暢　健

（西安市地下鐵道有限責(zé)任公司）

淺談高標(biāo)清混編視頻監(jiān)控系統(tǒng)在地鐵項目中的應(yīng)用

暢健

（西安市地下鐵道有限責(zé)任公司）

通過某地鐵高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)成功案例，來實現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化。

高清；標(biāo)清；混編；地鐵

1　引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在地鐵項目中的應(yīng)用由來已久，從標(biāo)清到高清，從開始的模擬視頻，發(fā)展到數(shù)字視頻，再到今天的數(shù)字和模擬視頻混編的方式。隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)不斷提高，地鐵對視頻監(jiān)控的要求也不斷提高。

從地鐵運營角度看，視頻監(jiān)控系統(tǒng)為運營提供了更為清晰的現(xiàn)場圖像資料，提高了運營行車組織效率，保證了乘客乘車安全，確保及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備故障。

從地鐵公安角度看，清晰的實時視頻圖像為公安人員提供了更為詳實的現(xiàn)場圖像資料。在地鐵發(fā)生重大突發(fā)事件時，為公安民警快速反應(yīng)和及時處理提供了更為詳實的第一手資料。

根據(jù)地鐵運營和公安對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求不同，國內(nèi)地鐵通常分別建設(shè)兩套既獨立又共享的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。目前，應(yīng)用在地鐵中的主要有HD-SDI和IPC高清視頻兩種解決方案。在這里，主要將對IPC高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成、平臺功能以及在地鐵應(yīng)用中遇到的相關(guān)難點問題予以闡述。

2　系統(tǒng)概述

地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用高清+標(biāo)清、數(shù)字+模擬的混合組網(wǎng)模式，其中運營視頻監(jiān)控系統(tǒng)為模擬標(biāo)清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)為數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。各車站公共區(qū)的站廳、站臺、出入口通道等位置設(shè)置公安高清網(wǎng)絡(luò)攝像機和運營模擬標(biāo)清攝像機，數(shù)字高清視頻圖像的采集、傳輸、存儲、顯示等全過程符合HDTV標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到1920×1080分辨率且實時視頻圖像與存儲視頻圖像均不低于6M碼流。標(biāo)清視頻部分采用720×576分辨率且實時視頻圖像與存儲視頻均不低于2M碼流。

公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)與運營視頻監(jiān)視系統(tǒng)是相對獨立又部分共享的兩套系統(tǒng)。運營模擬標(biāo)清視頻圖像經(jīng)過視頻分配器分配后接入到公安高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，由公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)的數(shù)字編碼設(shè)備進(jìn)行編碼處理后無縫接入到系統(tǒng)平臺中，供公安人員選擇調(diào)看運營模擬標(biāo)清攝像機的圖像，并能實現(xiàn)圖像的統(tǒng)一存儲和前端設(shè)備的優(yōu)先控制。通常，高清攝像機和標(biāo)清攝像機的比例為1∶4。

3　高清+標(biāo)清、數(shù)字+模擬混編視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成

3.1車站設(shè)備組成

設(shè)備組成包括：高清網(wǎng)絡(luò)攝像機、隔離地變壓器、視頻編解碼器組（H.264格式）、視頻交換機、網(wǎng)絡(luò)視頻存儲設(shè)備、視頻分析主機、字符發(fā)生器、視頻管理服務(wù)器、警務(wù)室墻屏（2×3）及控制器、視頻監(jiān)視終端、電源分區(qū)設(shè)備。

3.2中心設(shè)備組成

設(shè)備組成包括：視頻解碼器、視頻交換機、視頻管理服務(wù)器（1+1冗余配置）、視頻分析服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)管服務(wù)器、桌面53cm（21英寸）彩色液晶監(jiān)視器及配套控制鍵盤、視頻監(jiān)視終端（3臺）、網(wǎng)管終端、車載視頻光端機（公安地鐵分局端）、電源分路器及各種軟件。其中48cm（19英寸）彩色液晶監(jiān)視器及配套控制鍵盤、視頻監(jiān)視終端（其中1臺為車載監(jiān)視）設(shè)于公安地鐵分局110指揮大廳；網(wǎng)管終端設(shè)于公安地鐵分局網(wǎng)管室。

