IP网络高清监视系统的应用及比较

张宏亮（陕西信兴铁路人力资源管理有限公司，陕西 西安 710000）



IP网络高清监视系统的应用及比较

张宏亮
（陕西信兴铁路人力资源管理有限公司，陕西 西安 710000）

摘 要：本文介绍了视频监视系统的几种清晰度模式、组网结构以及对应方案的重点设备选择，主要对依托于IP化网络架构的高清视频监视方案进行了介绍和技术对比，并介绍了视频监视系统在兰州轨道交通1号线的实际应用，为兰州轨道交通后续线路视频监控系统的设计提供更清晰的思路，同时，展望视频监视系统在城市轨道交通及整个视频监视行业的发展方向。

关键词：城市轨道交通；视频监控；数字高清；IP SAN

1　背景介绍

现代，城市发展得越来越庞杂。人员与大型设备接触增多，客流集中区域增多，同时，城市恐怖主义等不安全因素不断蔓延，且变得更加隐蔽和突发。城市安防变得越来越重要，而视频监视作为安防系统的重要组成部分，随着它所面对的环境的变化需要不断的升级，并逐渐向着高清、快速、全覆盖，甚至智能的方向发展。

城市轨道交通人流量大、大型设备多、环境复杂。视频监视系统在城市轨道交通的作用不可或缺，运营人员利用它监控列车运行、监控各种设备的运行及客流情况，提高运营调度的透明度和准确度。此外，还可以震慑犯罪分子，为公安办案提供最直接的第一手资料。而以上这些特点都是伴随着计算机技术、互联网技术、图像处理技术、传输技术等技术的发展而发展，同时，制造技术的发展使得硬件集成度更高，视频监视的前端设备功能更强大且更小更美观。

2　视频监视系统方案比较

目前，视频监视技术有模拟视频监视、模拟+数字视频监视、数字视频监视三种。

（1）模拟视频监视技术

它是一种基于视频切换矩阵的模拟视频解决方案，从前端摄像机、视频分配、视频传输、视频切换控制和监视显示设备均为模拟设备。其中最主要的设备是模拟视频切换矩阵。摄像机采集的视频信号通过视频电缆连接到视频矩阵，监控人员通过键盘控制视频矩阵的输出，选择所需要的监控点图像进行监视。由于模拟视频监视系统全部是模拟信号，信号传输距离有限，所以监控范围较小。系统受画面分割器、矩阵和切换器等设备限制扩展性差。

（2）模拟+数字视频传输监视技术

它仍然是一种基于视频切换矩阵的模拟视频解决方案，摄像机采集的视频信号通过视频电缆连接到视频矩阵，监控人员通过键盘控制视频矩阵的输出，选择所需要监控点的图像进行监视。为了解决模拟信号传输距离有限这个问题，视频矩阵输出的视频信号，经过分散监控点的视频编码设备转换成数字视频信号，再利用其它传输网络或者光端机进行远距离传输，达到大范围视频监控的目的。在模拟+数字视频监控系统中，采用DVR存储。

表1　

（3）数字视频监视技术

数字视频监视系统是一种基于计算机技术、视频采集技术和数字压缩处理技术为一体的智能化视频监视系统。在车站设置数字视频服务器，所有前端摄像机模拟视频信号经过编码后均接入数字视频监视平台。值班员通过鼠标或键盘甚至触摸屏的操作即可完成车站一级的监视。数字压缩编码后的视频图像信号通过通信传输网络进行远距离传输，中心监视终端通过中心视频服务器可监视、切换、控制系统内任一监控点的摄像机，实现中心一级的视频图像监视。

上述三种技术方案经济、技术比较见表1。

根据以上比较，模拟视频监视技术落后，可扩展性差；模拟+数字视频监视技术有一些进步，但设备复杂；全数字视频监视技术组网结构简单，扩展性好，是未来视频监视技术的发展方向。

3　高清视频监控相关技术比较

高清格式最先是由美国电影电视工程师协会（SMPTE）定义的高清电视标准（HDTV）演变而来，目前行业中有两类高清格式：高清标准720P（1280×720分辨率、16∶9宽屏显示、逐行扫描/60Hz）和全高清标准1080i（1920×1080分辨率、16∶9宽屏显示、隔行扫描/60Hz）及1080P（1920×1080分辨率、16∶9宽屏显示、隔行扫描/60Hz）。对于这三种高清晰度视频格式，相应的高清视频接口有YPbPr、DVI、HDMI、HDSDI和IP网络接口等几种，其中YPbPr色量分差接口是一种模拟视频传输接口，其余的都是高清数字视频接口，但在传输距离和带宽有所不同，这几种视频接口比较见表2。

对于视频监视系统来说，前端视频采集和后端视频显示的相关技术选择为系统建设的重点。由于YPbPr一般是不在视频监控系统中使用，而DVI、HDMI传输距离较短，所以视频监视系统中通常有HD-SDI摄像机和IPC（IP camera、网络摄像机）这两种高清摄像机。

表2　

图1　

目前，轨道交通行业在视频监控系统建设中，高清视频监控系统已经是主流建设标准，在高清视频监视架构下，有IPC+ IP SAN存储、HD-SDI高清摄像机+视频编码器+高清视频矩阵+IP SAN存储两种模式，每种模式都有自己的特点。

