高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方式的選擇

□周 洲 周林英

一、視頻傳輸方式

對(duì)于高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，視頻傳輸方式大致分為3種：視頻電纜傳輸、光纜傳輸和IP方式傳輸。

1.同軸電纜傳輸系統(tǒng)

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，同軸電纜是傳輸視頻圖像最常用的媒介。同軸電纜是在內(nèi)導(dǎo)體上用聚乙烯以同心圓狀覆蓋絕緣，外導(dǎo)體采用軟銅線(xiàn)編織物，最外層用聚氯乙烯

封包。同軸電纜對(duì)外界電磁波和靜電場(chǎng)具有屏蔽作用，導(dǎo)體截面越大，傳輸損耗越小，從而可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。電纜傳輸?shù)闹饕秉c(diǎn)是，抗干擾能力差。根據(jù)同軸電纜的特性，屏蔽層對(duì)頻率越低的電磁波的屏蔽作用越差，所以同軸電纜容易受廣播和低頻電磁波的干擾。

圖像的質(zhì)量與同軸電纜的質(zhì)量有很大關(guān)系。視頻信號(hào)傳輸一般使用75歐姆特性阻抗的同軸電纜。頻率越高，傳輸損耗越大。特別是在傳輸視頻信號(hào)時(shí)，傳輸距離越長(zhǎng)，高頻成分越小，結(jié)果使圖像的對(duì)比度惡化。

2.視頻光纖傳輸系統(tǒng)

光纖是一種能使光以最小的衰減從一端傳到另一端的透明玻璃和塑料纖維，它將視頻及控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光信號(hào)在光纖中傳輸。在監(jiān)控系統(tǒng)中，長(zhǎng)距離的圖像傳輸一般使用光纖傳輸方式。光纖傳輸具有距離遠(yuǎn)、容量大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是對(duì)于幾公里內(nèi)監(jiān)控信號(hào)傳輸不夠經(jīng)濟(jì)；光熔接和維護(hù)需專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員及設(shè)備操作處理、維護(hù)技術(shù)要求高，不易升級(jí)擴(kuò)容。

光纖視頻傳輸系統(tǒng)主要有5種傳輸形式。

（1）傳輸圖像的基本形式。圖1為一路光纖視頻傳輸系統(tǒng)，一根光纖上傳輸一路視頻信號(hào)。

圖1 光纖傳輸基本系統(tǒng)

（2）多路視頻數(shù)字復(fù)用光纖傳輸。圖2為多路視頻復(fù)用傳輸系統(tǒng)，可在一根光纖上傳輸多路視頻信號(hào)。

（3）視音頻信號(hào)復(fù)用光纖傳輸。圖3為視音頻信號(hào)復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)，可在一根光纖上同時(shí)傳輸視頻和音頻信號(hào)。

圖2 多路復(fù)用光纖傳輸

圖3 音視頻光纖傳輸

（4）視頻與反向數(shù)據(jù)光纖傳輸。圖4為視頻與反向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一路正向傳送復(fù)合視頻信號(hào)供顯示，另一路反向傳輸RS422接口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)解碼器對(duì)云臺(tái)和鏡頭的控制。

圖4 帶云臺(tái)控制的光纖傳輸系統(tǒng)

（5）全光視頻綜合接入系統(tǒng)。圖5為鏈路式全光視頻綜合接入系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)通過(guò)遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)光端機(jī)以光信號(hào)傳輸至數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)，由數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)輸出圖像信號(hào)至其他管理所或分中心。

3.IP方式視頻傳輸系統(tǒng)

IP傳輸方式通過(guò)視頻編碼器將視頻信號(hào)壓縮為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。如需還原視頻信號(hào)，通過(guò)視頻解碼器即可實(shí)現(xiàn)。采用IP傳輸方式時(shí)，需將各路圖像數(shù)據(jù)壓縮打成統(tǒng)一的IP包，并與收費(fèi)數(shù)據(jù)、外場(chǎng)數(shù)據(jù)一起傳輸。其增刪數(shù)據(jù)源十分方便，只是變更地址而已（如圖6所示）。

