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浅谈高速公路区域联网监控数字视频方案
作者:管理员    发布于:2013-04-17 15:34:07    文字:【】【】【
   
   各路段联网传输建设的现状

  高速公路的建设通常以路段为单元,每个路段设置一个监控分中心,监控分中心汇集了本条路段的全部或部分视频图像。
  (1)监控外场(摄像机带云台)
  a. 主线道路(包括高速公路、互通立交、服务区、停车区、国道主干线等)监控图像;
  b. 特殊路段(如隧道、特大桥、长下坡、特殊线型路段等)视频监视图像;
  c. 与其他省交界处路段视频监控图像;
  d. 重要城市的出入口监视图像。
  (2)分中心监控室图像
  (3)收费站视频监视图像:
  a. 收费车道入口图像;
  b. 收费车道出口图像;
  c. 收费广场图像(摄像机带云台);
  d. 收费亭图像;
  e. 收费监控室图像;
  f. 财务室图像。
  监控点图像传输到监控分中心的方式主要为两种:一种利用沿途光纤通过视频光端机以模拟方式将图像传到分中心,上传图像直接进入模拟视频切换矩阵,同步进行数字化存储;另外一种是本地数字化后通过编码器形成数字图像,利用通信系统提供的数据通道传输至监控分中心,直接数字化存储,并通过解码器模拟化后接入视频切换矩阵。
  本文主要探讨的是分中心的视频如何传输到区域联网中心的方案,因为各路段距离区域联网中心都是属于广域网的范畴,利用光端机传输不现实,基本上都只有采用数字化传输这一种方式。
    分中心视频传输系统现状
  通常分中心视频系统存在以下几种情况:
  (1)矩阵分配情况
  · 监控分中心、收费分中心分别由几个矩阵控制,已经级联;
  · 监控分中心、收费分中心分别由几个矩阵控制,无法级联;
  · 监控分中心、收费分中心由1个矩阵控制。
  (2)收费站(服务区、超限站、监控外场)上传分中心图像格式
  · 部分路段采用非压缩格式上传图像;
  · 部分路段采用压缩格式上传图像,如MPEG2、MPEG4或H.264。
  (3)硬盘录像机/视频编码器使用情况
  · 部分路段的硬盘录像机不支持网络,部分路段的硬盘录像机支持网络;
  · 压缩格式主要有MPEG4和H.264;
  · 各路段硬盘录像机品牌型号各异;
   · 少量路段按4CIF进行压缩,大部分路段按CIF进行压缩。
  (4)数字视频系统状况
  · 大部分路段采用传统的矩阵+硬盘录像机形式;
  · 少量路段已实现或有计划地实现数字视频系统。
  (5)监控系统三层交换机状况
  · 大部分路段没有配备监控系统三层交换机;
  · 少量路段已配备监控系统三层交换机。
  分中心上传区域中心的方案
  分中心上传的图像数量
  通常参与联网的路段都有几十个,根据实际情况,一般各收费站要求上传分中心的视频图像为2-4路,分中心要求上传区域中心的视频图像也为2-4路。
  根据管理需求,区域中心应能对路段发生的各种情况进行视频监控。由于重要的路段外场基本上都实现了全程监控,每隔2Km就有一台摄像机,因此同时上传4路图像即可监视路段8Km范围内的外场情况。同样,若需监控收费站、超限站、服务区等地,同时4路图像也可以多角度、全范围地实现对监视点的视频监控;中心可以通过矩阵联网功能和切换功能实现对所有视频图像的监控。
[NextPage]  上传图像分辨率
  高速公路都建有通信专网互联,不同路段的传输和接入网因建设时间不同,传输能力也各异,因此建议分中心上传4路以上D1(720×576)/CIF(352×288)双码流视频到区域中心,D1码流用于监控大屏幕监视,CIF码流用于录像存储、事后查阅。系统要求能根据需要同时上传4路以上的收费图像(或监控、服务区、超限站图像),这样就能满足监控中心对路段的监控管理需求。
