地鐵高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)

地鐵高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以在事件發(fā)生后提供現(xiàn)場高清錄像，視頻存儲(chǔ)碼流采用iSCSI封裝直接把碼流寫入IP SAN，節(jié)省流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器，并且具備良好的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)可靠性提高，投資也會(huì)減少，是今后建設(shè)地鐵視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方向。

前言

地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)運(yùn)營和治安管理及應(yīng)對(duì)地鐵恐怖襲擊越來凸顯重要性, 高清視頻監(jiān)控主要是為了解決在正常監(jiān)控過程中“細(xì)節(jié)”看不清的問題，從運(yùn)營管理和治安管理，都需要高清監(jiān)控圖像，高清監(jiān)控采用廣電標(biāo)準(zhǔn)，分辨率為1920×1080像素，高清攝像機(jī)尤其適合在地鐵人流密集地方監(jiān)控，現(xiàn)在地鐵視頻監(jiān)控建設(shè)主要以模擬標(biāo)清與數(shù)字高清監(jiān)控混合，采用IP SAN存儲(chǔ),監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃常采用通用服務(wù)器作為流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行視頻流iSCSI封裝，投資比較大，系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低,有必要探討IP視頻監(jiān)控iSCSI直存技術(shù)在地鐵視頻監(jiān)控應(yīng)用,對(duì)地鐵電視監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃科學(xué)設(shè)計(jì)起指導(dǎo)作用。

地鐵高清視頻監(jiān)控直存條件

前端IP攝像機(jī)和視頻編碼器內(nèi)置iSCSI支持功能，可直接將存儲(chǔ)碼流采用iSCSI封裝直接把碼流寫入IP SAN的iSCSI RAID陣列,而實(shí)時(shí)監(jiān)控碼流一般需要使用RTP封裝，必須傳輸至少兩路碼流，具有IP單播、組播傳輸功能，節(jié)省流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器，具備良好的可擴(kuò)展性。

高清分辨率為1920×1080=207.36萬像素，準(zhǔn)高清1280×720=92.16萬像素，720P分辨率為1280點(diǎn)×720（逐行掃描方式），1080P分辨率為1920點(diǎn)×1080（逐行掃描方式），1080i分辨率為1920點(diǎn)×1080（隔行掃描方式），準(zhǔn)高清是100多萬像素?cái)?shù)字?jǐn)z像機(jī)，高清是200多萬像素?cái)?shù)字?jǐn)z像機(jī)。

配套以1080p分辨率的顯示設(shè)備及相應(yīng)的傳輸通道，就可以形成一套可稱之為高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

地鐵高清電視監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)前在新建的地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng), 基本上采用高清加標(biāo)清監(jiān)控?cái)z像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，高清1080P攝像機(jī)占80%，存儲(chǔ)采用IP SAN形式，目前主要存在兩種使用iSCSI實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)，分別是：

圖1：攝像機(jī)和編碼器采用iSCSI封裝直存存儲(chǔ)視頻流和實(shí)時(shí)視頻流

（1）前端IP攝像機(jī)或編碼器存儲(chǔ)碼流采用iSCSI封裝直接把碼流寫入IP SAN，而實(shí)時(shí)監(jiān)控碼流一般需要使用RTP封裝，傳輸至少兩路視頻碼流，對(duì)IP攝像機(jī)或編碼器要求比較高（如圖1所示）

（2）在后端使用流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器完成接收RTP流，封裝成iSCSI流，然后寫入IPSAN，對(duì)前端設(shè)備要求較低，前端設(shè)備只需要發(fā)出一個(gè)RTP組播碼流，就可以同時(shí)為存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)（如圖2所示）