圖5 全光網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

圖6 IP方式視頻傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖6為采用IP方式傳輸視頻圖像的系統(tǒng)構(gòu)成圖，外場(chǎng)攝像機(jī)圖像經(jīng)過(guò)視頻編碼器編碼轉(zhuǎn)換成IP信號(hào)，經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)提供的IP傳輸通道傳送至監(jiān)控分中心的交換機(jī)，交換機(jī)接視頻解碼器解碼還原成視頻信號(hào)后上監(jiān)視器墻顯示。當(dāng)有多路圖像信號(hào)接入分中心交換機(jī)時(shí)，可通過(guò)分中心圖像控制終端切換某一路進(jìn)解碼器解碼后顯示。IP視頻傳輸便于聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程調(diào)用、資源共享，可采用點(diǎn)播/組播方式，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸。各路圖像可用不同的壓縮編碼方式，只是監(jiān)控終端需要多種軟件進(jìn)行圖像解碼。

二、高速公路視頻傳輸方式的選擇

傳統(tǒng)高速公路視頻傳輸采用光端機(jī)、交換采用模擬矩陣的模式，視頻傳輸采用光端機(jī)（一般是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)字非壓縮視頻光端機(jī)或數(shù)字非壓縮級(jí)聯(lián)光端機(jī)），視頻切換采用模擬矩陣。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要大量的中間接入設(shè)備（如光端機(jī)、矩陣、視頻分配器等），這些設(shè)備有不同的品牌、不同的型號(hào)及不同的性能，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，無(wú)法做到統(tǒng)一、方便和有效的管理。同時(shí)，這些設(shè)備之間完全靠模擬視頻互連，多次連接過(guò)程有損視頻信號(hào)的質(zhì)量，而且現(xiàn)在的光端機(jī)幾乎都已采用數(shù)字非壓縮技術(shù)，為與模擬矩陣連接，在整個(gè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的視頻傳輸過(guò)程中視/音頻信號(hào)需要經(jīng)過(guò)多次的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，圖像質(zhì)量無(wú)法得到保證，并且模擬視頻信號(hào)每經(jīng)過(guò)一次傳統(tǒng)模擬矩陣都會(huì)產(chǎn)生一定的損耗。

數(shù)字視頻光傳輸交換系統(tǒng)以數(shù)字非壓縮視頻光纖傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，集數(shù)字視頻光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字視頻矩陣功能于一體，把數(shù)字視頻綜合光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字視頻交換網(wǎng)絡(luò)（數(shù)字矩陣）進(jìn)行無(wú)縫連接與融合，整個(gè)傳輸與交換平臺(tái)由統(tǒng)一的“數(shù)字視頻綜合傳輸交換管理軟件平臺(tái)”進(jìn)行管理。此系統(tǒng)具有全數(shù)字、大容量、高品質(zhì)圖像、高擴(kuò)展性、完善的視頻管理及網(wǎng)絡(luò)管理能力，可為視頻監(jiān)控高端用戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的綜合解決方案，特別適合于對(duì)多級(jí)傳輸、交換高質(zhì)量視頻、多種業(yè)務(wù)接入的用戶(hù)需要。

三、工程實(shí)例

西漢高速公路分為西安至戶(hù)縣段、戶(hù)縣—洋縣—勉縣段、勉縣至寧強(qiáng)段和寧強(qiáng)至棋盤(pán)關(guān)段建設(shè)。根據(jù)陜西省高速集團(tuán)的規(guī)劃，2009年將西漢高速公路劃分為西漢分公司和漢寧分公司管理，其中西漢分公司負(fù)責(zé)管轄西安至金水段，漢寧分公司負(fù)責(zé)管理金水至陜川界（棋盤(pán)關(guān)）。西漢分公司管轄路段全長(zhǎng)約為164公里（K1101+000～K1265+500），全段共新增道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)53套，對(duì)本路段進(jìn)行全天候監(jiān)視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故跡象，盡早處理。全線(xiàn)日常運(yùn)營(yíng)分為3個(gè)管理所管理，分別為戶(hù)縣所、秦嶺所（七畝坪）、寧陜所，負(fù)責(zé)各自路段的道路監(jiān)控及收費(fèi)業(yè)務(wù)管理。