  监控中心的大屏幕可以调阅路段任意4路以上的图像,在上屏的同时,采用IPSAN设备进行图像存储,便于事后的稽查(采用IPSAN直接连接编码器进行图像存储,可避免采用硬盘录像机二次编解码造成图像质量下降的问题);而区域中心各管理终端通过“软解压”,根据权限可以调阅各路段4路以上的CIF实时视频,也可调阅存储于IPSAN的历史视频。
  每个分中心传输数字压缩图像带宽的最小需求如下:
  4路D1: 4×2M=8M
  4路CIF:4×512K=2M
  合计:8+2=10M,加上损耗,约为12 M 。
  根据路段实际情况,分中心传输数字压缩图像带宽的最大理论需求如下:
  7路D1: 7×2M=14M
  7路CIF:7×512K=3.5M
  合计:14+3.5=17.5M,加上损耗,约为20 M 。
  通信系统资源分配
  当前各省主干通信SDH环网资源一般为10G,早期建设的通常是2.5G,常用分配情况如下:
  [NextPage]
  (1)数字程控交换机链路:n×2×2M;
  (2)收费数据:n×5×2M;
  (3)监控数据:n×5×2M;
  (4)数字压缩图像:n×(12~20)M;
  (5)会议电视:n×1×2M;
  (6)交通信息呼叫中心:n×1×2M;
  (7)办公数据及其它:n×5×2M。
  如果50个路段联网,合计带宽约为2.5G~3G,根据上述分中心上传视频的路数,建议:数字压缩图像通道的带宽在12M以上。
  视频图像压缩格式的选用
  鉴于近年图像编解码技术的发展,H.264压缩标准已经被网络流媒体技术所广泛采用,因此可以选用更先进的H.264/MPEG4 AVC压缩标准,以适应网络不断发展的要求。
  编码器的配置
   路段分中心从矩阵输出4路视频,接入D1/CIF双码流高清编码器。根据各分中心的实际视频进行系统配置,编码器配置分以下几种情况:
  (1)各矩阵间能够实现级联,或本身只使用一台矩阵,分中心可通过监控矩阵提供4路视频图像的输出信号,经编码器压缩后,由通信系统以太网接口上传至区域中心数字视频系统,见图1。
  (2)针对分中心不同品牌、不同数量的矩阵,如果分中心各矩阵间不能实现级联,则在分中心增加编码器,收费、监控系统的各视频矩阵分别提供任意4路视频图像输出信号,经编码器压缩后,由通信系统以太网接口上传至区域中心的数字视频系统中,见图2。
  (3)针对分中心不同品牌、不同数量的矩阵,如果分中心各矩阵间不能实现级联,可不增加编码器,按系统分配图像路数,如:收费矩阵1路、全程监控2路、服务区等监控1路,经一台4路编码器压缩后,由通信系统10/100Mbps接口上传至区域中心的数字视频系统,见图3。
  为了满足管理需求,若分中心的矩阵能级联(或只有一台矩阵)的,则在分中心安装4路编码器;若分中心的矩阵不能级联的,则在各矩阵分别设置4路编码器,由监控软件进行矩阵“软”级联,同时保持上传区域中心的通道为4路D1/CIF双码流图像。
  区域中心视频网络设备方案
  路段分中心的压缩视频图像通过通信系统以太网口传输到区域中心的数字视频系统,区域中心通过解码器阵列对H.264/D1数字视频信号进行解码,转换成模拟信号,经视频分配器接入大屏幕投影系统的图像处理器,处理后上大屏幕切换、拼接显示;同时视频分配器可直接输出视频信号到投影拼接单元上,在拼接控制器故障时也可直通显示,同时以CIF格式图像在存储设备IPSAN上录像。系统通过数据管理服务器,负责对视频进行录像、回放管理。
  各视频管理终端可通过对压缩的视频流媒体“软解压”,进行相应的图像调阅。各查询终端根据不同权限,除可查阅各分中心实时上传的图像外,还可访问IPSAN设备来调阅存储的历史视频。视频控制信号由数字视频系统上的视频管理服务器来控制,也可由监控系统的视频控制工作站来完成(由监控系统交换机、监控核心交换机与数字视频系统连接实现),优先级由视频管理服务器来管理。
