鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通的設(shè)計與實現(xiàn)

■ 秦勇 彭懷軍 祝凌曦

我國鐵路視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在鐵路運輸指揮、生產(chǎn)作業(yè)、公安保衛(wèi)等領(lǐng)域廣泛運用，并逐漸成為保障鐵路安全生產(chǎn)、提高效率、強化管理的重要技術(shù)支撐。目前，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由各個業(yè)務部門分別進行建設(shè)，在建設(shè)標準、技術(shù)體制、運用質(zhì)量等方面存在差異，無法實現(xiàn)圖像資源的有效共享，不能充分發(fā)揮綜合視頻監(jiān)控的全面優(yōu)勢。為了鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)范建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展，達到異構(gòu)視頻系統(tǒng)互聯(lián)共享，滿足既有系統(tǒng)間的視頻共享，設(shè)計并實現(xiàn)了鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺。

1 鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺的框架結(jié)構(gòu)

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻核心節(jié)點、視頻區(qū)域節(jié)點和視頻接入節(jié)點組成。其互聯(lián)互通平臺通過對所轄范圍的用戶和設(shè)備統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提供用戶跨區(qū)域訪問的認證、鑒權(quán)，實現(xiàn)視頻訪問信令的多級交換和視頻數(shù)據(jù)的跨域轉(zhuǎn)發(fā)，完成異構(gòu)視頻系統(tǒng)之間互聯(lián)和共享。互聯(lián)互通功能單元組成見圖1。

互聯(lián)互通功能是通過區(qū)域節(jié)點中的AA，AGU，DSU，DDU和SCU 5個功能單元完成。AA，SCU和DDU交互完成不同視頻系統(tǒng)中視頻資源訪問中的信令和數(shù)據(jù)交換，通過AA和AGU完成系統(tǒng)的管理、維護、注冊、認證和鑒權(quán)等工作。

SA完成區(qū)域節(jié)點和視頻系統(tǒng)之間的信息交互，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)的互聯(lián)互通。SA向區(qū)域節(jié)點上報收集到的視頻系統(tǒng)內(nèi)的資源信息，并完成區(qū)域節(jié)點和視頻系統(tǒng)的信令交換，向區(qū)域節(jié)點的DDU轉(zhuǎn)發(fā)視頻系統(tǒng)內(nèi)的視頻相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是多級系統(tǒng)，可以進行從上至下的視頻監(jiān)控。多級節(jié)點間的互聯(lián)互通結(jié)構(gòu)關(guān)系見圖2。核心節(jié)點與區(qū)域節(jié)點之間通過SCU，DDU和DSU完成信令和視頻等數(shù)據(jù)信息的交換。區(qū)域節(jié)點SCU，DDU和AGU與接入節(jié)點SA完成信令與視頻等數(shù)據(jù)信息的交換。

2 互聯(lián)互通平臺的實現(xiàn)

2.1 認證授權(quán)單元（AA）

AA具有對所轄范圍的視頻用戶接入的訪問認證和鑒權(quán)功能，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)用戶終端（簡稱“視頻終端”）訪問視頻系統(tǒng)時的單點登錄和統(tǒng)一認證。

2.2 接入網(wǎng)關(guān)單元（AGU）

（1）具有編碼標準化和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)與其他應用系統(tǒng)間的信息交互。

（2）對既有視頻系統(tǒng)的接入進行控制協(xié)議轉(zhuǎn)換和圖像調(diào)用。

2.3 目錄服務單元（DSU）

（1）以目錄形式統(tǒng)一存儲用戶、視頻資源等信息，提供用戶信息和目錄信息服務。

（2）對系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶詳細信息、資源及狀態(tài)信息、系統(tǒng)日志、告警信息等數(shù)據(jù)進行存儲。

（3）提供管理服務，對鐵路綜合視頻系統(tǒng)的用戶信息、視頻資源及系統(tǒng)內(nèi)部各服務器進行管理和控制。統(tǒng)一管理維護視頻用戶信息，主要包括編碼信息、個人基礎(chǔ)信息、分類角色信息等，以及用戶視頻資源訪問權(quán)限，為用戶角色分配視頻資源訪問列表，賦予視頻資源訪問的功能權(quán)限，管理視頻資源詳細信息，包括攝像機編號、位置、廠商、型號、編碼格式、所屬系統(tǒng)等。

2.4 數(shù)據(jù)分發(fā)單元（DDU）

（1）具備建立各類信息轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸通道，監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顩r，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂频裙δ堋?/p>

（2）為視頻用戶或節(jié)點間的視頻訪問提供實時視頻數(shù)據(jù)、云鏡控制命令、歷史視頻數(shù)據(jù)和控制命令、報警信息等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（3）具有視頻數(shù)據(jù)復制與分發(fā)功能，滿足多個視頻用戶同時請求同一路實時視頻資源的要求。