1.路段內(nèi)的視頻及數(shù)據(jù)傳輸

原有外場(chǎng)監(jiān)控?cái)z像機(jī)至所屬管理所的視頻傳輸方式不變，建立以數(shù)字視頻傳輸交換平臺(tái)為核心的信息傳輸系統(tǒng)，解決路段內(nèi)新增監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備至監(jiān)控分中心的監(jiān)控系統(tǒng)視頻、數(shù)據(jù)傳輸，并負(fù)責(zé)已匯集至管理所的原有外場(chǎng)設(shè)備圖像、數(shù)據(jù)向監(jiān)控分中心的傳輸。各數(shù)字視頻數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)之間采用波分復(fù)用設(shè)備，以減少光纖占用，各節(jié)點(diǎn)傳輸平臺(tái)依線(xiàn)形方式串接，以減少使用光中繼次數(shù)。

在七畝坪虛擬監(jiān)控分中心設(shè)置數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)局站設(shè)備（視頻需要接入接出），虛擬分中心數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)除了與其他傳輸平臺(tái)相連，還具備模擬視頻接入、模擬視頻切換輸出、視頻低碼流編碼、攝像機(jī)遙控信號(hào)輸出、以太網(wǎng)通道提供、E1通道提供等功能。

在高速大廈監(jiān)控分中心設(shè)置數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)支站設(shè)備（視頻只需要輸出），該傳輸平臺(tái)與戶(hù)縣傳輸平臺(tái)相接，具有模擬視頻切換輸出、閉路電視遙控鍵盤(pán)接入、以太網(wǎng)通道提供、E1通道提供等功能。

在戶(hù)縣、寧陜管理所各設(shè)置1套數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)支站設(shè)備（視頻需要接入），該傳輸設(shè)備與其他傳輸平臺(tái)相接，具有模擬視頻輸入、攝像機(jī)遙控信號(hào)輸出、以太網(wǎng)通道提供等功能。圖7、圖8分別為七畝坪虛擬分中心綜合監(jiān)控視頻控制系統(tǒng)圖和戶(hù)縣管理所視頻傳輸圖。

圖7 七畝坪虛擬分中心綜合監(jiān)控視頻控制系統(tǒng)圖

圖8 戶(hù)縣管理所視頻傳輸圖

本項(xiàng)目道路沿線(xiàn)的新增遙控?cái)z像機(jī)圖像采用節(jié)點(diǎn)光端機(jī)上傳至臨近的監(jiān)控管理所（虛擬監(jiān)控分中心），接入該站點(diǎn)的數(shù)字視頻傳輸交換平臺(tái)，最終全部傳入監(jiān)控分中心。

收費(fèi)管理所攝像機(jī)圖像接入監(jiān)控分中心的分為兩類(lèi)，即收費(fèi)廣場(chǎng)攝像機(jī)和收費(fèi)亭（收費(fèi)車(chē)道）固定攝像機(jī)，廣場(chǎng)圖像在收費(fèi)管理站經(jīng)視頻分配器分配一路進(jìn)入收費(fèi)管理所視頻控制矩陣，另一路通過(guò)視頻傳輸平臺(tái)(或遠(yuǎn)端模塊)傳至監(jiān)控分中心。收費(fèi)亭（收費(fèi)車(chē)道）固定攝像機(jī)圖像在收費(fèi)管理所內(nèi)經(jīng)收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)視頻控制矩陣切換輸出4路視頻圖像，再通過(guò)收費(fèi)管理所視頻傳輸平臺(tái)（或遠(yuǎn)端模塊）傳至監(jiān)控分中心。治超攝像機(jī)圖像處理方式與收費(fèi)系統(tǒng)攝像機(jī)圖像相同。

