對(duì)推廣高速公路數(shù)字編解碼視頻系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和建議

王運(yùn)虔

中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司總承包經(jīng)營(yíng)分公司，北京 100088

隨著高速公路建設(shè)對(duì)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料的推廣。閉路電視系統(tǒng)應(yīng)用逐漸數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，傳統(tǒng)模擬視頻方式正在逐步被打破。

一般對(duì)閉路電視系統(tǒng)實(shí)施采用哪一種方案，由設(shè)計(jì)單位根據(jù)業(yè)主的需求來(lái)綜合考慮。最終由施工單位來(lái)實(shí)施。

首先對(duì)傳統(tǒng)模擬視頻和數(shù)字編解碼視頻系統(tǒng)的性價(jià)比做個(gè)評(píng)價(jià)。

1 數(shù)字視頻系統(tǒng)和模擬視頻系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 模擬視頻系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)：圖像質(zhì)量效果好，操作配置簡(jiǎn)單。前期成本相對(duì)較小，標(biāo)準(zhǔn)成熟，圖像效果評(píng)判直觀。

2）缺點(diǎn)：擴(kuò)容麻煩，線路成本較高，節(jié)點(diǎn)多，排除故障較難，圖像傳輸中容易受到干擾，不符合發(fā)展潮流。

1.2 數(shù)字編解碼視頻的優(yōu)缺點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)容方便，操作維護(hù)簡(jiǎn)單集中。配置方便完全支持遠(yuǎn)程操作。圖像不容易受到干擾；

2）缺點(diǎn)：前期成本相對(duì)較高，圖像解碼還原的效果始終比不上模擬圖像。視頻傳輸多數(shù)受到通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)通道帶寬的限制。數(shù)字圖像驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，多數(shù)檢測(cè)驗(yàn)收操作性差，有時(shí)驗(yàn)收單位對(duì)圖像質(zhì)量的好壞無(wú)法評(píng)判。目前較常用的做法多數(shù)以設(shè)備制造方的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行評(píng)判，難免有被設(shè)備制造方“綁架”的嫌疑。

數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷主要由兩部分組成。一部分是開(kāi)銷相對(duì)變化圖像查看和錄像調(diào)用，這一部分的網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷大小主要取決于用戶連接數(shù)多少。另一部分是開(kāi)銷相對(duì)固定的后臺(tái)錄像。

用戶連接：相當(dāng)于編碼器和解碼器的連接。要查看某一路數(shù)字圖像需要用戶和編碼器之間建立連接通道。用戶可以采用軟件方式解碼，也可以采用硬件解碼器。采用軟件解碼時(shí)，用戶可以根據(jù)需求自由的連接查看或斷開(kāi)。而采用硬件解碼器方式則需要預(yù)先進(jìn)行一對(duì)一的連接配置，建立定向持續(xù)的連接通道并實(shí)現(xiàn)數(shù)字至模擬圖像的二次轉(zhuǎn)換，還原模擬圖像給用戶觀看。

鑒于目前高速公路通信網(wǎng)絡(luò)的配置狀況，大多數(shù)采用通信設(shè)備的以太網(wǎng)接口作為視頻數(shù)據(jù)傳輸通道，這就造成了資源瓶頸，如果數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)的資源配置不當(dāng)，視頻效果會(huì)大大降低，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的使用問(wèn)題。

眾所周知，數(shù)字視頻業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)吞吐量相當(dāng)大。因此，整個(gè)數(shù)字編解碼系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、用戶業(yè)務(wù)終端、視頻存儲(chǔ)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸通道設(shè)備要求較高。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，隨著系統(tǒng)擴(kuò)容和業(yè)務(wù)需求變化，隨著中間運(yùn)營(yíng)節(jié)點(diǎn)的變化和攝像機(jī)的增加，網(wǎng)絡(luò)資源的開(kāi)銷會(huì)呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。

