各路段聯(lián)網(wǎng)傳輸建設(shè)的現(xiàn)狀

　　高速公路的建設(shè)通常以路段為單元，每個(gè)路段設(shè)置一個(gè)監(jiān)控分中心，監(jiān)控分中心匯集了本條路段的全部或部分視頻圖像。

　　圖像來源

　　(1)監(jiān)控外場(攝像機(jī)帶云臺(tái))

　　a. 主線道路(包括高速公路、互通立交、服務(wù)區(qū)、停車區(qū)、國道主干線等)監(jiān)控圖像;

　　b. 特殊路段(如隧道、特大橋、長下坡、特殊線型路段等)視頻監(jiān)視圖像;

　　c. 與其他省交界處路段視頻監(jiān)控圖像;

　　d. 重要城市的出入口監(jiān)視圖像。

　　(2)分中心監(jiān)控室圖像

　　(3)收費(fèi)站視頻監(jiān)視圖像：

　　a. 收費(fèi)車道入口圖像;

　　b. 收費(fèi)車道出口圖像;

　　c. 收費(fèi)廣場圖像(攝像機(jī)帶云臺(tái));

　　d. 收費(fèi)亭圖像;

　　e. 收費(fèi)監(jiān)控室圖像;

　　f. 財(cái)務(wù)室圖像。

　　監(jiān)控點(diǎn)圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控分中心的方式主要為兩種：一種利用沿途光纖通過視頻光端機(jī)以模擬方式將圖像傳到分中心，上傳圖像直接進(jìn)入模擬視頻切換矩陣，同步進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ);另外一種是本地?cái)?shù)字化后通過編碼器形成數(shù)字圖像，利用通信系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)通道傳輸至監(jiān)控分中心，直接數(shù)字化存儲(chǔ)，并通過解碼器模擬化后接入視頻切換矩陣。

　　本文主要探討的是分中心的視頻如何傳輸?shù)絽^(qū)域聯(lián)網(wǎng)中心的方案，因?yàn)楦髀范尉嚯x區(qū)域聯(lián)網(wǎng)中心都是屬于廣域網(wǎng)的范疇，利用光端機(jī)傳輸不現(xiàn)實(shí)，基本上都只有采用數(shù)字化傳輸這一種方式。

　　分中心視頻傳輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　通常分中心視頻系統(tǒng)存在以下幾種情況：

　　(1)矩陣分配情況

　　· 監(jiān)控分中心、收費(fèi)分中心分別由幾個(gè)矩陣控制，已經(jīng)級(jí)聯(lián);

　　· 監(jiān)控分中心、收費(fèi)分中心分別由幾個(gè)矩陣控制，無法級(jí)聯(lián);

　　· 監(jiān)控分中心、收費(fèi)分中心由1個(gè)矩陣控制。

　　(2)收費(fèi)站(服務(wù)區(qū)、超限站、監(jiān)控外場)上傳分中心圖像格式

　　· 部分路段采用非壓縮格式上傳圖像;

　　· 部分路段采用壓縮格式上傳圖像，如MPEG2、MPEG4或H.264。

　　(3)硬盤錄像機(jī)/視頻編碼器使用情況

　　· 部分路段的硬盤錄像機(jī)不支持網(wǎng)絡(luò)，部分路段的硬盤錄像機(jī)支持網(wǎng)絡(luò);

　　· 壓縮格式主要有MPEG4和H.264;

　　· 各路段硬盤錄像機(jī)品牌型號(hào)各異;[nextpage]

　　· 少量路段按4CIF進(jìn)行壓縮，大部分路段按CIF進(jìn)行壓縮。

　　(4)數(shù)字視頻系統(tǒng)狀況

　　· 大部分路段采用傳統(tǒng)的矩陣+硬盤錄像機(jī)形式;

　　· 少量路段已實(shí)現(xiàn)或有計(jì)劃地實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻系統(tǒng)。