HD-SDI高清摄像机+视频编码器+高清视频矩阵+IP SAN存储模式，在许多城市轨道交通中都有应用，它以未压缩数字信号在同轴电缆上高速传输，无压缩，实时性好，兼容性好，安全可靠。但是，HD-SDI技术在传输上光纤利用率低，各种设备厂家较少，价格昂贵，组网相对复杂。

IPC（网络摄像机）+IP SAN存储模式高清视频监视架构前端采用的是高清网络摄像机，高清网络摄像机集成了压缩控制器、微操作系统，甚至还有iSCSI支持功能，视频流经压缩后直接进入IP网络，可以在全网传输、调阅和存储，额外设备较少，网络建设架构简单，组网灵活。而且全IP网络是今后承载网发展的趋势，同时，各种IP网络设备功能越来越强大，网络安全技术越来越完善。所以，IP网络高清监视模式在具有自己各种优势的前提下，对视频监控质量上也是完全可以保证，将是未来视频监控行业的主流甚至最优方案选择。

4　IPC+IP SAN监控架构应用实例

兰州轨道交通1号线一期工程陈官营至东岗段，线路全长约26km，车站20座，停车场和车辆段各一座，控制中心一座（位于东岗车辆段内）。

兰州1号线一期工程视频监视系统分为专用视频监视系统和公安视频监控系统，考虑到节约投资和资源共享，公安和专用视频监视系统由专用视频监视系统统一考虑。专用视频监视系统前端摄像机采用IP camera（网络摄像机），整体考虑基于IP的视频监视架构，整体架构简单，设备种类少，组网灵活，使用方便。

视频监控系统覆盖区域有出入口、站厅、站台、扶梯上下端、闸机通道、安检机通道、售票补票亭、重要设备房、厕所等区域。在每个车站警务室和车控室设置视频监控终端及控制接口，车站警务人员可调看相关视频及控制云台摄像机。车控室设置视频监控终端和控制台，同样可监看任意视频及控制云台摄像机。车站列车停车位附近设置监视器，本侧站台屏蔽门侧摄像机通过解码和视频合成显示在监视器上，供司机监看上下车人员情况。在控制中心，中心调度员可在各自的显示终端或大屏幕上调看全线任意摄像机的图像，其中电力调度员主要监视变电所开关设备状况，防灾（环控）调度员主要监视车站的机电设备运营状态。

视频监控系统连接示意图如图1所示。

视频监视系统采用车站、控制中心两级相互独立的监控方式，平常以车站值班员控制为主进行视频监控，控制中心调度员可任意选择上调各车站的任一摄像机的监控画面。在紧急情况下，以控制中心调度员控制为主进行视频监控。

本系统前端采用IP网络高清摄像机，200万像素，内置CMOS图像传感器、H.264数字化压缩控制器、iSCSI支持功能以及基于WEB的操作系统。前端摄像机采集视频信号经压缩编码直接进入IP监控网络，IP SAN存储设备直接连接到监控网络进行存储。车站视频监控包括值班员监控和司机监控，值班员监控通过综合监控专业设置的监控终端实现，视频监控系统与综合监控系统互联，将视频信号传给综合监控专业。站台屏蔽门侧的摄像机视频信号一路进入监控网络进行存储，一路直接经解码和视频合成后在站台端头司机停车位处的显示器上显示，用于司机监看上下车人流情况，辅助司机控制屏蔽门和安全发车。视频监控系统能够对调看视频监控的人员设置优先级和权限，有相应权限的公安人员可以直接从车站监控网络调取视频信号监看，专用视频监控系统与公安传输网络通过千兆光口连接，用于给派出所和公安分局传输推送视频信号。车站视频监控系统与控制中心视频监控系统通过专用传输网络互连，传输系统为视频监视系统提供1000M总线型以太网传输通道（高清1920×1080，逐行扫描，不低于6M码流），完全可以满足中心的监看需求。同时中心的分析服务器可对剧烈运动、电梯逆行、可疑物、管制区域入侵等进行检测分析并报警，能够及时准确全方位掌控车站情况。

结语

不同视频监控技术有不同的侧重点和应用领域，HD-SDI和IP高清监视技术是目前比较流行的两种高清监视技术，HD-SDI技术视频流畅、实时性好等优点使得它在许多领域都有应用，但是它结构复杂，成本较高，因而任然有许多局限。IP网络高清监视在各方面的发展迅速，成本低廉，组网简单，若能在网络安全性及传输时延等方面更上一层楼，则发展前景更加良好。

整体看，视频监视已是许多行业中不可或缺的组成部分，在轨道交通中更是行调、环调、电调的有效的辅助手段。视频监视许多技术已很成熟。但还有很多方面需要完善，例如：设备兼容性更好、行业规范更加细化和专业性、监控更加智能等等。

参考文献

[1]刘魁.HD-SDI在昆明市轨道交通CCTV系统中的应用、铁四院院报、004544.

[2]余和初，聂蓉.高清视频监控技术的现状及发展趋势[J].中国公共安全（综合版），2009（12）.

中图分类号：TP277

文献标识码：A