高速公路视频监控系统传输方式的选择

□周 洲 周林英

一、视频传输方式

对于高速公路视频监控系统而言，视频传输方式大致分为3种：视频电缆传输、光缆传输和IP方式传输。

1.同轴电缆传输系统

在视频监控系统中，同轴电缆是传输视频图像最常用的媒介。同轴电缆是在内导体上用聚乙烯以同心圆状覆盖绝缘，外导体采用软铜线编织物，最外层用聚氯乙烯

封包。同轴电缆对外界电磁波和静电场具有屏蔽作用，导体截面越大，传输损耗越小，从而可以传输更远的距离。电缆传输的主要缺点是，抗干扰能力差。根据同轴电缆的特性，屏蔽层对频率越低的电磁波的屏蔽作用越差，所以同轴电缆容易受广播和低频电磁波的干扰。

图像的质量与同轴电缆的质量有很大关系。视频信号传输一般使用75欧姆特性阻抗的同轴电缆。频率越高，传输损耗越大。特别是在传输视频信号时，传输距离越长，高频成分越小，结果使图像的对比度恶化。

2.视频光纤传输系统

光纤是一种能使光以最小的衰减从一端传到另一端的透明玻璃和塑料纤维，它将视频及控制信号转换为激光信号在光纤中传输。在监控系统中，长距离的图像传输一般使用光纤传输方式。光纤传输具有距离远、容量大、抗干扰能力强等优点。其缺点是对于几公里内监控信号传输不够经济；光熔接和维护需专业技术人员及设备操作处理、维护技术要求高，不易升级扩容。

光纤视频传输系统主要有5种传输形式。

（1）传输图像的基本形式。图1为一路光纤视频传输系统，一根光纤上传输一路视频信号。

图1 光纤传输基本系统

（2）多路视频数字复用光纤传输。图2为多路视频复用传输系统，可在一根光纤上传输多路视频信号。

（3）视音频信号复用光纤传输。图3为视音频信号复用光纤传输系统，可在一根光纤上同时传输视频和音频信号。

图2 多路复用光纤传输

图3 音视频光纤传输

（4）视频与反向数据光纤传输。图4为视频与反向数据传输系统，一路正向传送复合视频信号供显示，另一路反向传输RS422接口数据，实现经解码器对云台和镜头的控制。

图4 带云台控制的光纤传输系统

（5）全光视频综合接入系统。图5为链路式全光视频综合接入系统，现场视频信号通过远端节点光端机以光信号传输至数字视频光传输交换平台，由数字视频光传输交换平台输出图像信号至其他管理所或分中心。

3.IP方式视频传输系统

IP传输方式通过视频编码器将视频信号压缩为数字信号，再通过IP网络进行传输。如需还原视频信号，通过视频解码器即可实现。采用IP传输方式时，需将各路图像数据压缩打成统一的IP包，并与收费数据、外场数据一起传输。其增删数据源十分方便，只是变更地址而已（如图6所示）。

图5 全光网络传输系统

图6 IP方式视频传输系统结构图

图6为采用IP方式传输视频图像的系统构成图，外场摄像机图像经过视频编码器编码转换成IP信号，经过通信系统提供的IP传输通道传送至监控分中心的交换机，交换机接视频解码器解码还原成视频信号后上监视器墙显示。当有多路图像信号接入分中心交换机时，可通过分中心图像控制终端切换某一路进解码器解码后显示。IP视频传输便于联网、远程调用、资源共享，可采用点播/组播方式，实现一点对多点的传输。各路图像可用不同的压缩编码方式，只是监控终端需要多种软件进行图像解码。

二、高速公路视频传输方式的选择

传统高速公路视频传输采用光端机、交换采用模拟矩阵的模式，视频传输采用光端机（一般是点对点数字非压缩视频光端机或数字非压缩级联光端机），视频切换采用模拟矩阵。由于视频监控系统需要大量的中间接入设备（如光端机、矩阵、视频分配器等），这些设备有不同的品牌、不同的型号及不同的性能，导致整个系统过于复杂，无法做到统一、方便和有效的管理。同时，这些设备之间完全靠模拟视频互连，多次连接过程有损视频信号的质量，而且现在的光端机几乎都已采用数字非压缩技术，为与模拟矩阵连接，在整个联网系统的视频传输过程中视/音频信号需要经过多次的A/D、D/A转换，图像质量无法得到保证，并且模拟视频信号每经过一次传统模拟矩阵都会产生一定的损耗。

数字视频光传输交换系统以数字非压缩视频光纤传输技术为基础，集数字视频光纤传输网络和数字视频矩阵功能于一体，把数字视频综合光纤传输网络与数字视频交换网络（数字矩阵）进行无缝连接与融合，整个传输与交换平台由统一的“数字视频综合传输交换管理软件平台”进行管理。此系统具有全数字、大容量、高品质图像、高扩展性、完善的视频管理及网络管理能力，可为视频监控高端用户提供专业的综合解决方案，特别适合于对多级传输、交换高质量视频、多种业务接入的用户需要。

