孫 菲，楊德利，張 濤，馬培勇

（中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630）

1 引言

近年來，隨著和諧社會建設(shè)的進(jìn)行，人們的安全意識不斷加強(qiáng)，整個社會對視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的需求量大增，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)得到飛速發(fā)展，特別是以城市社會治安聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)為主的平安城市項目，從2005年以來一直在不斷地增長，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國已建立視頻監(jiān)控點超過千萬端，僅廣東就已建成110萬端。各級公安機(jī)關(guān)圍繞中心工作，將視頻信息應(yīng)用在維護(hù)穩(wěn)定、打擊犯罪、治安防控、社會管理等實戰(zhàn)方面，視頻監(jiān)控發(fā)揮了不可替代的作用。而在平安城市項目的建設(shè)和運營中，運營商起到了非常重要的作用。

隨著技術(shù)的發(fā)展和管理水平的提高，原有標(biāo)清系統(tǒng)建設(shè)方案存在一定的局限，主要表現(xiàn)在以下兩方面：

·圖像采集點覆蓋率不高，部分重要監(jiān)控區(qū)域存在盲點；

·圖像清晰度不夠，對于一些關(guān)鍵現(xiàn)場圖像，特征辨識率有待提高。

由此可見，廣覆蓋、高分辨率已成為平安城市建設(shè)的新需求，而這些需求對整個傳輸系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)：廣覆蓋要求更豐富的光纜資源，不僅到達(dá)城市，甚至還要到達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)；高分辨率意味著更大的帶寬要求，標(biāo)清時代每路圖像傳輸?shù)膸捠? Mbit/s，到了高清時代，分辨率為720P的帶寬要求是4 Mbit/s，分辨率為1080P的帶寬要求是6～8 Mbit/s。

2 高清系統(tǒng)傳輸標(biāo)準(zhǔn)

在平安城市建設(shè)中，傳輸是整個系統(tǒng)信號傳送的管道，傳輸質(zhì)量的好壞直接影響到圖像質(zhì)量。隨著光網(wǎng)城市建設(shè)的推進(jìn)，各大運營商都啟動了光網(wǎng)城市工程，實現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)的光纖化升級，建設(shè)超高速100 Mbit/s寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，推動中國新一輪寬帶基礎(chǔ)設(shè)施的大提速，光網(wǎng)城市的建設(shè)為平安城市的光傳輸提供了保證。

高清平安城市系統(tǒng)的傳輸主要有兩種方式：HD-SDI（serial digital interface）和IP（internet protocol）傳輸。

SDI是美國SMPTE制訂的一種廣播級信號標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是傳輸與存儲高清無損的視頻圖像。目前在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，HD-SDI數(shù)字1.485 Gbit/s高清正在被安防企業(yè)推廣。SDI高清具有無時延、高安全的特點，在高清平安城市系統(tǒng)中應(yīng)用于少量一級重點部位監(jiān)控點的傳輸，但因其高帶寬、高成本的原因，無法在項目中得到廣泛應(yīng)用。

IP高清是指高清視頻按照編碼規(guī)則進(jìn)行數(shù)字化編碼之后進(jìn)行傳輸、存儲和管理的應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，帶寬不再成為瓶頸，IP高清的應(yīng)用已有大量成功案例。同時IP傳輸具有靈活、高效、低成本等優(yōu)點，已成為平安城市高清系統(tǒng)應(yīng)用的首選。