　　(5)監(jiān)控系統(tǒng)三層交換機(jī)狀況

　　· 大部分路段沒有配備監(jiān)控系統(tǒng)三層交換機(jī);

　　· 少量路段已配備監(jiān)控系統(tǒng)三層交換機(jī)。

　　分中心上傳區(qū)域中心的方案

　　分中心上傳的圖像數(shù)量

　　通常參與聯(lián)網(wǎng)的路段都有幾十個(gè)，根據(jù)實(shí)際情況，一般各收費(fèi)站要求上傳分中心的視頻圖像為2-4路，分中心要求上傳區(qū)域中心的視頻圖像也為2-4路。

　　根據(jù)管理需求，區(qū)域中心應(yīng)能對(duì)路段發(fā)生的各種情況進(jìn)行視頻監(jiān)控。由于重要的路段外場基本上都實(shí)現(xiàn)了全程監(jiān)控，每隔2Km就有一臺(tái)攝像機(jī)，因此同時(shí)上傳4路圖像即可監(jiān)視路段8Km范圍內(nèi)的外場情況。同樣，若需監(jiān)控收費(fèi)站、超限站、服務(wù)區(qū)等地，同時(shí)4路圖像也可以多角度、全范圍地實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)視點(diǎn)的視頻監(jiān)控;中心可以通過矩陣聯(lián)網(wǎng)功能和切換功能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有視頻圖像的監(jiān)控。

　　上傳圖像分辨率

　　高速公路都建有通信專網(wǎng)互聯(lián)，不同路段的傳輸和接入網(wǎng)因建設(shè)時(shí)間不同，傳輸能力也各異，因此建議分中心上傳4路以上D1(720×576)/CIF(352×288)雙碼流視頻到區(qū)域中心，D1碼流用于監(jiān)控大屏幕監(jiān)視，CIF碼流用于錄像存儲(chǔ)、事后查閱。系統(tǒng)要求能根據(jù)需要同時(shí)上傳4路以上的收費(fèi)圖像(或監(jiān)控、服務(wù)區(qū)、超限站圖像)，這樣就能滿足監(jiān)控中心對(duì)路段的監(jiān)控管理需求。

　　監(jiān)控中心的大屏幕可以調(diào)閱路段任意4路以上的圖像，在上屏的同時(shí)，采用IPSAN設(shè)備進(jìn)行圖像存儲(chǔ)，便于事后的稽查(采用IPSAN直接連接編碼器進(jìn)行圖像存儲(chǔ)，可避免采用硬盤錄像機(jī)二次編解碼造成圖像質(zhì)量下降的問題);而區(qū)域中心各管理終端通過“軟解壓”，根據(jù)權(quán)限可以調(diào)閱各路段4路以上的CIF實(shí)時(shí)視頻，也可調(diào)閱存儲(chǔ)于IPSAN的歷史視頻。

　　每個(gè)分中心傳輸數(shù)字壓縮圖像帶寬的最小需求如下：

　　4路D1： 4×2M=8M

　　4路CIF：4×512K=2M

　　合計(jì)：8+2=10M，加上損耗，約為12 M 。

　　根據(jù)路段實(shí)際情況，分中心傳輸數(shù)字壓縮圖像帶寬的最大理論需求如下：

　　7路D1： 7×2M=14M

　　7路CIF：7×512K=3.5M

　　合計(jì)：14+3.5=17.5M，加上損耗，約為20 M 。

　　通信系統(tǒng)資源分配

　　當(dāng)前各省主干通信SDH環(huán)網(wǎng)資源一般為10G，早期建設(shè)的通常是2.5G，常用分配情況如下：[nextpage]

　　(1)數(shù)字程控交換機(jī)鏈路：n×2×2M;

　　(2)收費(fèi)數(shù)據(jù)：n×5×2M;

　　(3)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)：n×5×2M;

