高速铁路综合视频监控系统构成及其技术方案分析

高玉　张玮　邢红霞

摘要：随着计算机技术的发展，视频编码技术在视频监控中的作用越来越重要，它对视频监控系统中的图像质量、网络传输带宽、系统间的互联互通、资源共享等很多方面都具有十分重要的作用。文章主要介绍了高速铁路综合视频监控系统总体构成，并对高速铁路综合视频监控系统编码技术方案选择等进行了分析。

关键词：高速铁路；综合视频监控；视频编码技术

1.研究背景

视频监控对于安全防范具有非常重要的作用，它的防范能力较强，采用视频监控技术可以实现实时监控，并将被监控的画面以录像的形式进行存储，这样方便事后进行查看和回放。随着铁路的快速发展，为了满足高速铁路经营管理和客货营销等管理需求，并方便相关部门对高速铁路的车站和线路行车情况进行实时监控，高速铁路部门大多数应用了视频监控系统，促进了铁路业务的正常化、健康发展。视频编码技术作为高速铁路综合视频监控系统中的关键技术，促进了视频监控系统的应用及发展，保证了视频监控中的图像质量和网络传输宽带。

2.高速铁路综合视频监控系统总体构成

高速鐵路综合视频监控系统包括：视频节点（视频核心节点、视频区域节点、视频接入节点）、视频采集点、视频网络和用户终端，系统总体结构如图1所示。

2.1视频节点

（1）视频核心节点。视频核心节点设在铁道部，具有视频分发、存储、系统管理、认证授权、信令控制、GIS服务和与其他系统互联等功能。

（2）视频区域节点。视频区域节点设置于铁路局和客专调度所，作为系统的主要管理机构，具有视频分发/转发、存储、系统管理、认证授权、信令控制、GIS服务和与其他系统互联等功能。

（3）视频接入节点。视频接入节点分为2类：I类视频接入节点和II类视频接入节点。

I类视频接入节点根据采集点的数量选择大型客运站、编组站或段所在地，具有视频接入、视频分发/转发、存储、视频分析、系统管理、认证授权、信令控制、GIS服务和与其他系统互联等主要功能。

II类视频接入节点设置在采集点较集中且具有传输条件的点和沿线部分车站，具有对采集点的视频汇聚及上传、存储、调用等功能。

2.2视频采集点

根据安全、管理、防灾等要求，视频采集点设置在铁路车站、段所及沿线区间的重点场所和区域，通过前端监控设备实现对监控对象的监控，生成的视频图像可以在现场进行原始模拟图像的编解码，也可以通过视频网络传送到视频接入节点进行编解码。

2.3视频网络

视频网络包含了视频接入和视频传输，主要完成视频信号从视频和相关控制信息由采集点传到视频节点、用户监视终端和视频接入节点传到视频区域节点/视频核心节点的功能。网络构成可采用SDH网、MSTP、有线（光缆、电缆）或无线等方式接入。

2.4用户终端

用户终端包括铁道部、铁路局/客专调度所和站段级用户的监控/显示终端，各级用户按业务部门可分为调度、公安、安监、车务、机务、工务、电务、车辆、客运、货运、供电等。各类用户终端可以根据业务范围和使用权限对系统内的视频资源进行访问和控制操作。

3.高速铁路综合视频监控系统编码技术方案选择

编码器主要负责把多路模拟的视频、音频信号（如摄像机、麦克风、音箱等视音频源信号）进行数字化和压缩编码，形成IP数据包，利用网络传送到指定的目的地址。视频压缩编码主要是对模拟视频图像进行数字化，并将含有大量冗余信息的数字视频进行压缩、编码，压缩、编码之后方便远程传输和储存。视频压缩编码作为网络视频监控的核心技术之一，其编码质量直接影响视频的传输、存储和播放等相关环节。

近年来，随着视频编码技术的发展，出现了AVS，MPEG-4，H.264，MPEG-2，H.263，MPEG-1，H.261等相关技术，其中H.264和MPEG-4技术的应用最为广泛，因为这两项技术具有灵活性高和压缩效率高等优点，当前在视频监控系统中这两项技术的应用也最为广泛。对于用户来说，选择视频压缩编码技术主要考虑价格、稳定性、存储量带宽及清晰度等几方面的因素。

由于MPEG-4标准当前已经十分成熟，其发布较早，并且已经形成了产业化的发展规模，因此，其性价比较高、内容也十分丰富，同时算法比较简单，但是和H.264相比，其编码效率不高，并且占用较多的宽带，对网络的要求也较高。

H.264技术也具有自身的优势，并且在很多领域都得到了突破性的进展，使其整体性能显著提升，编码效率高，并且显著降低了存储的容量，对码率和分辨率的要求不高，在不同分辨率、不同码率下都能获得较好的视频观看质量，采用“网络友善”的结构和语法，提高了对网络的传输效率，降低了传输过程中对网络宽带的要求。经过H.264压缩的视频数据，提高了视频的清晰度，降低了视频传输过程中对网络的要求，提高了视频传输的稳定性，正是由于这些优点H.264已成为高清视频压缩技术中的主流技术。

由于高速铁路中的视频监控点位路数较多，并且要求实施对视频监控录像进行观看，对画面的质量也有较高的要求，能够实现实时图像的多级转发和分发等功能，这就对编码技术提出了更高的要求，要求其图像质量更加优秀，编码效率较高，并且适合网络传输。因此，在采用以MPEG-4，H.264为主的压缩编码格式，能够满足高速铁路视频监控的需求。

4.结语

高速铁路综合视频监控系统目前已成为高速铁路安全防范系统的重要组成部分，随着高清视频监控技术的发展，全数字化、高清化、智能化的网络视频监控系统在高速铁路视频监控系统中的应用越来越广泛。高速铁路综合视频监控系统为满足铁路视频资源网络化传输、标准化建设的需求，全网应选用适合的编解码技术，从而充分利用有限的传输资源，获得更好的图像质量，为整网带来较高性价比。