將SDI與IP兩種方案進(jìn)行對比，各有優(yōu)缺點，具體見表1。

兩種傳輸標(biāo)準(zhǔn)前端所用的傳輸設(shè)備及光纖的應(yīng)用均有所不同，如圖1所示。

表1 HD-SDI方案與IP-CAM方案優(yōu)缺點對比

圖1 兩種傳輸方式前端系統(tǒng)的區(qū)別

3 解決方案

3.1 HD-SDI傳輸

采用SDI傳輸?shù)钠桨渤鞘邢到y(tǒng)要求從前端攝像機(jī)、光端機(jī)到后端矩陣、監(jiān)控器等設(shè)備，均采用SDI，如圖2所示。SDI組網(wǎng)時，前端攝像機(jī)采集到高清視頻圖像，通過SDI光端機(jī)＋裸光纖的方式，將圖像傳輸?shù)脚沙鏊?，派出所通過SDI光端機(jī)接收端將圖像還原，由于HD-SDI的傳輸速率是1.485 Gbit/s，數(shù)據(jù)量龐大，無法存儲，圖像傳輸?shù)脚沙鏊鶇R聚后，將圖像一分為二，一路進(jìn)入SDI矩陣控制上墻，另一路通過SDI輸入接口的高清編碼器將SDI的圖像編碼成IP信號，存儲并上傳到平臺進(jìn)行管理。在從派出所傳輸SDI高清信號到上一級監(jiān)控中心時，采用SDI矩陣級聯(lián)的方式，用SDI光端機(jī)和裸光纖進(jìn)行傳輸，各級監(jiān)控中心之間需建立一套矩陣級聯(lián)的傳輸通道。

由此可見，SDI的傳輸方式與標(biāo)清時代數(shù)模結(jié)合的傳輸方式相似，在一套系統(tǒng)中采用了兩套傳輸通道，一套采用SDI光端機(jī)+裸光纖方式，用來傳輸模擬的SDI高清視頻信號，在SDI高清信號編碼成IP信號之后，又采用了另一套IP信號的傳輸通道，將圖像傳輸?shù)狡脚_進(jìn)行管理和存儲。

對于前端監(jiān)控設(shè)備的接入，主要是指采集端光端機(jī)到監(jiān)控室接收端光端機(jī)之間采用光纖方式接入。為了解決這部分的光纖鏈路問題，可以以監(jiān)控室為中心，布放主干光纜，光纜的芯數(shù)由主干所接入的攝像頭個數(shù)決定，主干光纜的路由盡量沿靠近攝像頭、安全系數(shù)高的路由敷設(shè)。攝像頭的接入就近布放分支光纜到主干光纜。此段光纜基本屬于專用，無法為其他客戶所復(fù)用，這也是SDI傳輸造價昂貴的原因。

3.2 IP傳輸

眾所周知，平安城市項目規(guī)模大，北京、上海、廣州這樣的一類城市，3年內(nèi)一類監(jiān)控點新增1.5萬端以上，二類點15萬端以上，如此大規(guī)模的數(shù)量，對光傳輸網(wǎng)絡(luò)資源的占用是非常大的，合理選擇傳輸方式，提高光纖資源的利用率顯得尤其重要。

IP高清系統(tǒng)可采用以下兩種方式進(jìn)行承載：PON方式，即ODN（光纖分配網(wǎng)）+ONU（光線路終端）+OLT（光線路終端）；光纖直連方式，即光纖+光纖收發(fā)器。

3.2.1 光纖+光纖收發(fā)器方式傳輸

在監(jiān)控點較為分散、沒有PON到達(dá)的情況下，可采用數(shù)字組網(wǎng)方式傳輸，組網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

前端監(jiān)控點的匯聚可選擇在接入網(wǎng)機(jī)房或者派出所，如果在派出所匯聚，則派出所需要一條大帶寬到平臺，帶寬不低于4 Mbit/s/每路×N路。

3.2.2 PON方式傳輸

視頻圖像資源采用PON傳輸，既能充分保障信息的安全性，又能充分發(fā)揮PON技術(shù)的先進(jìn)性和傳輸成本的最優(yōu)性。

PON的一大特點是高帶寬。PON線路在設(shè)計時上下行帶寬對稱，且具備帶寬優(yōu)先保障機(jī)制，能夠保證末梢單點上行不低于15 Mbit/s（滿配64路），足夠滿足高清視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