　　(4)數(shù)字壓縮圖像：n×(12~20)M;

　　(5)會(huì)議電視：n×1×2M;

　　(6)交通信息呼叫中心：n×1×2M;

　　(7)辦公數(shù)據(jù)及其它：n×5×2M。

　　如果50個(gè)路段聯(lián)網(wǎng)，合計(jì)帶寬約為2.5G~3G，根據(jù)上述分中心上傳視頻的路數(shù)，建議：數(shù)字壓縮圖像通道的帶寬在12M以上。

　　視頻圖像壓縮格式的選用

　　鑒于近年圖像編解碼技術(shù)的發(fā)展，H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)所廣泛采用，因此可以選用更先進(jìn)的H.264/MPEG4 AVC壓縮標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的要求。

　　編碼器的配置

　　路段分中心從矩陣輸出4路視頻，接入D1/CIF雙碼流高清編碼器。根據(jù)各分中心的實(shí)際視頻進(jìn)行系統(tǒng)配置，編碼器配置分以下幾種情況：

　　(1)各矩陣間能夠?qū)崿F(xiàn)級(jí)聯(lián)，或本身只使用一臺(tái)矩陣，分中心可通過監(jiān)控矩陣提供4路視頻圖像的輸出信號(hào)，經(jīng)編碼器壓縮后，由通信系統(tǒng)以太網(wǎng)接口上傳至區(qū)域中心數(shù)字視頻系統(tǒng)，見圖1。

圖1 分中心級(jí)矩陣聯(lián)網(wǎng)視頻傳輸網(wǎng)[nextpage]

　　(2)針對(duì)分中心不同品牌、不同數(shù)量的矩陣，如果分中心各矩陣間不能實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)，則在分中心增加編碼器，收費(fèi)、監(jiān)控系統(tǒng)的各視頻矩陣分別提供任意4路視頻圖像輸出信號(hào)，經(jīng)編碼器壓縮后，由通信系統(tǒng)以太網(wǎng)接口上傳至區(qū)域中心的數(shù)字視頻系統(tǒng)中，見圖2。

圖2 分中心級(jí)非聯(lián)網(wǎng)矩陣視頻傳輸圖-1

　　(3)針對(duì)分中心不同品牌、不同數(shù)量的矩陣，如果分中心各矩陣間不能實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)，可不增加編碼器，按系統(tǒng)分配圖像路數(shù)，如：收費(fèi)矩陣1路、全程監(jiān)控2路、服務(wù)區(qū)等監(jiān)控1路，經(jīng)一臺(tái)4路編碼器壓縮后，由通信系統(tǒng)10/100Mbps接口上傳至區(qū)域中心的數(shù)字視頻系統(tǒng)，見圖3。

圖3 分中心級(jí)非聯(lián)網(wǎng)矩陣視頻傳輸圖-2

　　為了滿足管理需求，若分中心的矩陣能級(jí)聯(lián)(或只有一臺(tái)矩陣)的，則在分中心安裝4路編碼器;若分中心的矩陣不能級(jí)聯(lián)的，則在各矩陣分別設(shè)置4路編碼器，由監(jiān)控軟件進(jìn)行矩陣“軟”級(jí)聯(lián)，同時(shí)保持上傳區(qū)域中心的通道為4路D1/CIF雙碼流圖像。[nextpage]

　　區(qū)域中心視頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方案

　　路段分中心的壓縮視頻圖像通過通信系統(tǒng)以太網(wǎng)口傳輸?shù)絽^(qū)域中心的數(shù)字視頻系統(tǒng)，區(qū)域中心通過解碼器陣列對(duì)H.264/D1數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行解碼，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)視頻分配器接入大屏幕投影系統(tǒng)的圖像處理器，處理后上大屏幕切換、拼接顯示;同時(shí)視頻分配器可直接輸出視頻信號(hào)到投影拼接單元上，在拼接控制器故障時(shí)也可直通顯示，同時(shí)以CIF格式圖像在存儲(chǔ)設(shè)備IPSAN上錄像。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，負(fù)責(zé)對(duì)視頻進(jìn)行錄像、回放管理。

