高清视频监控系统在铁路的应用

田小靖

摘 要：本文全面介绍了高清视频监控系统的概念，重点分析了铁路安检口高清视频监控系统的构成、功能及应用。

关键词：铁路 高清 视频监控

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0050-02

近年来，铁路建设持续保持较快的发展势头，为了保障铁路运营安全，视频监控系统受重视程度日益提高，应用也越来越广泛，同时，对图像的清晰度要求越来越高。目前铁路应用的视频监控系统主流还是模拟方式，看不清楚图像细节，随着高清视频技术的日渐成熟，其成本也在逐渐下降，高清视频监控系统已经开始推广应用于铁路大型客运站。

1 高清的发展及概念

高清视频监控系统主要是为了解决人们在正常监控过程中“细节”看不清的问题。高清的定义最早来源于数字电视领域——高清电视，又叫“HDTV”，是由美国电影电视工程师协会（SMPTE）确定的高清晰度电视标准格式，是数字电影成像技术和计算机技术的完美融合。

电视的清晰度，是以水平扫描线数作为计量的，视频标准从低到高依次为：720p、1080i和1080p。其中，数字后的i和p分别表示隔行扫描（Interlace scan）和逐行扫描（Progressive scan），而数字反映的是高清影片的垂直分辨率。像720p就是指1280×720逐行扫描，1080i就是1920×1080隔行扫描，这是一种将信号源的水平分辨率按照约定俗成的方法进行缩略的命名规则。达到720p以上的分辨率，是高清信号源的准入门槛，720p标准也被称为HD（高清）标准，而1080i/1080p被称为Full HD（全高清）标准。其中，1080p是目前最高等级的高清视频清晰度标准。对于快速移动目标的图像采集，相比隔行扫描，逐行扫描可以获得更好的动态图像，因为隔行扫描会产生图像晃动的现象。日常人们更习惯于采用像素的概念来表示摄像机的清晰度，比如720p即1280×720分辨率，达到92.16万，约等于百万像素；1080p则是1920×1080，像素值达到了207万。720p和1080p可以分别叫做百万像素和200万像素高清摄像机。目前铁路上已经应用了这两款百万及以上像素的摄像机。

2 真正的全高清

高清监控并不仅仅要求摄像机实现高清，摄像机要实现高清并非难事，只要采用百万高清的CMOS或CCD就可以达到高清标准，但摄像机的高清并不代表系统的高清。要实现真正的高清监控，必须从视频源的采集、视频信号的编码压缩、视频信号的传输、视频的浏览、录像文件的回放等诸多环节全面支持高清；对客户而言，高清只有在包含了前端、平台、存储、浏览、显示等各个环节时才有意义，才算实现了真正高清视频监控，下面以高清传输和高清编码为例，予以说明。

2.1 高清传输

以200万像素摄像机为例，非压缩视频带宽为800 Mbit/s，可通过1.25Gbit光纤模块传输；若是以太网传输，必须压缩编码以适应网络环境。光纤传输通常需要点对点光缆敷设，相对以太网来说成本较高。光纤的优势在于其传输非压缩的视频可达到无损耗、无延时的良好效果。

2.2 高清编码

编码压缩的目的就是为了解决传输高清视频网络带宽的占用和存储空间的节省，现在比较流行的高清视频主要以两种压缩文件格式存在：一种是MPEG-2压缩标准；一种是H.264压缩标准。MPEG-2压缩带宽最高可达30～50 Mbit/s，H.264压缩带宽最高约为8 Mbit/s。从网络传输和视频存储开销来看，H.264压缩标准是目前高清视频比较理想的编码压缩算法。

3 铁路既有高清视频监控系统

铁路既有高清视频监控系统主要应用于铁路客运站安检、变电站、铁路货运作业等区域。需要重点防范、应用规模较大的区域为客运站安检区域，下面重点描述安检区域高清视频监控系统。

3.1 铁路安检区域高清视频监控系统概述

铁路安检区域的视频监控系统建设多采用720 p准高清视频采集，实现对旅客正面面部特征、旅客进站安检过程及行李特征的监控。视频图像采用本地存储；并预留相关视频上传网络接口。

安检区域视频监控系统由720 p准高清像机、高清视频监控终端、视频监控软件、视频存储、PoE交换机、PoE光电转换器及配套设备组成。其中，在客运站各个进站口处设置摄像机，在车站大厅安检台附近或车站安检室或车站派出所放置高清视频监控终端和交换机设备，集中实现对各个安检仪监控图像的实时查看、录像存储、图像回放和调用功能。

3.2 铁路安检区域高清视频监控系统结构

本系统由高清网络摄像机、高清视频监控终端、视频监控软件、视频存储、PoE交换机及配套设备组成。在本地实现图像集中存储并预留上传调用接口以备后期接入铁路局视频区域节点。系统结构见图1安检区域高清视频系统结构图。

在各个客运站进站口处设置高清网络摄像机，在车站大厅安检台附近或车站广播室放置高清视频监控终端和交换机设备，网络硬盘录像机设备（简称NVR）集中实现对各个安检仪监控图像的实时查看、录像存储、图像回放和调用功能。

（1）视频采集点。

视频采集点设备包括摄像机（含镜头）、摄像机护罩（室内）、支架、光纤收发器等设备。每台安检仪设置4台720p准高清摄像机，实现对旅客正面面部特征、旅客进站安检过程及行李特征的监控，摄像机监控位置见图2安检区域摄像机位置分布图。4台高清摄像机中其中2台高清摄像机监视安检仪，1台高清摄像机监视通过安检门的人员，另一台高清摄像机监视这一套安检设备的整个场景。

