南京地鐵三號(hào)線全高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)探討

朱永宏+宋贊明

摘 要：視頻監(jiān)控系統(tǒng)是保證城市軌道交通行車組織和安全的重要手段。隨著高清視頻技術(shù)的發(fā)展、設(shè)備產(chǎn)品的成熟以及IP網(wǎng)絡(luò)可靠性的提高，視頻監(jiān)控行業(yè)與IT行業(yè)已全面融合。該文針對(duì)南京地鐵線路中的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用需求，調(diào)研了城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展，比較分析各種視頻編解碼技術(shù)與可選方案，優(yōu)選H.264與全高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)南京地鐵三號(hào)線相關(guān)系統(tǒng)，展望了全高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前景，對(duì)相關(guān)工程技術(shù)實(shí)踐有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：南京地鐵 全高清 視頻監(jiān)控

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（b）-0004-01

目前城市軌道交通各線視頻監(jiān)控系統(tǒng)制式主要為本地模擬+數(shù)字傳輸?shù)姆绞?，全模擬方案已逐漸退出行業(yè)，全數(shù)字方案隨著方案的成熟和產(chǎn)品性價(jià)比的提高已逐漸得到應(yīng)用推廣。南京地鐵三號(hào)線在全國(guó)首次采用全高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案。

1 南京地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

南京地鐵一號(hào)線：視頻監(jiān)控所采用的系統(tǒng)制式為本地模擬+數(shù)字傳輸，各車站設(shè)置模擬攝像機(jī)、視頻切換矩陣（RS422接口）、視頻分配器、字符疊加器、隔離地變壓器、模擬監(jiān)視器、控制鍵盤（RS422接口）等設(shè)備，采用OTN傳輸系統(tǒng)提供的M-JPEG視頻編碼板負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離數(shù)字視頻傳輸，控制中心配置相應(yīng)的M-JPEG視頻解碼板將各車站圖像傳送至大屏。南京地鐵一號(hào)線南延線：視頻監(jiān)控所采用的系統(tǒng)制式與南京地鐵一號(hào)線一致，為本地模擬+數(shù)字傳輸，各車站設(shè)置模擬攝像機(jī)、視頻切換矩陣（IP接口）、視頻分配器、字符疊加器、隔離地變壓器、模擬監(jiān)視器、控制鍵盤（IP接口）等設(shè)備，采用OTN傳輸系統(tǒng)提供的M-JPEG視頻編碼板遠(yuǎn)距離數(shù)字視頻傳輸，控制中心配置M-JPEG視頻解碼板將各車站圖像傳送至大屏。南京地鐵二號(hào)線：視頻監(jiān)控所采用的系統(tǒng)制式為本地模擬+數(shù)字傳輸，各車站設(shè)置模擬攝像機(jī)、視頻切換矩陣（IP接口）、視頻分配器、字符疊加器、隔離地變壓器、模擬監(jiān)視器、控制鍵盤（IP接口）等設(shè)備，國(guó)內(nèi)首次采用OTN傳輸系統(tǒng)提供的H.264視頻編碼板負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離數(shù)字視頻傳輸，控制中心配置相應(yīng)的H.264視頻解碼板將各車站圖像傳送至大屏。

2 南京地鐵三號(hào)線全高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決思路與方法

在選擇方案實(shí)施的初期，開(kāi)展了比選論證工作，并結(jié)合南京地鐵建設(shè)思路、工程工期等實(shí)際情況，力求系統(tǒng)解決方案技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)兼容性強(qiáng)，可實(shí)施性好，且易于擴(kuò)展，便于維護(hù)。

2.1 系統(tǒng)組網(wǎng)方案

全模擬視頻組網(wǎng)方案：采用全模擬視頻解決方案，傳輸-光端機(jī)（模擬電纜）/顯示控制-矩陣/編碼與本地存儲(chǔ)-DVR/管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基本的統(tǒng)一管理功能。模擬視頻+數(shù)字傳輸組網(wǎng)方案：車站級(jí)采用模擬方式：車站設(shè)置模擬視頻切換矩陣及終端設(shè)備，車站本地監(jiān)視通過(guò)視頻切換矩陣進(jìn)行切換及控制。圖像至中心的視頻信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸采用IP共享帶寬方式。將經(jīng)過(guò)視頻切換矩陣切換輸出的視頻圖像數(shù)字壓縮編碼后通過(guò)傳輸系統(tǒng)傳送至中心，控制中心設(shè)數(shù)字解碼器、視頻服務(wù)器及錄像服務(wù)器，接收車站的數(shù)字視頻信號(hào)并解碼恢復(fù)成模擬信號(hào)，將模擬圖像送至中心大屏和各調(diào)度員的模擬顯示器上。各調(diào)度員設(shè)通過(guò)PC操作終端，對(duì)全線進(jìn)行圖像監(jiān)控。數(shù)字標(biāo)清視頻組網(wǎng)方案：在車站對(duì)所有圖像進(jìn)行數(shù)字化編碼，通過(guò)設(shè)置視頻雙編碼器將攝像機(jī)獲取的模擬圖像轉(zhuǎn)換成兩種不同編碼制式的數(shù)字視頻信號(hào)，分別送至車站本地設(shè)置的以太網(wǎng)交換機(jī)和IP視頻錄像設(shè)備，用于圖像實(shí)時(shí)調(diào)用和圖像錄像。以太網(wǎng)交換機(jī)輸出的數(shù)字視頻信號(hào)，一路至本地視頻解碼器，解碼后在值班員處的模擬監(jiān)視器上顯示；另一路至傳輸設(shè)備的以太網(wǎng)接口進(jìn)行共線傳輸，上傳至控制中心供調(diào)度值班員調(diào)用。數(shù)字高清視頻組網(wǎng)方案：高清IPC實(shí)現(xiàn)前端高清視頻傳感/編碼/網(wǎng)絡(luò)傳輸，攝像機(jī)可同時(shí)輸出數(shù)字視頻信號(hào)和模擬視頻信號(hào)，提供數(shù)字視頻信號(hào)可滿足專網(wǎng)視頻上傳、本地調(diào)看及存儲(chǔ)的要求；提供模擬視頻接口，可連接至公安視頻系統(tǒng)。