三、工程实例

西汉高速公路分为西安至户县段、户县—洋县—勉县段、勉县至宁强段和宁强至棋盘关段建设。根据陕西省高速集团的规划，2009年将西汉高速公路划分为西汉分公司和汉宁分公司管理，其中西汉分公司负责管辖西安至金水段，汉宁分公司负责管理金水至陕川界（棋盘关）。西汉分公司管辖路段全长约为164公里（K1101+000～K1265+500），全段共新增道路监控摄像机53套，对本路段进行全天候监视，及时发现事故迹象，尽早处理。全线日常运营分为3个管理所管理，分别为户县所、秦岭所（七亩坪）、宁陕所，负责各自路段的道路监控及收费业务管理。

1.路段内的视频及数据传输

原有外场监控摄像机至所属管理所的视频传输方式不变，建立以数字视频传输交换平台为核心的信息传输系统，解决路段内新增监控外场设备至监控分中心的监控系统视频、数据传输，并负责已汇集至管理所的原有外场设备图像、数据向监控分中心的传输。各数字视频数据传输平台之间采用波分复用设备，以减少光纤占用，各节点传输平台依线形方式串接，以减少使用光中继次数。

在七亩坪虚拟监控分中心设置数字视频光传输交换平台局站设备（视频需要接入接出），虚拟分中心数字视频光传输交换平台除了与其他传输平台相连，还具备模拟视频接入、模拟视频切换输出、视频低码流编码、摄像机遥控信号输出、以太网通道提供、E1通道提供等功能。

在高速大厦监控分中心设置数字视频光传输交换平台支站设备（视频只需要输出），该传输平台与户县传输平台相接，具有模拟视频切换输出、闭路电视遥控键盘接入、以太网通道提供、E1通道提供等功能。

在户县、宁陕管理所各设置1套数字视频光传输交换平台支站设备（视频需要接入），该传输设备与其他传输平台相接，具有模拟视频输入、摄像机遥控信号输出、以太网通道提供等功能。图7、图8分别为七亩坪虚拟分中心综合监控视频控制系统图和户县管理所视频传输图。

图7 七亩坪虚拟分中心综合监控视频控制系统图

图8 户县管理所视频传输图

本项目道路沿线的新增遥控摄像机图像采用节点光端机上传至临近的监控管理所（虚拟监控分中心），接入该站点的数字视频传输交换平台，最终全部传入监控分中心。

收费管理所摄像机图像接入监控分中心的分为两类，即收费广场摄像机和收费亭（收费车道）固定摄像机，广场图像在收费管理站经视频分配器分配一路进入收费管理所视频控制矩阵，另一路通过视频传输平台(或远端模块)传至监控分中心。收费亭（收费车道）固定摄像机图像在收费管理所内经收费监控系统视频控制矩阵切换输出4路视频图像，再通过收费管理所视频传输平台（或远端模块）传至监控分中心。治超摄像机图像处理方式与收费系统摄像机图像相同。

服务区摄像机图像通过节点光端机提供的传输通道传至监控分中心。在监控分中心设置视频网管工作站，负责路段分公司范围内综合监控视频图像的调度管理。

收费系统、治超系统的可遥控摄像机图像在经过视频分配器分配后，接入同址设置的数字视频光纤传输交换平台或远端传输模块。这些遥控摄像机的控制信号来自初级视频矩阵的控制信号输出端口，通过平台设备对初级视频矩阵的控制来实现监控分中心对上述遥控摄像机的远程控制。

2.监控分中心——省监控中心的视频及数据传输

监控分中心向省监控中心上传8路符合H.264码流编码标准的高码流（2M）及低码流（200K）H.264编码图像。上传的图像包括本路段内的道路监控图像、隧道监控图像、收费系统图像、治超系统图像。

高码流图像通过高速公路通信专网提供的网络平台上传至省监控中心、集团公司监控中心、厅应急办等处，也可还原到监视器、大屏幕投影上清晰显示。低码流图像在计算机显示，均可对路段内图像实现调控。

视频监控系统图像传输所需的七亩坪虚拟监控分中心至省监控中心1路以太网通道由西汉高速公路干线通信系统提供，实际带宽为30M，满足高低码流视频图像传输、呼叫服务系统、监控数据传输以及其他扩展预留业务的需求。

设置在虚拟监控分中心的视频发布服务器、IPSAN提供H.264编码的200K低码流录像或实时图像流媒体图像，高速公路综合监控网中的授权终端可远程浏览低码流视频图像，监控分中心视频发布服务器配合监控分中心视频交换机提供视频组播，可根据网络带宽控制浏览数量。

3.监控分中心——管理所的视频及数据传输

管理所主要负责收费业务的运营管理，仍保留原收费所级监控设施，监控外场视频、数据在管理所汇集后上传路段监控分中心。管理所所需的监控视频主要通过计算机网络采用软解压方式从路段监控分中心获取，所需监控数据取自监控分中心计算机系统。管理所原则上不增加视频显示和记录设备，保留原管理所内已配置监控设施，可进行适当的监控视频图像监视作为计算机远程查询终端的补充。

高速公路视频监控系统传输方式的选择需要根据传输距离、传输容量、周围环境影响综合考虑，结合未来高速公路视频监控技术的发展趋势，根据不同的需要制定合理、经济的传输方案。