  对于外网访问,数字视频核心交换机通过公众信息交换机将前端H.264码流图像传输到流媒体服务器,通过流媒体服务器完成对视频流的高速转发,提供外网用户通过单播模式调阅视频图像。即内网用户采用组播模式直接调用路段图像;外网用户则由流媒体服务器高速转发,通过单播模式调用路段图像。
  数字视频系统与公众信息服务系统交换机相连,通过公网网站服务器和流媒体服务器提供公网用户的视频访问,将公网网站服务器和视频流媒体服务器放置在防火墙的DMZ区(非军事化区,Demilitarized Zone),作为公网与内网的隔离区和缓冲区,公网用户能访问DMZ区内的服务器;内网用户也能访问DMZ区;但公网用户不能访问内网;DMZ区也不能访问内网。通过这样的设置,既能保证为内网和公网同时提供服务,又可提高公众信息系统的安全性,公众信息服务系统结构图如图4所示。
  路段IP视频改造
  收费站采用压缩视频格式上传分中心的路段,应优先考虑进行IP视频或非压缩格式上传分中心的改造,以避免二次编解码造成区域中心大屏图像的质量下降。
  若路段有IP视频改造计划,则建议在分中心设置流媒体服务器,在通信系统有富余带宽的情况下,通过流媒体服务器上传更多的图像到区域中心。
  分中心的硬盘录像机若支持网络传输,建议分中心可按区域中心统一提供的IP及参数进行设置,作为分中心图像上传区域中心的应急和备选方案。
[NextPage]  联网中心解码器的选择问题
  联网监控中心都会配置大屏幕拼接系统,目前主要是DLP、等离子、液晶三种拼接单元方案,拼接单元都会接入模拟视频信号,用于对应显示各路段的4路D1编码视频流。可有以下两种方式进行视频解压。
  方案一:采用专业的视频解码器独立设备,以“硬解压”的方式输出模拟图像;
  方案二:采用计算机视频软件解压的方式,以“软解压”的方式输出RGB模拟视频信号,一般一台计算机能解压8路D1视频。
  对于以上两种方式,在此建议选用方案一独立视频解码器的方式,比较如下:
  (1)方案一中,直接输出模拟图像,经分配器后,一路直接上大屏幕拼接单元,同时一路进入图像处理器,这样即便大屏图像处理器系统出现问题,在应急情况下,也可在大屏直接显示,有利于以后的系统扩容。
  (2)方案二中,取消解码器后,需增加若干台计算机,可靠性没有方案一高。计算机相对于解码器易出现软硬件的故障,而且维护量大。
  当出现故障时,计算机需要软硬件专业人员进行维护;当断电停机时,需要人员到现场开启。而解码器出现故障时则更换方便;解码器断电后,来电自动启动,时间也短。
  组播管理
  最好要求路段分中心及区域中心的编解码器、三层交换机等设备支持组播模式,通过网络设备及编解码器的组播参数设置,区域中心可在内网内实现通过视频管理终端对各路段上传视频图像的任意调阅,而不再受主线通信带宽的限制,同时也相应要求分中心需配置三层汇聚交换机,支持组播功能。
  存储管理
  区域中心采用IPSAN存储设备代替硬盘录像机,直接将IPSAN设备接入视频核心交换网络,路段分中心2-4路高清编码器的D1码流在大屏幕显示的同时,通过IPSAN直接将对应2-4路CIF码流进行存储。这样从源头到存储内容只经过一次编解码,图像质量高;而硬盘录像机需从区域中心解码器解码输出还原成模拟信号后,再次经过数字编码压缩,图像质量低。在区域中心配备一台数据管理服务器(及软件),对IPSAN存储、调阅查看进行管理。
  统一管理平台
  应统一考虑数字视频系统的编解码器、存储系统、网络系统和管理平台四个组件,系统采用统一的平台,便于今后的扩展应用。
  结语
  视频监控数字化、IP化是不可阻挡的潮流,而相关标准的缺失也是必须要正视的现实,标准的建立永远相对滞后,用户对联网监控的需要却与日俱增,如何更好地满足用户现实功能上的需求,还需要继续在摸索中前进。
 
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