2.5 信令控制單元（SCU）

（1）為視頻用戶訪問提供標準信令控制與交換服務，采用SIP協(xié)議，遵循RFC3621標準。

（2）支持4類視頻訪問信令：實時視頻訪問信令、云鏡控制信令、歷史圖像資源調(diào)用信令、報警信息獲取信令。

（3）具有統(tǒng)一的視頻訪問信令接入功能，實現(xiàn)視頻資源的定位與多級節(jié)點的信令交換。

（4）具有視頻訪問資源授權(quán)與能力協(xié)商功能。

（5）應實現(xiàn)與既有視頻系統(tǒng)間的視頻訪問控制信令的傳遞與處理。

2.6 視頻系統(tǒng)代理（SA）

（1）自注冊功能：啟動時主動發(fā)送信息到指定的區(qū)域節(jié)點注冊。

（2）目錄資源上報功能：匯總視頻系統(tǒng)的視頻資源，向區(qū)域節(jié)點上報。

（3）信令接收與處理功能：接收并處理區(qū)域節(jié)點SCU的實時視頻訪問、云鏡控制、歷史圖像訪問、報警信息預約與獲取等信令，并返回處理結(jié)果。

（4）媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能：將請求成功的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給區(qū)域節(jié)點的DDU。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 視頻資源信息的統(tǒng)一管理

按照鐵路視頻相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系統(tǒng)一管理各視頻系統(tǒng)的視頻資源信息。需上報的視頻資源信息由SA匯總后向SCU發(fā)送。SA在系統(tǒng)初始配置并注冊成功后，上報整個視頻系統(tǒng)的視頻資源信息，視頻資源信息發(fā)生變化時，上報更新信息。

上報的視頻資源信息存入本節(jié)點目錄服務單元，若是區(qū)域節(jié)點則通過復制方式向核心節(jié)點復制，實現(xiàn)視頻資源統(tǒng)一管理。視頻資源按照規(guī)定的原則進行統(tǒng)一編碼，便于管理和維護，有利于視頻訪問過程資源定位、信令交換和處理。

3.2 用戶權(quán)限分配和認證鑒權(quán)

通過目錄服務單元的管理功能，對視頻用戶進行全路范圍的視頻資源訪問權(quán)限分配，資源訪問權(quán)限分為實時視頻瀏覽、錄像回放、云鏡控制和告警信息4類功能權(quán)限。目錄服務單元通過目錄存儲的內(nèi)容實現(xiàn)用戶資源權(quán)限的管理，相關(guān)內(nèi)容有：用戶、角色、視頻資源、功能權(quán)限。權(quán)限管理模型見圖3。

視頻用戶也按照規(guī)定的原則進行統(tǒng)一編碼，根據(jù)用戶編碼可以通過AA快速定位用戶所屬的節(jié)點，獲取用戶信息，實現(xiàn)登錄認證和權(quán)限鑒別。用戶登錄完成后，由AA生成視頻資源訪問列表，視頻終端根據(jù)資源訪問列表進行視頻資源訪問權(quán)限的控制。

3.3 信令交換的實現(xiàn)

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺進行視頻數(shù)據(jù)信息傳輸時，應遵循相關(guān)標準要求及TCP/IP協(xié)議簇標準所規(guī)定的通信協(xié)議，通信協(xié)議結(jié)構(gòu)見圖4。

視頻系統(tǒng)建立兩個邏輯傳輸通道：信令通道和數(shù)據(jù)通道。信令通道用于建立會話并傳輸控制命令；數(shù)據(jù)通道用于傳輸視音頻數(shù)據(jù)。

信令通道采用SIP協(xié)議（RFC3621）。主要功能包括：統(tǒng)一的視頻訪問信令接入；實現(xiàn)視頻資源的定位與多級結(jié)構(gòu)的信令交換；資源授權(quán)與能力協(xié)商；與視頻系統(tǒng)間的信令傳遞與處理。

SIP協(xié)議中需要承載SIP標準之外的內(nèi)容，采用XML擴展；根據(jù)RFC3621 SIP規(guī)范，SIP通信通道、數(shù)據(jù)通道流程見圖5。

視頻訪問信令包括實時視頻訪問信令、云鏡控制信令、歷史圖像資源調(diào)用信令、報警信息獲取信令4類。

4 結(jié)束語

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺技術(shù)先進、實用可靠，整合既有視頻監(jiān)控資源，做到合理布局、互聯(lián)互通、資源共享，滿足異構(gòu)視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通和視頻共享的需要，適用于我國鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)。