　　各視頻管理終端可通過對(duì)壓縮的視頻流媒體“軟解壓”，進(jìn)行相應(yīng)的圖像調(diào)閱。各查詢終端根據(jù)不同權(quán)限，除可查閱各分中心實(shí)時(shí)上傳的圖像外，還可訪問IPSAN設(shè)備來調(diào)閱存儲(chǔ)的歷史視頻。視頻控制信號(hào)由數(shù)字視頻系統(tǒng)上的視頻管理服務(wù)器來控制，也可由監(jiān)控系統(tǒng)的視頻控制工作站來完成(由監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)、監(jiān)控核心交換機(jī)與數(shù)字視頻系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn))，優(yōu)先級(jí)由視頻管理服務(wù)器來管理。

　　對(duì)于外網(wǎng)訪問，數(shù)字視頻核心交換機(jī)通過公眾信息交換機(jī)將前端H.264碼流圖像傳輸?shù)搅髅襟w服務(wù)器，通過流媒體服務(wù)器完成對(duì)視頻流的高速轉(zhuǎn)發(fā)，提供外網(wǎng)用戶通過單播模式調(diào)閱視頻圖像。即內(nèi)網(wǎng)用戶采用組播模式直接調(diào)用路段圖像;外網(wǎng)用戶則由流媒體服務(wù)器高速轉(zhuǎn)發(fā)，通過單播模式調(diào)用路段圖像。

　　數(shù)字視頻系統(tǒng)與公眾信息服務(wù)系統(tǒng)交換機(jī)相連，通過公網(wǎng)網(wǎng)站服務(wù)器和流媒體服務(wù)器提供公網(wǎng)用戶的視頻訪問，將公網(wǎng)網(wǎng)站服務(wù)器和視頻流媒體服務(wù)器放置在防火墻的DMZ區(qū)(非軍事化區(qū)，Demilitarized Zone)，作為公網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)的隔離區(qū)和緩沖區(qū)，公網(wǎng)用戶能訪問DMZ區(qū)內(nèi)的服務(wù)器;內(nèi)網(wǎng)用戶也能訪問DMZ區(qū);但公網(wǎng)用戶不能訪問內(nèi)網(wǎng);DMZ區(qū)也不能訪問內(nèi)網(wǎng)。通過這樣的設(shè)置，既能保證為內(nèi)網(wǎng)和公網(wǎng)同時(shí)提供服務(wù)，又可提高公眾信息系統(tǒng)的安全性，公眾信息服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

　　實(shí)施過程中的體會(huì)

　　路段IP視頻改造

　　收費(fèi)站采用壓縮視頻格式上傳分中心的路段，應(yīng)優(yōu)先考慮進(jìn)行IP視頻或非壓縮格式上傳分中心的改造，以避免二次編解碼造成區(qū)域中心大屏圖像的質(zhì)量下降。[nextpage]

　　若路段有IP視頻改造計(jì)劃，則建議在分中心設(shè)置流媒體服務(wù)器，在通信系統(tǒng)有富余帶寬的情況下，通過流媒體服務(wù)器上傳更多的圖像到區(qū)域中心。

　　分中心的硬盤錄像機(jī)若支持網(wǎng)絡(luò)傳輸，建議分中心可按區(qū)域中心統(tǒng)一提供的IP及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，作為分中心圖像上傳區(qū)域中心的應(yīng)急和備選方案。

　　聯(lián)網(wǎng)中心解碼器的選擇問題

　　聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心都會(huì)配置大屏幕拼接系統(tǒng)，目前主要是DLP、等離子、液晶三種拼接單元方案，拼接單元都會(huì)接入模擬視頻信號(hào)，用于對(duì)應(yīng)顯示各路段的4路D1編碼視頻流?？捎幸韵聝煞N方式進(jìn)行視頻解壓。