采集点采用支持高清IP百万像素摄像机，根据监控距离远近要求选配不同规格的镜头，配置防护罩，支架等，防护等级符合IP65标准。摄像机设备采用吊装或壁架安装方式；安装高度根据现场条件定为 2.5～4.5 m，以能清楚监控旅客安检过程及行李特征为宜。其中一台摄像机采集旅客正面面部特征图像，另一台摄像机采集安检过程和行李数量及特征图像。摄像机的数据传输通过超五类网线及8芯光缆沿客运站大厅墙面敷设。endprint

（2）高清视频监控终端。

在客运站任意网络可到达的地方，根据需求设置视频终端。实现对安检口视频的实时调看及录像回放。

（3）承载网络及接入接口。

本系统新设网络交换机组建本地局域网，预留与既有视频网络联通条件，客运站内高清IP监控点均为百万像素，720p分辨率，每路对网络的带宽需求范围为4～5 Mbit/s。本系统最终要接入至铁路局综合视频监控平台，预留软件接口。

（4）视频存储方案。

视频存储采用本地存储方式，各站均采用NVR设备直接本地存储。本系统单路视频存储时间暂定10天，单路视频带宽按4 Mbit/s计算，则单路视频存储容量为：4 Mbit/s×3600 s×24 h×10 d/8/1024/1024=0.4TB。 每座车站根据实际的高清视频数量合计可得出视频存储总容量需求。

（5）对其它系统的需求。

视频采集点至视频接入节点之间需要敷设电缆/光缆提供视频、控制信号的传输媒介。系统采用H.264数字压缩编码方式传送视频图像，每路视频的带宽需求为4～5 Mbit/s。每台高清视频监控终端按同时调看4路考虑，共需要12 Mbit/s带宽。

3.3 铁路安检区域高清视频监控系统功能

高清视频监控终端主要功能如下。

（1）高清摄像机的实时监控、录像以及回放功能。

在监视终端上能够选择不同的摄像机获取实时图像。具有时间序列搜索引擎，能直接在重新格式化的硬盘里存取视频及图片文件，使用者只需轻松移动鼠标，就可以以极速搜寻及回放影像。

（2）电子PTZ控制功能。

电子PTZ 控制窗口允许用户控制所选摄像机上下左右移动，以及图像放大、缩小等操作。

（3）视频压缩功能。

遵循H.264压缩标准，在保证画面质量的前提下，实现对监视画面的数据压缩。

（4）视频存储录像功能。

支持计划存储、交互存储以及报警联动存储等；可在监视终端上按时间、地点、报警量检索存储录像；可以回放选定的存储录像。

（5）多码流图像功能。

支持多码流影像，用户能根据原视频，利用窗口分割功能，将重要监视区分出1～2个副视频，主视频与副视频为不同的码流，可以独立调整张数，画质等，并可分开录像。通过多码流功能，可以弹性管理带宽及存储空间的使用。

（6）事件列表功能。

提供事件列表方式，包括系统事件及录像事件。可选择事件列表中项目，查找对应系统事件信息或录像片段。同时，提供按时间、按摄像机编号等多种录像片段检索方式。

（7）多画面显示功能。

在单个监视终端上，支持1/4/6/12/16画面布局方式。可针对每个画面分别任意指定摄像机，实现对多点的同时监视。同时支持对任选一路图像以全屏方式显示。

（8）分组与巡航功能。

可通过增加分组的方式来观看多路视频图像，并可自动在不同分组间切换。若某路视频发生报警，可自动切换至该路视频。在正常情况下，视频监视终端自动巡航不同组别的图像。

（9）报警功能。

当产生行为分析报警、系统间联动报警、系统内部报警时，视频监视终端自动弹出报警信息及相关报警视频。

（10）地图功能。

支持HTML格式地图，用户可从网络地图搜寻网站找到HTML格式的地图，下载后经过简单设定，即可轻松将摄像机放置在地图上任何一个角落，便可完成地图配置。警报发生地图弹出后，使用者可直接从地图上点选摄像机，即可看到实时画面。

（11）资源及设备管理功能。

对系统中所有摄像机、视频服务器、编码器、解码器等资源及设备集中管理，从而达到对系统资源的综合调配。

（12）用户管理功能。

对系统内用户信息进行统一管理，支持用户注册、修改、删除等操作。

（13）权限和优先级管理功能。

系统管理员拥有分配权限，可以添加或删除其他用户以及修改用户权限，可进行全线的权限和优先级管理，各视频监视终端根据管辖范围和权限调看图像。

4 结语

“高清”对于视频监控系统来说并不是件容易的事情，它涉及到监控系统的颇多环节，从前端摄像机到传输、存储、显示设备，只要有一个环节满足不了要求，就达不到“高清”的效果。随着计算机技术和多媒体技术的发展，高清视频监控的普及将成为必然的发展趋势。

参考文献

[1] 师研，侯宗友，吴平，高清趋势下铁路综合视频监控系统架构[J].中国铁路，2012（4）.

[2] GT/T669.3-2009，城市监控报警联网系统技术标准第3部分：前端信息采集技术要求[S].

[3] GT/T669.3-2009，城市监控报警联网系统技术标准第4部分：视音频编解码技术[S].

[4] GT/T669.3-2009，城市监控报警联网系统技术标准第5部分：信息传输、交换、控制技术要求[S].

[5] 铁总运[2013]71号中国铁路总公司关于印发铁路综合视频监控系统技术规范（V1.0）的通知.endprint