大容量高清、标清视频混合平台的构建

马天宏， 宋建波， 毕如林

(中海网络科技股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

近年来，网络化、高清化成为视频监控发展的主要趋势。视频监控行业，无论是应用在智能交通、平安城市等专业行业系统还是民用系统(如社区、楼宇等)上，基本都是以此趋势为主要演进方向。相比模拟的标清视频，高清视频具有更清晰和稳定的画面细节、更好的色彩还原性、更宽的动态范围显示效果、更高的锐度、更丰富的色彩、画面层次性较高和抗干扰能力强等优点。

目前高清技术发展的过程中，在智能交通行业内不可避免地出现同一系统内数字高清、模拟标清视频共存的过渡阶段。归纳起来，这种情况往往是以下原因造成的：

(1)省或市级总体规划设计尚未更新，上层平台(如省或区域监控中心)仍保留模拟平台，本地视频实现了高清化，但上传上级中心前又不可避免地进行模拟解码；

(2)新建系统建设周期较长，前期规划以模拟系统为主，后期项目执行过程中，当高清技术发展成熟时，由于总体投资或已建成的传输系统限制，只能保留大量模拟设备，仅在局部设置高清监控点；

(3)对已建模拟系统的改造，新增重点区域的高清监控点。

因此，在现有客观条件制约下，如何使数字高清、模拟标清视频在同一平台上共存和无缝处理，是值得探讨的课题。

重庆奉节至巫溪高速公路机电工程中的闭路电视系统基于上述原因需构建一个高清、模拟标清视频混合系统，以该项目为例，从视频中心平台处理与网络传输两方面进行阐述，总结一些系统构建的关键点和难点。

1 项目背景

奉溪高速项目路线起于杭兰国道的奉节东互通立交，止于巫溪县城，全长46.369 km。项目桥隧比大，高速公路桥隧长度与路线全长比值为73.62%。众多的长隧道和隧道群对视频监控系统提出了很高的覆盖要求。根据规范要求，隧道内间距为100 m全程设置固定监控点，隧道洞口和滑坡区域点设置云台摄像机。工程前期设计以模拟系统为主；项目实施过程中，随着高清数字技术不断发展，数字高清化的优势越来越突出，不过考虑到全程隧道内监控点数量多(约350个)，全高清化势必造成前端设备和后端处理、存储平台费用大大增加，且现有通信传输平台也无法满足新的带宽要求。因此，根据用户需求，结合技术发展和现有实际情况，保留了大部分隧道内的模拟监控点，将重点区域的隧道洞口、路段重要控制点和收费广场等监控点更换了高清摄像机。

在系统联网和上级管理角度上，重庆全市规划建立了三级(监控总中心-区域监控中心-路段监控管理站)垂直的业务网络。在监控总中心和区域监控中心(奉溪高速隶属于东北区万州区域中心)均建立了数字化的图像处理平台。在传输网络上，为实现高效运转和骨干传输资源的合理利用，将监控数据业务、视频图像业务和收费数据业务实施分离，干线传输采用STM-16等级SDH传输网络。视频系统的构成见图1。

图1 监控视频传输系统图

2 视频处理平台

奉溪高速全线共设置了7个隧道监控站。监控站前端，模拟视频以点对点的方式传输到就近的隧道监控站，监控站内的硬盘录像机对模拟视频进行数字化处理；监控站中心，视频管理平台服务器取代传统的模拟矩阵，解码器要求兼容标清和高清两种制式，视频管理平台服务器和硬盘录像机相配合共同实现数字化图像的处理。其中硬盘录像机的工作状态受视频管理平台服务器的控制，实现图像传输的切换。当操作人员选择调用某隧道站的某路摄像机图像到电视墙上的某个监视器时，监控工作站向视频管理平台服务器发出请求指令，视频管理平台服务器向该监视器对应的解码器发出指令，使该解码器连接硬盘录像机对应该路摄像机的通道，连接完毕后该路摄像机的图像就通过编码-传输-解码，完成显示。对于高清摄像机，视频管理平台服务器控制解码器直接向前端摄像机发出连接信号，经高清解码器解码后显示在电视墙上。