2.2 各方案分析比較

傳統(tǒng)的全模擬視頻監(jiān)控組網(wǎng)方案，本地模擬+數(shù)字傳輸組網(wǎng)方案以及全數(shù)字標(biāo)清視頻組網(wǎng)方案均統(tǒng)一建立在前端采用模擬攝像機(jī)基礎(chǔ)之上，其特點(diǎn)：模擬視頻攝像頭受到模擬視頻線纜傳輸長(zhǎng)度和安裝信號(hào)放大器的限制；系統(tǒng)本身的可擴(kuò)展性存在局限性，通常受到視頻畫(huà)面分割器，視頻切換矩陣輸入容量的限制；布線復(fù)雜，“模擬數(shù)字”方案仍需要在每個(gè)攝像機(jī)上敷設(shè)單獨(dú)視頻線纜，導(dǎo)致布線的復(fù)雜性；有限的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制能力；需要模擬、數(shù)字二次切換，控制軟件復(fù)雜，不便于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容及設(shè)備維護(hù)管理；未實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，不易建立通用數(shù)字化圖像平臺(tái)；上述前端模擬攝像頭視頻解決方案在全國(guó)地鐵及其他行業(yè)都有大量應(yīng)用，作為存量市場(chǎng)將長(zhǎng)期存在，技術(shù)及應(yīng)用較成熟可靠，但隨著對(duì)數(shù)字化管理和高清監(jiān)控需求的增加，將逐漸被高清IP攝像機(jī)為代表的高清監(jiān)控取代。綜上，南京地鐵三號(hào)線在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)采用全數(shù)字高清視頻組網(wǎng)方案，且經(jīng)過(guò)充分技術(shù)論證和互聯(lián)互通的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。

3 全高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成

前端采用百萬(wàn)像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、高清球機(jī)、高清編碼器，通過(guò)局域網(wǎng)構(gòu)架網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，后端采用集中管理模式，由主服務(wù)器、錄像服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器等組成。前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)執(zhí)行高清抓拍的功能，球機(jī)執(zhí)行隨機(jī)動(dòng)作查看和及時(shí)反應(yīng)跟蹤，同時(shí)聯(lián)動(dòng)錄像存儲(chǔ)于存儲(chǔ)服務(wù)器中。

4 結(jié)論

南京地鐵三號(hào)線是目前國(guó)內(nèi)首條采用全高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)的地鐵線路，系統(tǒng)方案成熟，技術(shù)領(lǐng)先新穎。前端內(nèi)置視頻編碼器及控制芯片，可直接提供以太網(wǎng)接口和SFP光纖接口。攝像機(jī)直接產(chǎn)生MPEG-4或者H.264編碼格式的1080P分辨率以上的高清視頻圖像；高清視頻攝像機(jī)使圖像的清晰度擁有了質(zhì)的飛躍，且提供了更寬闊的監(jiān)視范圍；高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)可供任何經(jīng)授權(quán)客戶機(jī)從網(wǎng)絡(luò)中任何位置訪問(wèn)、監(jiān)視、記錄；布線簡(jiǎn)便，所有攝像機(jī)通過(guò)光纖或網(wǎng)線接入網(wǎng)絡(luò)，完成存儲(chǔ)、調(diào)看、上傳的功能；豐富的輸出接口，可在前端同時(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、光纖、模擬等視頻輸出接口，充分滿足專網(wǎng)、公安系統(tǒng)不同的視頻輸出模式；易于升級(jí)及全面的可擴(kuò)展性，方便的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和設(shè)備維護(hù)管理；中心控制功能強(qiáng)大；數(shù)字高清視頻監(jiān)控解決方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬及存儲(chǔ)空間都提出較高要求；隨著高清數(shù)字視頻監(jiān)控的發(fā)展，產(chǎn)品價(jià)格必然逐漸降低，對(duì)全數(shù)字化圖像平臺(tái)的建立提供了必要條件。

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