第二種存儲(chǔ)系統(tǒng)需要在后端使用流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器，當(dāng)流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器宕機(jī)，被網(wǎng)絡(luò)其他它流媒體服務(wù)器接管，地鐵車站通信傳輸系統(tǒng)1路千兆帶寬傳輸100路高清封裝然后送回本站存儲(chǔ)，即便不送回存儲(chǔ)也對(duì)占用傳輸帶寬會(huì)很大，容易使圖像延時(shí)過大,圖像丟幀卡住出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象，出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障，系統(tǒng)可靠性降低，成本也高，監(jiān)控圖像存儲(chǔ)直存是個(gè)發(fā)展方向，在模擬監(jiān)控時(shí)代，監(jiān)控?cái)z像機(jī)直接接到硬盤錄像機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)常態(tài)，就是直存，進(jìn)入了監(jiān)控高清時(shí)代，監(jiān)控圖像直存到顯得珍貴，本文采用第一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并搭建地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)（如圖3和圖4所示）。

圖2：流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器iSCSI封裝存儲(chǔ)視頻流和實(shí)時(shí)視頻流

圖3：采用IPSAN直存技術(shù)地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)

圖4：采用ISCSI直存IP SAN存儲(chǔ)視頻流和實(shí)時(shí)視頻流路由

要求網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和視頻編碼器具有雙碼流H.264壓縮技術(shù)，1路實(shí)時(shí)視頻流可以以IP單播、組播傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻流，1路實(shí)時(shí)視頻流以IP單播借助內(nèi)置的iSCSI支持封裝，將壓縮視頻流直接存儲(chǔ)IP SAN的iSCSI 磁盤陣列，這樣在每個(gè)車站與經(jīng)流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行iSCSI封裝存入IP SAN相比可以節(jié)約原有流媒體服務(wù)器，基本50路高清需要1臺(tái)流媒體服務(wù)器，系統(tǒng)可靠性也大大提高，成本降低，甚至車站視頻監(jiān)控系統(tǒng)不需要任何服務(wù)器包括視頻管理服務(wù)器，只需在控制中心設(shè)置一臺(tái)視頻管理服務(wù)器對(duì)全線視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行管理配置，將使系統(tǒng)簡單、可靠性高、節(jié)約大量投資。

控制中心和車站配置的1臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制中心和車站IP SAN存儲(chǔ)陣列管理，有效的解決了大規(guī)模監(jiān)控面臨的視頻海量存儲(chǔ)管理問題，完成存儲(chǔ)計(jì)劃管理：可對(duì)所有監(jiān)控點(diǎn)制定存儲(chǔ)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)前端監(jiān)控點(diǎn)視頻存儲(chǔ)的自動(dòng)管理。完成存儲(chǔ)策略管理：可針對(duì)不同的監(jiān)控區(qū)域采用不同管理策略，包括存儲(chǔ)時(shí)長、RAID等級(jí)、是否支持快照等，實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)空間的運(yùn)營，完成存儲(chǔ)天數(shù)管理，支持視頻數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)、檢索、下載、集中存儲(chǔ)、重要信息的歸檔備份等功能。

每臺(tái)IP SAN存儲(chǔ)通過2-4個(gè)千兆以太網(wǎng)口掛到IP網(wǎng)上，用于接收IP攝像機(jī)和編碼器轉(zhuǎn)發(fā)過來的視頻流。

RAID 5 是一種存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全和存儲(chǔ)成本兼顧的存儲(chǔ)解決方案，通過奇偶校驗(yàn)信息提供冗余的存儲(chǔ)能力，它不對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，而是把數(shù)據(jù)和相對(duì)應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息存儲(chǔ)到組成RAID5的各個(gè)磁盤上，并且奇偶校驗(yàn)信息和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)于不同的磁盤上，當(dāng)RAID5的一個(gè)磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗(yàn)信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)。除了raid等級(jí)上的保護(hù)之外，還可以提供多個(gè)全局熱備份磁盤，一旦陣列中的任何一塊磁盤出現(xiàn)問題,全局熱備份磁盤都會(huì)立即工作，達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)的目的。