上级中心调用某路图像时，视频管理平台接受指令，建立起上级中心的解码设备与硬盘录像机对应通道或前端高清摄像机的连接关系，实现万州和重庆中心的图像调用。

在上磺监控管理站的监控工作站，安装有硬盘录像机的客户端软件。其主要功能是录像资料的检索、回放及下载，在其硬盘录像机软件的树形列表中设置硬盘录像机组，每个隧道作为一个组，每组由若干台硬盘录像机组成，操作人员通过软件，透过交换机以及综合业务传输平台访问各隧道站上的硬盘录像机，实现实时显示及录像文件的检索回放。

3 网络传输系统

隧道洞内通过摄像机获取的图像从摄像机输出后，接入单路数字视频光发射机的图像输入端口；隧道洞口、收费广场的彩色高清三可变摄像机图像信号从图像端口输出后，接入以太网数据光端机光发射机的图像输入端口，经电光转换后，以光信号的形式，通过单模光纤传输到相应的变电所现场监控站；各隧道的图像信号接入单路视频(以太网数据)光接收机的光信号输入口，经光电转换后，以电信号的形式输出，高清摄像机信号直接接入图像三层以太网交换机，标清输出的图像信号接入视频分配器；视频分配器输出的图像一路接入事件检测的图像信号输入端子，另一路直接接入网络硬盘录像机，再通过以太网三层交换机和通信系统上磺监控管理站逻辑环网，在视频管理平台服务器的控制下，实现实时图像到各级监控站点的灵活传输。

重庆全市高速公路干线传输系统采用同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)传输平台，视频图像业务传输方式以MSTP+RPR(点对多点+弹性分组环)为主。路段监控管理站以GE口(光口)点对点与所在区域监控中心1个GE口互开MSTP业务(点对多点)，每个路段监控管理站上传图像带宽占用1个VC-4(理论上传32路实时图像)。

上中下三级利用开放式最短路径优化(Open Shortes Path First, OSPF)路由协议连接(其中互联VLAN ID独立于监控总中心、区域监控中心、路段监控管理站已使用的VLAN ID)，视频图像网络中暂无网络控制列表(Aucess Control List, ACL)控制。

在以太网的一、二层物理和链路特性上，与SDH传输设备联接的交换机接口物理端口手动设置，FE电口为百兆全双工Trunk模式，GE光口为千兆全双工Trunk模式，光口采用波长850 nm的多模光口，以满足波长匹配。在传输设备中，传输通道模式手动设置：通道模式为TagAware(Trunk级联只允许该级联VLAN ID通过)全双工模式。

为了将图像网络内的视频事件检测信息传输至监控数据服务器，在路段内将监控数据网络与视频图像网络进行了同级横向互联，互联采用静态路由，避免了路由环路。同时，在监控数据网络与视频图像网络间，访问控制策略上做了严格限制，保证了各自的安全性(见图2)。

图2 监控数据网络与视频图像网络互联模式

4 结 语

奉溪高速闭路电视系统在不对传输系统等进行重大调整的前提下，实现了本地用户对两种视频源主观上的无缝处理和图像上传,从前端设备、传输通道到平台处理和系统联网，构成了完整的系统。实现上述过程的前提是重庆全市高速公路网进行了前瞻性的规划和实施，建立了上层数字化的图像处理平台和MSTP+RPR传输方式的SDH干线网。系统实现的关键点在于模拟图像的就近本地数字化，构建起一个比较大型的分布式数字矩阵系统，监控总中心-区域监控中心-路段监控管理站三级数字平台的建立实现了模拟矩阵系统中多级级联的效果。系统构建达到了设计的目标，满足了用户的需求。

在项目实施过程中，遇到了一些技术和管理上的难点：

(1) 无论是高清视频还是数字化后的标清视频，目前其图像质量只能通过主观评价来评定，没有定量检测的标准和手段；

(2) 目前高清视频设备尚不能完全支持网络组播传输，在多点同时调用某路图像时，形成了带宽的浪费；

(3) 对视频传输网络提出了更高的要求，要求全网内视频交换机都支持动态路由协议，IP地址需统一规划，路段内路由规划无法自治。

(4) 各高清前端设备均支持开放的ONVIF协议，但在细节处理(如字符叠加等)上兼容性仍然较差。

(5) 目前硬盘录像机的协议开放性仍然较差，系统构建过程中要保证上层平台和硬盘录像机协议的兼容。