與光纖直連方式對比，PON具備如下優(yōu)點。

·快速部署：由于從分光器到OLT的主干光纜已經(jīng)部署，在建設(shè)傳輸時，只需新建前端監(jiān)控點到分光器的末梢段。

·安全可靠：PON口有備份端口，當(dāng)一個端口出現(xiàn)問題時，可以馬上更換另一個PON口。

·可管可控：PON具備先進(jìn)的網(wǎng)管系統(tǒng)，可對前端的每個ONU設(shè)備的接入進(jìn)行管理和控制，出現(xiàn)故障可進(jìn)行快速定位并修復(fù)。

為了保證系統(tǒng)的安全性，可進(jìn)行獨立組網(wǎng)，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)與其他家庭客戶和政企客戶在PON口分開，即視頻監(jiān)控用ONU獨享一個分光器以及上行的1芯纖芯和1個PON口；視頻信號在OLT匯聚后直接以2條GE或10GE鏈路連接到視頻監(jiān)控區(qū)域所屬派出所交換機(jī)，然后通過視頻監(jiān)控專網(wǎng)連接到平安城市管理平臺。IP方式的PON傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

根據(jù)本地的ODN規(guī)劃，視頻監(jiān)控點通過布放小芯數(shù)光纜就近接入ODN。在光交接箱至監(jiān)控點的管道內(nèi)，如有可剝離并熔接1芯的光纜，監(jiān)控點光纜可在管道內(nèi)與該光纜熔接1芯；如管道內(nèi)只有帶狀光纜，則從分光器所在交接箱新建一條小對數(shù)光纜，沿途各分1芯熔接到監(jiān)控點光纜。

對于一些光纖資源暫無法到達(dá)的區(qū)域，或有移動應(yīng)急指揮需求時，可采用無線傳輸方式。

·只要帶寬能夠滿足要求，通過Wi-Fi可傳輸高清圖像；

·3G或4G傳輸適用于野外作業(yè)、移動執(zhí)法等移動監(jiān)控的需求，由于視頻圖像的上傳所占用帶寬較大，對3G網(wǎng)絡(luò)有一定影響，建議應(yīng)用于非24 h在線，需要時才調(diào)用的應(yīng)用場景。

3.3 標(biāo)清系統(tǒng)傳輸改造

由于大多數(shù)城市都已建立標(biāo)清系統(tǒng)，在進(jìn)行高清系統(tǒng)建設(shè)時，需要在原有基礎(chǔ)上改造，有如下兩種改造方式：

圖3 IP方式光纖收發(fā)器+光纖傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4 IP方式的PON傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

·采用PON方式，利用ONU替換光端機(jī)，為節(jié)省資源，重新設(shè)計承載網(wǎng)；

·采用光纖直連的方式，直接利用光纖收發(fā)器替換光端機(jī)。

在改造時首選PON傳輸，特別是在監(jiān)控點比較集中的區(qū)域，可以重新設(shè)計路由，這樣更有利于節(jié)省光纜資源，如圖5所示。

圖5 標(biāo)清改高清前端示意

4 結(jié)束語

隨著光網(wǎng)城市的不斷推進(jìn)，光纖資源雖然越來越豐富，但各行各業(yè)及家庭、個人用戶對光纖資源的需求也不斷增長，合理利用每一芯光纖，提高利用率、不浪費是目前傳輸系統(tǒng)設(shè)計的原則。

平安城市系統(tǒng)規(guī)模大，對帶寬要求高，在進(jìn)行方案設(shè)計時更應(yīng)考慮對資源的合理利用。SDI傳輸由于其采用裸光纖方式，對光纖的利用率不高，在項目中不宜大規(guī)模采用；IP方式具有靈活、高效、低成本的優(yōu)點，應(yīng)大規(guī)模推廣。在實際案例中，可以IP傳輸為主、SDI為輔的方式，將兩種傳輸融合起來，在一些一級重點部位（如省府、市府大門，火車站廣場等），采用SDI傳輸方式，保證實時監(jiān)控、實時操作無時延；在其他場所采用IP傳輸方式，節(jié)省光纖資源，提高光纜利用率。

1 朱俊,汪國榮.PON技術(shù)在平安城市中的應(yīng)用——上?！俺鞘泄饩W(wǎng)”技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實踐之七.電信科學(xué),2012(9)