數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)帶寬資源開(kāi)銷的計(jì)算：

首先，假設(shè)數(shù)字視頻系統(tǒng)在本地錄像，且編碼、解碼、錄像都采用同樣的幀率和分辨率。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)資源計(jì)算公式如下：

某節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷=（需求變化的用戶數(shù)+固定的錄像通道數(shù)）×單路視頻傳輸速率

如圖1所示，底層同一編碼器開(kāi)銷最大值，相當(dāng)于系統(tǒng)內(nèi)所有用戶連接它。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)開(kāi)銷最大值，相當(dāng)于本層以上各節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的用戶連接需求達(dá)到最大值。

如果節(jié)點(diǎn)之間采用通信設(shè)備以太網(wǎng)端口，可以看出數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)資源瓶頸主要集中在本節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的外網(wǎng)端口和通信設(shè)備以太網(wǎng)端口。且用戶需求越大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)越靠近底層，資源瓶頸問(wèn)題就越突出。如圖2所示。

如果想用好數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，要“軟硬兼施”。其中要做好一下幾方面的工作：

1）軟件方面

對(duì)用戶數(shù)的限制，做好用戶級(jí)別和權(quán)限的限制。

編碼器參數(shù)、錄像參數(shù)、解碼器參數(shù)進(jìn)行合理配置。

對(duì)同一編碼器的多用戶操作進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)置，編碼器資源獨(dú)占互斥處理，考慮多用戶分時(shí)操作。

視頻存儲(chǔ)服務(wù)器的錄像采用高速先進(jìn)的文件存儲(chǔ)服務(wù)，這個(gè)可以事先進(jìn)行測(cè)試比對(duì)。

2）硬件方面

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：如果預(yù)算費(fèi)用允許，非底層節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用先進(jìn)的高容量緩存和高速處理芯片的三層千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，且交換機(jī)背板帶寬足夠大，這要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷進(jìn)行計(jì)算，連接外部網(wǎng)絡(luò)端口采用千兆以上光接口，避開(kāi)目前常用的通信以太網(wǎng)端口資源瓶頸。如圖3所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷資源瓶頸示意圖

錄像存儲(chǔ)服務(wù)器：采用高速處理芯片，緩存要大，網(wǎng)絡(luò)接口帶寬和同級(jí)交換機(jī)端口帶寬匹配。優(yōu)先考慮硬盤存取速度和存儲(chǔ)容量。

業(yè)務(wù)工作站：對(duì)硬件速度、緩存及網(wǎng)絡(luò)端口帶寬作為重要指標(biāo)考慮，匹配適應(yīng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作需求。

3）其他方面

整個(gè)系統(tǒng)啟用時(shí)，對(duì)各級(jí)節(jié)點(diǎn)用戶連接數(shù)量逐步增加，去發(fā)現(xiàn)何時(shí)出現(xiàn)資源瓶頸。此外考慮冗余和最壞打算，避免滿負(fù)荷運(yùn)行，找到額定資源開(kāi)銷負(fù)荷。

以上是一種嘗試性方案，具體采用哪種方式更為合理。我們期待有性價(jià)比更高的解決方案。

對(duì)于高速公路數(shù)字編解碼圖像驗(yàn)收問(wèn)題，建議盡快出臺(tái)交通行業(yè)相關(guān)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。指導(dǎo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、施工標(biāo)準(zhǔn)化。如果這個(gè)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，考慮采用其他行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo)。目前的JTG F80/2-2004《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于數(shù)字編解碼視頻系統(tǒng)的檢測(cè)，顯然不合適。

圖3 網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷資源瓶頸優(yōu)化后的示意圖

[1]崔孟榮，圖像監(jiān)控技術(shù)的研究與應(yīng)用.山東科技大學(xué)，2004.

[2]朱珍民，沈燕飛，何哲.視頻信號(hào)處理技術(shù)及應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008(10).

[3]徐海成，周凱，杜學(xué)峰.區(qū)域公路交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展能力綜合評(píng)價(jià)——基于因子分析視角[J].經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，2010(2).