多画面图像的显示速率、增加对云台和镜头的控制功能．配以良好的人机交互界面，便构成了以计算机为核心的视频监控系统（如图2所示）。

图2

2.1 监控前端设备

监控前端设备实现高清视频信息的采集，主要有两种实现方案：高清IP摄像机组合或高清模拟摄像机+高清编码器的组合。

监控前端设备集光学成像、编码压缩、视频缓存、网络传输等多种功能于一体，需要采用高清配套镜头及成像器件以实现高质量成像、采用更高性能的编码芯片实现复杂算法的运行、更高效的编码算法实现低带宽占用。

1） 高清IP摄像机需要具有较好的图像色彩保真度。

2） 16：9格式。

3） 能够达到1280*720/逐行或1920*1080/隔行/逐行。

4） 帧率能够达到25/30 fps。

2.2 高清信号传输设备

高清意味着高带宽，提高传输带宽是解决传输高清和网络带宽问题的必然途径，一般高清视频的码流在2～8 M之间。高清信号传输一般采用同轴电缆、双绞线、光缆等方式进行，整个传输环节带宽需要大于6 M。光缆具有带宽大、衰减小、高抗干扰、体积小、保密性强等优点，可以较好保证图像传送的高清晰度。

2.3 高清信号显示设备

高清显示设备是视频监控系统的终端环节，高清视频信号通过采集、传输、切换后，必须要有高清的终端显示设备来还原显示，因此需要选择相应的高清晰度的监视器，一般采用1920*1080分辨率的液晶及等离子显示设备。

高清信号显示采用两种方式，一种基于客户端显示，视频显示的载体是客户端的显示器，另一种基于高清视频解码器输出到电视墙的大屏幕进行显示。大屏幕拼接屏中DLP最成熟，厚度0.3 mm的OLED高清屏、裸眼可视3D显示等技术也将会在高清监控显示领域得到应用。

目前，标清监控系统显示设备大量采用BNC、VGA等模拟接口，而在高清视频监控领域显示设备将采用DVI、HDMI等数字多媒体接口，实现接口类型的匹配，以确保高清视频图像的画质。

2.4 视频监控系统存储

高清视频监控存储系统有视频数据流大、存储时间长、24小时不间断连续作业的特点，因此对视频存储也提出了更高的要求：

1） 容量巨大，存储扩展性高，可在线更换故障设备或扩容；

2） 视频数据以流媒体方式写入存储设备；

3） 支持多路视频长时间同时写入同一存储设备；

4） 存储带宽恒定，可实时多路视频写入；

5） 存储系统可以长期稳定工作。

磁盘阵列是目前改善视频数据读写并可以解决视频数据安全问题的主要方式，在磁盘阵列中数据以分段形式进行存储具有以下优点：

1） 更加有效地利用了磁盘空间；

2） 提高了数据存储速度；

3） 提供容错能力，保证了视频数据的安全性；

4） 平衡了系统中各部件的性能差异，提高了系统的整体性能和稳定性。

3 结束语

通过对高清视频监控系统架构及系统的主要功能进行分析，讲述了如何对导航台站设备及其周边环境进行视频监控，使维护人员通过监控室的视频终端可以实时掌握导航台站周边环境变化以及设备的情况。当导航台站的安全保卫和设备出现异常时，为维护人员分析造成故障的原因提供帮助。视频监控系统的实施方案有很多，只有在实际工作中不断的探索和改进，才能使方案更加完善，更好的保障导航设备的正常运行。

随着计算机技术、网络交换技术和智能分析技术的不断发展，使导航台站视频监控系统前端一体化、接入多元化、视频数字化、系统网络化、管理平台化的高清智能视频图像应用更为广泛。高清智能视频监控系统应用到导航台站领域，为无人值守导航台站推进打下坚实基础，利用高清晰度视频图像能更好地为导航台站服务，为导航台站各项管理工作提供全面支撑。

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