在地鐵線路控制中心一般是音視頻圖像通過交換機(jī)和高清音視頻解碼器通過大屏幕圖像拼接處理器上電視墻，高清音視頻解碼器可以帶HDMI/DVI輸出接口，大屏幕圖像拼接處理器可以帶HDMI、DVI輸入輸出接口，全高清LED液晶電視輸入接口有HDMI、DVI，高清音視頻解碼器到大屏幕圖像拼接處理器采用HDMI/DVI線纜，不超過15米，超過采用帶有HDMI、DVI接口高清光端機(jī)。

在控制中心配置1臺(tái)流媒體服務(wù)器，為本地或其它系統(tǒng)服務(wù)，其功能為控制中心監(jiān)控終端和其它接入控制終端，可能同時(shí)調(diào)用同一路圖像，通過由本地流媒體服務(wù)器進(jìn)行圖像獲取及轉(zhuǎn)發(fā)，減少多個(gè)控制終端從車站調(diào)用上傳同一監(jiān)控圖像路數(shù)，只需1路視頻圖像占用傳輸帶寬，這種情況一般出現(xiàn)當(dāng)某個(gè)車站發(fā)生事件，很多控制終端都去調(diào)看同一視頻源，就可能保證視頻傳輸線路不擁擠，保證監(jiān)控圖像流暢。

在控制中心配置1臺(tái)協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器，其功能為與它系統(tǒng)互控進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，如城市軌道交通路網(wǎng)指揮調(diào)度中心對(duì)各條地鐵線路監(jiān)控圖像調(diào)用。

在控制中心配置1臺(tái)動(dòng)態(tài)車次服務(wù)器，從信號(hào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取動(dòng)態(tài)車次信息，分發(fā)給視頻管理服務(wù)器，供控制中心控制終端調(diào)用在線車載監(jiān)控系統(tǒng)圖像。

在控制中心配置1臺(tái)網(wǎng)管服務(wù)器，對(duì)所有監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，可管理帶網(wǎng)管功能的設(shè)備如視頻編解碼器、光端機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器、IP SAN磁盤陣列等，支持對(duì)設(shè)備的配置、故障、性能、告警等多方面的管理，通過網(wǎng)管終端顯示全線設(shè)備運(yùn)行狀況。

視頻綜合平臺(tái)集IP高清攝像機(jī)、存儲(chǔ)管理服務(wù)器、交換機(jī)、監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)了高清視頻監(jiān)控從采集、編碼、傳輸、切換控制到顯示應(yīng)用，采用IP矩陣，所謂IP矩陣是控制終端控制軟件根據(jù)攝IP高清攝像機(jī)和視頻編解碼器及儲(chǔ)存服務(wù)器IP地址節(jié)點(diǎn)顯示矩陣內(nèi)容，調(diào)用、切換視頻監(jiān)控圖像。

高清監(jiān)控接口

非壓縮高清視頻方案的傳輸主要通過HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI四種高清接口，DVI接口有兩種，分別DVI-D與DVI-I，DVI-D只能接收數(shù)字信號(hào)，而DVI-I則可以可同時(shí)兼容模擬和數(shù)字信號(hào)，也就是說DVI-I的兼容性更強(qiáng)。在顯卡的接口部分，看到的是DVI-I接口，而在顯示器處，則是DVI-D接口。非壓縮高清視頻碼流非常大，以30fps的速度傳1路1920×1080P高清視頻，所需數(shù)據(jù)速率達(dá)到1.485Gbps，采用同軸視頻線或光纖傳輸，非壓縮高清視頻無法在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，經(jīng)過壓縮編碼大幅降低碼流，可以在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸1920×1080P高清視頻，采用RJ45接口，傳輸采用網(wǎng)線和光纖。

結(jié)束語

地鐵高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以在事件發(fā)生后提供現(xiàn)場高清錄像，視頻存儲(chǔ)碼流采用iSCSI封裝直接把碼流寫入IP SAN，節(jié)省流媒體存儲(chǔ)服務(wù)器，以后增加攝像機(jī)很容易，只需增加存儲(chǔ)和交換機(jī)端口，具備良好的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)可靠性提高，投資也會(huì)減少，是今后建設(shè)地鐵視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方向。