　　方案一：采用專業(yè)的視頻解碼器獨(dú)立設(shè)備，以“硬解壓”的方式輸出模擬圖像;

　　方案二：采用計(jì)算機(jī)視頻軟件解壓的方式，以“軟解壓”的方式輸出RGB模擬視頻信號(hào)，一般一臺(tái)計(jì)算機(jī)能解壓8路D1視頻。

　　對(duì)于以上兩種方式，在此建議選用方案一獨(dú)立視頻解碼器的方式，比較如下：

　　(1)方案一中，直接輸出模擬圖像，經(jīng)分配器后，一路直接上大屏幕拼接單元，同時(shí)一路進(jìn)入圖像處理器，這樣即便大屏圖像處理器系統(tǒng)出現(xiàn)問題，在應(yīng)急情況下，也可在大屏直接顯示，有利于以后的系統(tǒng)擴(kuò)容。

　　(2)方案二中，取消解碼器后，需增加若干臺(tái)計(jì)算機(jī)，可靠性沒有方案一高。計(jì)算機(jī)相對(duì)于解碼器易出現(xiàn)軟硬件的故障，而且維護(hù)量大。

　　當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，計(jì)算機(jī)需要軟硬件專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù);當(dāng)斷電停機(jī)時(shí)，需要人員到現(xiàn)場開啟。而解碼器出現(xiàn)故障時(shí)則更換方便;解碼器斷電后，來電自動(dòng)啟動(dòng)，時(shí)間也短。

　　組播管理

　　最好要求路段分中心及區(qū)域中心的編解碼器、三層交換機(jī)等設(shè)備支持組播模式，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及編解碼器的組播參數(shù)設(shè)置，區(qū)域中心可在內(nèi)網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)通過視頻管理終端對(duì)各路段上傳視頻圖像的任意調(diào)閱，而不再受主線通信帶寬的限制，同時(shí)也相應(yīng)要求分中心需配置三層匯聚交換機(jī)，支持組播功能。

　　存儲(chǔ)管理

　　區(qū)域中心采用IPSAN存儲(chǔ)設(shè)備代替硬盤錄像機(jī)，直接將IPSAN設(shè)備接入視頻核心交換網(wǎng)絡(luò)，路段分中心2-4路高清編碼器的D1碼流在大屏幕顯示的同時(shí)，通過IPSAN直接將對(duì)應(yīng)2-4路CIF碼流進(jìn)行存儲(chǔ)。這樣從源頭到存儲(chǔ)內(nèi)容只經(jīng)過一次編解碼，圖像質(zhì)量高;而硬盤錄像機(jī)需從區(qū)域中心解碼器解碼輸出還原成模擬信號(hào)后，再次經(jīng)過數(shù)字編碼壓縮，圖像質(zhì)量低。在區(qū)域中心配備一臺(tái)數(shù)據(jù)管理服務(wù)器(及軟件)，對(duì)IPSAN存儲(chǔ)、調(diào)閱查看進(jìn)行管理。

　　統(tǒng)一管理平臺(tái)

　　應(yīng)統(tǒng)一考慮數(shù)字視頻系統(tǒng)的編解碼器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和管理平臺(tái)四個(gè)組件，系統(tǒng)采用統(tǒng)一的平臺(tái)，便于今后的擴(kuò)展應(yīng)用。

　　結(jié)語

　　視頻監(jiān)控?cái)?shù)字化、IP化是不可阻擋的潮流，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的缺失也是必須要正視的現(xiàn)實(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的建立永遠(yuǎn)相對(duì)滯后，用戶對(duì)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的需要卻與日俱增，如何更好地滿足用戶現(xiàn)實(shí)功能上的需求，還需要繼續(xù)在摸索中前進(jìn)。