廣電GPON網(wǎng)絡(luò)承載4K超清社會(huì)治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)

張陽

摘 要：4K超高清視頻監(jiān)控時(shí)代降臨，利用廣電GPON專用網(wǎng)絡(luò)可完美承載這類復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

關(guān)鍵詞：4K超清；視頻監(jiān)控；廣電；GPON

人們對于清晰度的追求是永無止境的，從目前鋪天蓋地的4K電視廣告中可見一斑。4K電視之所以能在一夜之間成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，一部分原因是人們對于新興技術(shù)的好奇，更多的原因在于4K技術(shù)帶來前所未有的超高清視覺體驗(yàn)。不僅在民用電視行業(yè)，在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，人們對于清晰度的追求同樣從未停步。

在2010年之前，視頻監(jiān)控還處于“標(biāo)清時(shí)代”，監(jiān)控系統(tǒng)大都采用標(biāo)清攝像機(jī)，其D1的畫質(zhì)越來越難以滿足用戶對清晰度的需求。從2010年開始，視頻監(jiān)控大步跨入“高清時(shí)代”，1080P和720P高清攝像機(jī)取代了原來的標(biāo)清攝像機(jī)，高清畫質(zhì)得到了用戶的廣泛認(rèn)可，“高清改造”也成為了這一階段視頻監(jiān)控領(lǐng)域最熱的詞。

然而，當(dāng)人們還沉浸在“高清時(shí)代”帶來全新的視覺體驗(yàn)時(shí)，安防業(yè)界的大廠商們都相繼推出了4K超高清攝像機(jī)。4K超高清視頻監(jiān)控時(shí)代降臨，利用廣電GPON專用網(wǎng)絡(luò)可完美承載這類復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

蚌埠市廣電網(wǎng)絡(luò)公司于2008起開始承建蚌埠市社會(huì)治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程，在一期、二期工程中已經(jīng)為業(yè)主單位蚌埠市公安局建成了約1600個(gè)高清前端監(jiān)控點(diǎn)，35處卡口及10處電子警察，建成了30個(gè)派出所、6個(gè)分局和1個(gè)市局監(jiān)控中心，為保障人民群眾安居樂業(yè)、服務(wù)蚌埠經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了突出作用。

為了不斷擴(kuò)大城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)的覆蓋面，著力推進(jìn)城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)互通和資源共享，蚌埠市公安局決定進(jìn)行社會(huì)治安視頻監(jiān)控三期工程建設(shè)，工程要求在對原有系統(tǒng)進(jìn)行改造升級和對原有前端點(diǎn)位進(jìn)行接入的基礎(chǔ)上，再增加前端監(jiān)控點(diǎn)3500個(gè)，治安卡口將再增加80處，建成以視頻監(jiān)控為主體的全市社會(huì)治安防控網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)工程建設(shè)單位要求，本次工程系統(tǒng)前端采用超高清槍機(jī)和高清球機(jī)混合部署，根據(jù)需要分別部署2500臺(tái)超高清槍機(jī)和1000臺(tái)高清球機(jī)。其中槍機(jī)采用1/1.8" Progressive Scan CMOS，分辨率達(dá)到830萬像素（3840×2160）@25幀圖像；球機(jī)采用1/2.8" Progressive Scan CMOS，分辨率達(dá)到300萬像素。

國際電信聯(lián)盟對4K超高清的定義是：水平像素值為3840，垂直像素值為2160，寬高比16∶9，總約830萬像素。從定義中可以看出4K的分辨率是1080P的4倍，是720P的9倍。如果分別用4K攝像機(jī)和1080P攝像機(jī)去拍攝相同視場角下的同一場景，4K攝像機(jī)會(huì)用4倍于1080P攝像機(jī)所用的信息量去還原場景，畫面自然更清晰、更貼近真實(shí)。

本次工程實(shí)際采用了大量4K級別超高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)，故對整個(gè)系統(tǒng)的傳輸、存儲(chǔ)、顯示等方面都有了較高的要求。

1 傳輸網(wǎng)絡(luò)要求

網(wǎng)絡(luò)支撐平臺(tái)采用模塊化、層次化設(shè)計(jì)的思想，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用“萬兆骨干RRPP光纖環(huán)網(wǎng)、匯聚網(wǎng)、星型網(wǎng)”的純光纖組網(wǎng)模式。