服務(wù)區(qū)攝像機(jī)圖像通過(guò)節(jié)點(diǎn)光端機(jī)提供的傳輸通道傳至監(jiān)控分中心。在監(jiān)控分中心設(shè)置視頻網(wǎng)管工作站，負(fù)責(zé)路段分公司范圍內(nèi)綜合監(jiān)控視頻圖像的調(diào)度管理。

收費(fèi)系統(tǒng)、治超系統(tǒng)的可遙控?cái)z像機(jī)圖像在經(jīng)過(guò)視頻分配器分配后，接入同址設(shè)置的數(shù)字視頻光纖傳輸交換平臺(tái)或遠(yuǎn)端傳輸模塊。這些遙控?cái)z像機(jī)的控制信號(hào)來(lái)自初級(jí)視頻矩陣的控制信號(hào)輸出端口，通過(guò)平臺(tái)設(shè)備對(duì)初級(jí)視頻矩陣的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控分中心對(duì)上述遙控?cái)z像機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

2.監(jiān)控分中心——省監(jiān)控中心的視頻及數(shù)據(jù)傳輸

監(jiān)控分中心向省監(jiān)控中心上傳8路符合H.264碼流編碼標(biāo)準(zhǔn)的高碼流（2M）及低碼流（200K）H.264編碼圖像。上傳的圖像包括本路段內(nèi)的道路監(jiān)控圖像、隧道監(jiān)控圖像、收費(fèi)系統(tǒng)圖像、治超系統(tǒng)圖像。

高碼流圖像通過(guò)高速公路通信專(zhuān)網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上傳至省監(jiān)控中心、集團(tuán)公司監(jiān)控中心、廳應(yīng)急辦等處，也可還原到監(jiān)視器、大屏幕投影上清晰顯示。低碼流圖像在計(jì)算機(jī)顯示，均可對(duì)路段內(nèi)圖像實(shí)現(xiàn)調(diào)控。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖像傳輸所需的七畝坪虛擬監(jiān)控分中心至省監(jiān)控中心1路以太網(wǎng)通道由西漢高速公路干線(xiàn)通信系統(tǒng)提供，實(shí)際帶寬為30M，滿(mǎn)足高低碼流視頻圖像傳輸、呼叫服務(wù)系統(tǒng)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸以及其他擴(kuò)展預(yù)留業(yè)務(wù)的需求。

設(shè)置在虛擬監(jiān)控分中心的視頻發(fā)布服務(wù)器、IPSAN提供H.264編碼的200K低碼流錄像或?qū)崟r(shí)圖像流媒體圖像，高速公路綜合監(jiān)控網(wǎng)中的授權(quán)終端可遠(yuǎn)程瀏覽低碼流視頻圖像，監(jiān)控分中心視頻發(fā)布服務(wù)器配合監(jiān)控分中心視頻交換機(jī)提供視頻組播，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬控制瀏覽數(shù)量。

3.監(jiān)控分中心——管理所的視頻及數(shù)據(jù)傳輸

管理所主要負(fù)責(zé)收費(fèi)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)管理，仍保留原收費(fèi)所級(jí)監(jiān)控設(shè)施，監(jiān)控外場(chǎng)視頻、數(shù)據(jù)在管理所匯集后上傳路段監(jiān)控分中心。管理所所需的監(jiān)控視頻主要通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用軟解壓方式從路段監(jiān)控分中心獲取，所需監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)取自監(jiān)控分中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。管理所原則上不增加視頻顯示和記錄設(shè)備，保留原管理所內(nèi)已配置監(jiān)控設(shè)施，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控視頻圖像監(jiān)視作為計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程查詢(xún)終端的補(bǔ)充。

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸方式的選擇需要根據(jù)傳輸距離、傳輸容量、周?chē)h(huán)境影響綜合考慮，結(jié)合未來(lái)高速公路視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)不同的需要制定合理、經(jīng)濟(jì)的傳輸方案。