高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

邵彥辰

伴隨著我國鐵路公安部門反恐力度的不斷加強(qiáng)，為了確保旅客的出行安全，提高車站的安全水平，鐵路部門開展了“全覆蓋、無縫隙”的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。車站視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為綜合視頻系統(tǒng)的一部分，能夠?qū)囌緝?nèi)旅客、工作人員及設(shè)備進(jìn)行全天實時監(jiān)控，可以為車站監(jiān)控工作人員和公安人員提供清晰、直觀的視頻，并通過視頻圖像的收集存儲，實現(xiàn)圖像的調(diào)用與回放。

目前車站高清視頻監(jiān)控在設(shè)計與實施工程中還存在一些難題，需要根據(jù)視頻全覆蓋的要求，合理布設(shè)攝像機(jī)位置，計算確定高清視頻圖像碼流及存儲要求，調(diào)整幀率參數(shù)，以減少視頻圖像存儲容量等。

1 高清視頻監(jiān)控的技術(shù)特點及覆蓋范圍

1.1 高清視頻監(jiān)控的技術(shù)特點

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點在于前端采用監(jiān)控領(lǐng)域的專業(yè)視頻監(jiān)控攝像機(jī)，即高清監(jiān)控攝像機(jī)。高清攝像機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)H.264視頻壓縮格式，支持多碼流選擇，碼流范圍一般在10 kb/s至4 Mb/s之間，錄像分辨率可以達(dá)到720P以上，清晰度可以達(dá)到720TVL廣播級的圖像畫質(zhì)。720P是SMPTE(美國電影電視工程師協(xié)會制定)高清數(shù)字電視的格式標(biāo)準(zhǔn)，有效顯示分辨率為1280×720，經(jīng)換算1280×720為16：9的寬屏顯示比例。雖然16：9尺寸的監(jiān)控終端設(shè)備當(dāng)前在市面上十分普遍，但由于攝像機(jī)視頻信號技術(shù)的制約，信號輸出還采用原來的4：3比率，因此在鐵路領(lǐng)域采用的720P高清攝像機(jī)通常為1280×960分辨率。高清監(jiān)控攝像機(jī)不但清晰度高而且操作簡便、易于安裝，在很大程度上減少工程布線和施工成本，但高清視頻監(jiān)控攝像機(jī)輸出信號碼流比較大，一般綜合視頻平臺采用4CIF，2 Mb/s帶寬很難滿足數(shù)據(jù)承載要求。高清視頻監(jiān)控通常采用RJ-45，10/100Base-T作為視頻接口，需要的帶寬是3 Mb/s。而且由于視頻輸出信號碼流大，對圖像存儲空間的要求也比較高，就相同路數(shù)來說，高清產(chǎn)品會比標(biāo)清產(chǎn)品占用更多的帶寬及存儲空間，存儲產(chǎn)品需要更大的容量。更為重要的是在滿足這些要求時，存儲技術(shù)需要與監(jiān)控應(yīng)用特別是高清監(jiān)控應(yīng)用做更緊密的結(jié)合，對此需要特定設(shè)計的產(chǎn)品和方案才能更好地滿足要求。

1.2 高清視頻監(jiān)控的覆蓋范圍

鐵路大型客運(yùn)車站的區(qū)域布局具有以下特點：①空間大，各功能空間劃分相當(dāng)獨(dú)立，連接方便，一般劃分有售票區(qū)域、候車區(qū)域、站臺區(qū)域、辦公區(qū)域、設(shè)備間，以及各區(qū)域之間的連接通道;②綜合性強(qiáng)，需要考慮與城市軌道交通、航空運(yùn)輸、公共汽車運(yùn)輸?shù)倪B接。

為達(dá)到高清視頻監(jiān)控范圍的“全覆蓋、無縫隙”要求，視頻監(jiān)控系統(tǒng)除覆蓋進(jìn)出站口、售票廳、候車區(qū)域、檢票區(qū)域、站臺、設(shè)備機(jī)房、票款室、通道區(qū)域 (防火通道、緊急疏散、自動扶梯、垂直電梯)等傳統(tǒng)監(jiān)控領(lǐng)域外，還應(yīng)對辦公區(qū)域出入口、商業(yè)區(qū)域、站臺遠(yuǎn)端、樓扶梯下方等平時不易監(jiān)控的視頻死角進(jìn)行監(jiān)控覆蓋。

2 高清視頻監(jiān)控在鐵路工程中的應(yīng)用

各車站設(shè)置的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要由前端采集設(shè)備、視頻解碼設(shè)備、視頻控制設(shè)備、視頻存儲設(shè)備、視頻分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、視頻監(jiān)控終端 (或電視墻)、接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)管理終端及視頻網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成。

2.1 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端攝像機(jī)設(shè)備布置方案

前端采集設(shè)備 (除安檢區(qū)域外)均采用720P高清攝像機(jī)，候車室、進(jìn)出站大廳、站臺等開闊區(qū)域采用球型攝像機(jī)，走廊、樓梯間等狹窄區(qū)域采用槍型攝像機(jī)。

為每臺安檢儀配置4臺高清攝像機(jī)，其中2臺720P固定式攝像機(jī)用于對放包、提包過程進(jìn)行視頻監(jiān)控，在安檢儀或安檢門適當(dāng)位置設(shè)置1臺720P固定式攝像機(jī)用于旅客通過安檢過程的視頻監(jiān)控，設(shè)置1臺1080P高清攝像機(jī)用于旅客面部特征的視頻圖像采集。在安檢儀操作臺設(shè)置1臺視頻監(jiān)控終端。

