地鐵模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)高清網(wǎng)絡(luò)化改造研究

摘 要：社會(huì)治安綜合治理和反恐怖主義對地鐵視頻監(jiān)視系統(tǒng)的圖像清晰度和錄像保存時(shí)間提出越來越高的要求。早期地鐵通信系統(tǒng)建設(shè)的閉路電視系統(tǒng)無法滿足上述要求。本文通過闡述幾種模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)高清網(wǎng)絡(luò)化改造的方案，并對方案進(jìn)行比較，得出適合大多城市地鐵模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)高清網(wǎng)絡(luò)化改造的方案。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)視;高清網(wǎng)絡(luò)化;地鐵;高清復(fù)合視頻接口

中圖分類號(hào)：TN948.43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-4428（2019）05-0168-02

一、 概述

近年來國家對社會(huì)治安綜合治理和平安建設(shè)信息化工作高度重視。視頻監(jiān)視系統(tǒng)是新形勢下維護(hù)國家安全和社會(huì)穩(wěn)定、預(yù)防和打擊暴力恐怖犯罪的重要手段，對于提升城鄉(xiāng)管理水平、推進(jìn)社會(huì)治理體系和治理能力現(xiàn)代化具有重要意義。

隨著工業(yè)化和城市化的日益發(fā)展，地鐵已成為城市交通命脈。隨著公共交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對地鐵的需求不斷增加，對其安全性要求也越來越高。地鐵運(yùn)輸組織面對日益復(fù)雜的地鐵網(wǎng)絡(luò)，對安全運(yùn)營的需求也越來越高。

地鐵因其特有的運(yùn)營特點(diǎn)也存在一定的安全隱患。首先，地鐵行業(yè)在封閉的空間運(yùn)營，一旦發(fā)生事故，乘客疏散受到限制。其次，地鐵是人員流動(dòng)高度密集的公共場所，是案發(fā)和受攻擊高發(fā)區(qū)域，存在諸多的不安全因素。

地鐵視頻監(jiān)視系統(tǒng)是保證地鐵運(yùn)輸順暢、運(yùn)營安全的重要環(huán)節(jié)。在“大視頻”時(shí)代，研究視頻監(jiān)視技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視，完善高效、快速、多系統(tǒng)協(xié)同的地鐵反恐應(yīng)急處理機(jī)制，對地鐵安全運(yùn)營質(zhì)量和水平的進(jìn)一步提高具有重大意義。

“十三五”以來，高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)在地鐵行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，高清化和網(wǎng)絡(luò)化給視頻監(jiān)視系統(tǒng)帶來了全覆蓋、高共享、優(yōu)質(zhì)態(tài)和高智慧等安全福利。但部分“十三五”以前建成的線路，由于建成時(shí)間較早，仍然在使用模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)。這些線路的CCTV系統(tǒng)圖像達(dá)不到高清視頻監(jiān)視的要求，同時(shí)聯(lián)網(wǎng)難度大，難以享受高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)共享安全福利。由于這些線路大都為城市的“中軸線”，里程長，監(jiān)控點(diǎn)位數(shù)量龐大，升級(jí)改造難度大且施工范圍影響較廣，需要投資的金額也巨大。

二、 幾種常見的CCTV系統(tǒng)高清網(wǎng)絡(luò)化改造技術(shù)

（一）高清數(shù)字分量串行接口（HD-SDI）技術(shù)

1. 技術(shù)原理

HD-SDI是實(shí)時(shí)無壓縮的高清廣電級(jí)視頻監(jiān)視技術(shù)，基于SMPTE標(biāo)準(zhǔn)，通過視頻同軸電纜來傳輸未壓縮的高清數(shù)字視頻的攝像機(jī)。在攝像機(jī)內(nèi)部完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，在同軸電纜中傳輸每路100Mbps左右的無損非壓縮數(shù)字視頻信號(hào)，在后端再進(jìn)行編碼壓縮后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)調(diào)看。

2. 組網(wǎng)方案

將既有CCTV系統(tǒng)升級(jí)為HD-SDI技術(shù)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，除了前端攝像機(jī)以及高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視所需的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和錄像存儲(chǔ)設(shè)備外，還需要配置HD-SDI矩陣、HD-SDI編碼器、HD-SDI視頻分配器、HD-SDI畫面合成器等設(shè)備支持。

技術(shù)組網(wǎng)由HD-SDI攝像機(jī)通過同軸電纜將HD-SDI視頻信號(hào)傳回機(jī)房，接入HD-SDI視頻分配器，然后分別接入HD-SDI矩陣和HD-SDI編碼器編碼后進(jìn)入交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)與上傳;本站監(jiān)控器通過HD-SDI矩陣的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出后接監(jiān)視器;云臺(tái)攝像機(jī)的控制信號(hào)需要通過單獨(dú)的RS-485線路進(jìn)行控制。

3. 技術(shù)優(yōu)勢

利用HD-SDI技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高清圖像無延遲實(shí)時(shí)傳輸、圖像無損失不失真、系統(tǒng)內(nèi)的安全性高于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)施工成本低。

4. 技術(shù)缺點(diǎn)