網(wǎng)絡(luò)由主干層、匯聚層、接入層組成，主干網(wǎng)采用RRPP（快速環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議）光纖環(huán)網(wǎng)，構(gòu)成系統(tǒng)核心承載網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)帶寬設(shè)計(jì)為萬兆，按監(jiān)控區(qū)域設(shè)計(jì)匯聚網(wǎng)，視頻存儲(chǔ)設(shè)置在骨干層和匯聚點(diǎn)，監(jiān)控前端通過GPON網(wǎng)絡(luò)接入接入層，前端網(wǎng)絡(luò)采用GPON結(jié)構(gòu)，每個(gè)前端監(jiān)控點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)帶寬為百兆，至監(jiān)控分中心網(wǎng)絡(luò)帶寬為雙千兆（包含所有派出所和分局），至市局監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)帶寬為雙萬兆。

傳輸專網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)與一期、二期監(jiān)控平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)和三縣監(jiān)控平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的對接，需要與公安網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，采用邊界接入平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。廣電運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)原則上應(yīng)與分局所轄區(qū)域相對應(yīng)，確保網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c市局、分局（派出所）、前端所形成的中心、匯聚、接入三級網(wǎng)絡(luò)模式相適應(yīng)。下圖為本次工程的系統(tǒng)架構(gòu)圖：

2 存儲(chǔ)系統(tǒng)要求

存儲(chǔ)系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)子系統(tǒng)。要求存儲(chǔ)系統(tǒng)必須具備大容量、高可靠性、高安全性等特性。本項(xiàng)目采用區(qū)域分布存儲(chǔ)、中心集中管控的模式部署存儲(chǔ)系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)（運(yùn)營商的分前端機(jī)房）設(shè)置存儲(chǔ)，部署IP-SAN磁盤陣列，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)（運(yùn)營商的分前端機(jī)房）均應(yīng)對應(yīng)一個(gè)分局，建設(shè)區(qū)域集中存儲(chǔ)系統(tǒng)。

每個(gè)區(qū)域集中存儲(chǔ)系統(tǒng)分?jǐn)偹鶎?yīng)分局內(nèi)的所有前端監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)錄像和所有治安卡口及電子警察的實(shí)時(shí)錄像存儲(chǔ)。通過市局監(jiān)控中心平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集中管控。

圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用IP-SAN，將視頻數(shù)據(jù)以iSCSI方式直接寫入IP-SAN存儲(chǔ)，視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以數(shù)據(jù)塊的方式組織。存儲(chǔ)時(shí)可以對指定通道的錄像的視頻圖片加入防篡改的特征信息（如數(shù)字水印等）。

存儲(chǔ)系統(tǒng)采用分布式的部署方案，以運(yùn)營商的分前端機(jī)房為分布式存儲(chǔ)點(diǎn)，市公安局機(jī)房為邏輯匯聚點(diǎn)和備份點(diǎn)；除存儲(chǔ)系統(tǒng)本身的安全機(jī)制外，要按照N+1的要求配備存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)存儲(chǔ)體系的安全冗余。

根據(jù)前端一般監(jiān)控點(diǎn)和治安卡口的多少和監(jiān)控時(shí)間的要求配置相應(yīng)的系統(tǒng)存儲(chǔ)容量。

3 監(jiān)控中心要求

市局監(jiān)控中心拼接屏采用70寸激光光源DLP投影單元，組合方式4×6；每個(gè)投影單元有一個(gè)內(nèi)置圖像處理器模塊，支持DVI環(huán)接，支持4X1080P高清信號投放，支持RGB、視頻信號的直通顯示，可不依賴外部圖像拼接控制器實(shí)現(xiàn)圖像的分屏顯示、拼接顯示、整屏顯示。

外置式圖像拼接處理器為純硬件構(gòu)架，硬件核心為大規(guī)模FPGA陳列，采用模塊化設(shè)計(jì)，超寬帶視頻信號采集，實(shí)時(shí)高分辨率數(shù)字圖像處理二維高階數(shù)字濾波等高端圖像處理技術(shù)，總線高達(dá)180G/s帶寬，具有強(qiáng)大的處理能力。

控制器采用多總線并行處理機(jī)制，能從根本上保證對所有輸入視頻全實(shí)時(shí)處理，圖像沒有延遲，無丟幀現(xiàn)象。支持多臺(tái)級聯(lián)，支持RS-232和網(wǎng)絡(luò)控制， 具備全屏顯示、組合顯示、單畫面獨(dú)立顯示、具備四畫面分割功能。視頻解碼器均采用支持4K及以上超高清解碼產(chǎn)品。

社會(huì)治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)龐大而且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，每個(gè)環(huán)節(jié)都有不同的功能要求。在蚌埠市社會(huì)治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)三期工程中，蚌埠廣電網(wǎng)絡(luò)公司利用自身豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，針對整個(gè)系統(tǒng)需求，打造出一套超高帶寬，超高QoS，超大容量，超清效果的高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。加強(qiáng)了城市治安，對社會(huì)發(fā)展的穩(wěn)定，老百姓安居樂業(yè)都起到舉足輕重的作用，體現(xiàn)了很高的社會(huì)效益。

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