售票室視頻監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，售票室設(shè)置槍型攝像機(jī)并配置拾音器，按照與窗口一一對應(yīng)原則設(shè)置，圖像信息在硬盤錄像機(jī)上進(jìn)行存儲，在綜合監(jiān)控室配置監(jiān)控終端。

2.2 傳輸設(shè)備

各車站信息機(jī)房設(shè)置視頻系統(tǒng)核心層交換機(jī)，作為I類視頻接入節(jié)點，實現(xiàn)全站視頻的接入、分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)、視頻內(nèi)容分析等功能，并對其接入的所有視頻信息和告警信息進(jìn)行存儲。各車站設(shè)備間或配線間設(shè)置視頻系統(tǒng)接入層交換機(jī)，作為II類視頻接入節(jié)點，實現(xiàn)對鄰近區(qū)域內(nèi)相對分散的采集點視頻信息進(jìn)行收集，并上傳至I類視頻接入節(jié)點。攝像機(jī)與視頻接入節(jié)點之間通常選用光纜傳輸。

2.3 后臺設(shè)備

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的后臺設(shè)備主要包括設(shè)置在信息機(jī)房的主機(jī)設(shè)備及為車站監(jiān)控工作人員和公安人員配備的監(jiān)控終端。

在車站信息機(jī)房設(shè)置視頻控制設(shè)備、存儲設(shè)備、分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、管理終端等主機(jī)設(shè)備。視頻存儲設(shè)備按照雙機(jī)熱備的方式進(jìn)行配置，視頻控制設(shè)備及存儲設(shè)備配置雙冗余電源模塊。

在車站綜合監(jiān)控室設(shè)置視頻監(jiān)控終端或電視墻。在車站公安值班室、消防控制室、車站值班員室設(shè)置視頻監(jiān)控終端。

2.4 高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)存儲設(shè)備方案

設(shè)計高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)時需要計算錄像存儲使用硬盤的數(shù)量，而網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控是根據(jù)前端攝像機(jī)設(shè)置的圖像碼流來計算所需硬盤存儲容量的。

鐵路工程采用的720P高清攝像機(jī)圖像碼流為3Mb/s，單路攝像機(jī)每小時存儲容量為1350MB，每天的存儲容量為32400MB。以一個10000平方米的中型車站為例，約布置有100臺高清攝像機(jī)，則全部100臺高清攝像機(jī)一個月視頻圖像的存儲容量為97200000MB，約為90TB。

針對高清視頻攝像機(jī)圖像碼流大的特點，在鐵路工程中對部分圖像不活躍的前端攝像機(jī)的幀率參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，技術(shù)方案如下：一般監(jiān)控中前端攝像機(jī)的幀率設(shè)為25或30幀/秒，其能保持圖像的流暢度。但在監(jiān)控的畫面中，監(jiān)控的物體不會因突然運(yùn)動而從畫面消失時，可選擇減少攝像機(jī)圖像幀率的方式來減少占用的存儲空間。例如在惟一出入口的旅客通道，監(jiān)控范圍比較狹長，人員在通道內(nèi)活動不會從圖像中消失，可選擇減幀的方式。因為只減少了攝像機(jī)的幀率參數(shù)，并沒有改變攝像的圖像分辨率，所以錄像的清晰度保持不變，但占用的圖像存儲空間大大減少。

針對高清視頻攝像機(jī)占用存儲空間大的特點，工程中將高清存儲設(shè)備在盤位上進(jìn)行了增加與擴(kuò)展，傳統(tǒng)DVR單機(jī)最多能夠支持8盤位的存儲，容量最大為16TB;而高清存儲設(shè)備最大單機(jī)可支持到48盤位，容量最大為96TB，同時每臺設(shè)備還可接擴(kuò)展柜，最多單機(jī)可以支持3個十六盤位的擴(kuò)展柜，這樣總?cè)萘靠梢赃_(dá)到192TB，是傳統(tǒng)DVR的存儲空間的12倍。

3 總結(jié)與展望

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足鐵路車站“全覆蓋、無縫隙”的全天實時監(jiān)控要求，提供給車站監(jiān)控工作人員和公安人員清晰的圖像資料，并通過優(yōu)化前端攝像機(jī)的幀率參數(shù)和擴(kuò)展高清存儲設(shè)備在盤位的方式，完成大圖像碼流的存儲與回放。該方案在青煙威榮城際等鐵路工程已經(jīng)得到成功應(yīng)用。

當(dāng)前，隨著高清設(shè)備的大量應(yīng)用，以及越來越高的文件存儲期限，存儲設(shè)備能否在未來很長一段時間滿足需求存儲的增長是必須要解決的問題。高性能、大容量存儲系統(tǒng)及存儲解決方案將得到更廣泛的應(yīng)用。構(gòu)建下一代視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其存儲部分將不再是單純的存儲單元，而應(yīng)該是一個聯(lián)系前端的智能處理和后端智能檢索的整合系統(tǒng)。

同時，視頻圖像分析、行為分析的功能已在進(jìn)一步開發(fā)完善過程中，相信隨著視頻圖像分析、行為分析技術(shù)的進(jìn)一步成熟，將來的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以大大減少車站監(jiān)控工作人員和公安人員的工作負(fù)荷，使得高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠在鐵路工程中得到更廣泛的應(yīng)用。

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