該技術(shù)缺點(diǎn)在于，同軸電纜傳輸HD-SDI圖像的最大距離在100米左右，配套專用的SDI光端機(jī)以及后端設(shè)備成本高昂。

（二）高清復(fù)合視頻接口（HDCVI）技術(shù)

1. 技術(shù)原理

HDCVI是高清復(fù)合視頻接口技術(shù)，是一種通過同軸電纜來傳輸高清視頻信號(hào)的規(guī)范，它將逐行掃描的高清視頻通過模擬調(diào)制技術(shù)傳輸。它是模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）技術(shù)架構(gòu)下的升級(jí)產(chǎn)品，仍屬于CCTV技術(shù)。

2. 組網(wǎng)方案

將既有CCTV系統(tǒng)升級(jí)為HDCVI技術(shù)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，僅需配置特定的攝像機(jī)、錄像設(shè)備和服務(wù)器，以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)外，無須再配置其他視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備。

3. 技術(shù)優(yōu)勢

實(shí)現(xiàn)高清圖像無延遲實(shí)時(shí)傳輸，圖像清晰度和系統(tǒng)安全性高于普通高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，最大視頻傳輸距離能達(dá)到500米左右，控制云臺(tái)攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)無須單獨(dú)的控制電纜，施工成本低。

4. 技術(shù)缺點(diǎn)

該技術(shù)缺點(diǎn)在于，圖像信號(hào)抗干擾能力較弱，信號(hào)衰減即圖像損失，攝像機(jī)和錄像存儲(chǔ)設(shè)備的備品備件受到廠家制約。

（三）利用同軸電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)技術(shù)

1. 技術(shù)原理

將網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視攝像機(jī)拍攝的視頻碼流通過網(wǎng)線輸出，通過IP高清網(wǎng)絡(luò)同軸傳輸延長器將網(wǎng)絡(luò)視頻碼流在同軸電纜上傳回后端網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視平臺(tái)。

2. 組網(wǎng)方案

除了前端攝像機(jī)以及高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視所需的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和錄像存儲(chǔ)設(shè)備外，還需要成對配置IP高清網(wǎng)絡(luò)同軸傳輸延長器。

3. 技術(shù)優(yōu)勢

適應(yīng)性強(qiáng)，兼容好，方案彈性和選擇面大，成本低。

4. 技術(shù)缺點(diǎn)

傳輸距離有限，配線復(fù)雜程度較大。

（四）光纖高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)

1. 技術(shù)原理

前端攝像機(jī)通過光纖，將拍攝到的網(wǎng)絡(luò)視頻碼流直接傳輸?shù)胶蠖嗽O(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)看和錄像存儲(chǔ)。

2. 組網(wǎng)方案

將原有模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)從前端攝像機(jī)到后端設(shè)備，包括連接線纜全部推翻重建。重建包括高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、視頻服務(wù)器和錄像存儲(chǔ)設(shè)備。

3. 技術(shù)優(yōu)勢

該方案是一步到位方案，一次性滿足高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視和錄像存儲(chǔ)的所有要求。

4. 技術(shù)缺點(diǎn)

投資成本巨大，建設(shè)周期長，新老系統(tǒng)切換難度大。

三、 方案比選

（一）改造原則

針對地鐵視頻監(jiān)視系統(tǒng)的實(shí)際情況，充分考慮系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展需求，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求、統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)作為目標(biāo)，以“實(shí)用、可靠、成熟、便捷、安全、經(jīng)濟(jì)”為總體改造原則。

1. 實(shí)用

改造項(xiàng)目應(yīng)充分考慮和利用現(xiàn)有視頻監(jiān)視系統(tǒng)及傳輸資源，堅(jiān)持先進(jìn)，兼容傳統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)融合和系統(tǒng)互聯(lián)、資源整合、信息共享。把實(shí)用性放在第一位。

2. 可靠

視頻監(jiān)視系統(tǒng)必須以業(yè)務(wù)應(yīng)用為核心，要保障系統(tǒng)能夠全天候穩(wěn)定運(yùn)行，盡可能減少視頻圖像傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)，以提升視頻圖像傳輸?shù)目煽啃?，降低設(shè)備異常、網(wǎng)絡(luò)故障造成的圖像傳輸中斷風(fēng)險(xiǎn)。

3. 成熟

為保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定工作，地鐵視頻監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)采用在視頻監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是警用視頻監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域有成功案例的技術(shù)，而且采用的技術(shù)每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)當(dāng)先進(jìn)、完善、易于管理和穩(wěn)定可靠。

4. 便捷

地鐵視頻監(jiān)視系統(tǒng)的改造，最好能沿襲既有系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，盡量利用既有的傳輸鏈路，盡可能完善設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)保養(yǎng)模式;改造采用的技術(shù)最好做到前端即插即用，后端所見即所得，使改造項(xiàng)目高效推進(jìn)。

5. 安全

系統(tǒng)改造應(yīng)注重網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下視頻圖像傳輸和錄像存儲(chǔ)的信息安全，防止不法之徒惡意攻擊和非法獲取錄像數(shù)據(jù)的可能性。滿足高安全級(jí)別環(huán)境下的高端應(yīng)用。

6. 經(jīng)濟(jì)

在滿足“實(shí)用、可靠、成熟、便捷、安全、經(jīng)濟(jì)”原則的基礎(chǔ)上，還要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性原則，視頻監(jiān)視系統(tǒng)的成本主要體現(xiàn)在改造項(xiàng)目施工成本和運(yùn)營維護(hù)成本，要從監(jiān)控圖像的拍攝、傳輸、錄像、查看和管理等各個(gè)環(huán)節(jié)入手，才能節(jié)約系統(tǒng)改造和維護(hù)成本，達(dá)到“花小錢，辦大事”的效果。

（二）HDCVI與HD-SDI相比較

1. 在圖像傳輸距離方面

HD-SDI即使在傳輸介質(zhì)良好的情況下傳輸距離也不足百米。而HDCVI在僅使用75-3的同軸電纜時(shí)，也可以傳輸視頻高清圖像達(dá)500米，且信號(hào)畸變極低;在使用75-5或更好的同軸視頻電纜時(shí)，傳輸距離可進(jìn)一步延長，傳輸視頻的質(zhì)量也能得到可靠保證。

2. 在復(fù)雜環(huán)境抗干擾方面

在手機(jī)、無線路由器等高頻輻射的環(huán)境下，HD-SDI抗干擾能力較低。高頻無線電磁輻射會(huì)導(dǎo)致HD-SDI視頻數(shù)據(jù)誤碼率升高，用戶接收到的圖像會(huì)呈現(xiàn)花屏、無法鎖定等異?，F(xiàn)象。而采用低頻模擬調(diào)制的HDCVI技術(shù)，在技術(shù)原理上有本質(zhì)的優(yōu)勢，即使在強(qiáng)電磁輻射干擾的環(huán)境下，也能夠避免干擾，保證高質(zhì)量的圖像傳輸。

經(jīng)過技術(shù)特點(diǎn)和性能對比，明顯得出，在地鐵復(fù)雜環(huán)境下 HDCVI技術(shù)優(yōu)于HD-SDI技術(shù)。

（三）HDCVI與其他網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視技術(shù)相比較

1. 在視頻傳輸?shù)牧鲿承苑矫?/p>

HDCVI為保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃圆扇↑c(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)募夹g(shù)，在傳輸過程中不存在延時(shí)，高清視頻源從攝像機(jī)到后端設(shè)備傳輸過程不需要編解碼，圖像保持原拍攝效果，保障向用戶提供原始圖像的視覺效果。而一般網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視技術(shù)的視頻圖像傳輸，經(jīng)由交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，無法避免網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)、丟包等風(fēng)險(xiǎn)。即便采取視頻緩沖技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視技術(shù)也只能將視頻圖像的傳輸延時(shí)控制在300ms以內(nèi)，無法保證視頻傳輸?shù)牧鲿承浴?/p>

2. 在改造施工難度方面

模擬視頻監(jiān)視（CCTV）系統(tǒng)可以向基于HDCVI技術(shù)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)無縫切換，只需要更換相應(yīng)的攝像機(jī)和錄像存儲(chǔ)設(shè)備，即實(shí)現(xiàn)高清視頻監(jiān)視系統(tǒng)的要求。地鐵模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)高清網(wǎng)絡(luò)化改造工程量最大的施工是更換視頻線纜，而且是夜間更換，每天可施工時(shí)間不足4小時(shí)。HDCVI技術(shù)沿襲同軸視頻電纜為前端視頻信號(hào)傳輸介質(zhì)，從根本上減少了線纜施工的工程量和投資成本。

3. 在線纜多信號(hào)復(fù)用方面

HDCVI可以實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)、音頻信號(hào)和云臺(tái)控制信號(hào)傳輸?shù)墓怖|復(fù)用。使用一根同軸電纜可以完成視頻和音頻信號(hào)的雙通道同步數(shù)據(jù)傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)云臺(tái)攝像機(jī)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)和變焦等控制信號(hào)的反向傳輸，進(jìn)一步減輕施工安裝的復(fù)雜程度。

即使與主流的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)相比較，HDCVI仍然可以表現(xiàn)出地鐵行業(yè)獨(dú)特的優(yōu)勢。

四、 結(jié)論

綜上所述，HD-SDI技術(shù)、同軸電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)技術(shù)及其他網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)視技術(shù)對傳輸視頻信號(hào)的線纜要求較高，且無法在長距離和復(fù)雜干擾環(huán)境下保證高清視頻圖像的可靠傳輸。

HDCVI技術(shù)利用地鐵車站模擬視頻監(jiān)視（CCTV）系統(tǒng)既有同軸電纜，實(shí)現(xiàn)長距離高清視頻信號(hào)的可靠傳輸。相比較其他技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，綜合考慮成本、傳輸環(huán)境、圖像可靠性和兼容性的多方面因素，HDCVI技術(shù)是大多城市地鐵模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)高清網(wǎng)絡(luò)化改造的首選方案。

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作者簡介：

蘇志勛，南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，工程師。