4　高清+標(biāo)清、數(shù)字+模擬混編視頻監(jiān)控平臺功能

4.1系統(tǒng)平臺的選擇

選擇聚合性強、耦合性弱的操作平臺，在車站采用分布式框架結(jié)構(gòu)，中心采用集中式管理的模式。車站作為平臺的節(jié)點，當(dāng)節(jié)點發(fā)生故障時不會對整個網(wǎng)絡(luò)造成影響。

高清視頻系統(tǒng)從其組成框架看，可以分為無服務(wù)器框架（即直鏈直存方式）和有服務(wù)器框架（即服務(wù)器流媒體轉(zhuǎn)發(fā)方式）。這兩種方式的優(yōu)缺點如下。

1）無服務(wù)器框架

可以脫離服務(wù)器視頻管理、視頻轉(zhuǎn)發(fā)（重新將視頻打包封裝），系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，由于轉(zhuǎn)發(fā)工作量少所以減少了服務(wù)器數(shù)量從而減少相應(yīng)投資；對于所有設(shè)備的狀態(tài)信息，單獨提交給網(wǎng)管系統(tǒng)主機上傳到控制中心，同時控制中心平臺直接訪問前端設(shè)備下發(fā)業(yè)務(wù)指令。缺點在于控制設(shè)備相對分散，設(shè)備的統(tǒng)一管理、與其他專業(yè)接口（例如ISCS）較為復(fù)雜。

2）有服務(wù)器框架

服務(wù)器作為節(jié)點，參與設(shè)備管理、視頻轉(zhuǎn)發(fā)。由于轉(zhuǎn)發(fā)工作量大，同時高清視頻的數(shù)據(jù)量較大需要配置多臺服務(wù)器，將所有前端設(shè)備狀態(tài)信息提交給服務(wù)器，并由服務(wù)器統(tǒng)一上傳到控制中心，同時控制中心平臺直接下發(fā)業(yè)務(wù)指令給服務(wù)器，并由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給各個前端設(shè)備，便于設(shè)備的統(tǒng)一管理和外接口實施。缺點在于服務(wù)器作為高清視頻系統(tǒng)核心設(shè)備，在發(fā)生故障時會影響到本站所有或部分視頻圖像的上傳。

平臺采用模塊化設(shè)計，對于平臺的各種功能可以根據(jù)用戶需要屏蔽和開啟，具有強大的網(wǎng)絡(luò)管理及完善的用戶管理功能，可以對不同用戶的權(quán)限分別設(shè)置。具有設(shè)置各類預(yù)案的能力，可以根據(jù)現(xiàn)場突發(fā)事件設(shè)置各類預(yù)案。

4.2視頻監(jiān)視、云臺控制、錄像回放功能

1）車站民警值班室公安視頻監(jiān)視終端直接接入車站交換機，并通過本系統(tǒng)視頻監(jiān)控平臺，可任意調(diào)用車站點任一圖像至解碼器進(jìn)行圖像的硬件解碼（高清解碼器），或在終端顯示器上顯示軟解碼圖像（含音頻）。同時可發(fā)送出PTZ控制信號以實現(xiàn)對云臺鏡頭的控制。

2）經(jīng)過授權(quán)后，公安地鐵分局、車站公安值班員的控制終端均可對本站點的任一圖像進(jìn)行錄像回放調(diào)用。

4.3存儲管理功能

地鐵高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，采用分布式存儲集中式管理方式，使用最為廣泛的是IPSAN存儲方式，以RAID0+1和RAID5方式作為存儲數(shù)據(jù)的保護。由于各地要求不同，一般錄像時間為15天24小時或30天24小時。每路視頻容量具體的計算方式：

視頻碼流/8×3600秒×24小時×15天（或30天）/1000/1000/1000

視頻存儲具有設(shè)備備份。管理中心配置的一套用于永久視頻存儲及備用視頻存儲的設(shè)備，在各個節(jié)點發(fā)生異常時，中心存儲設(shè)備可以接管任意節(jié)點的錄像業(yè)務(wù)。應(yīng)重點考慮的是錄像備份需要占用極高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，可以根據(jù)需要對節(jié)點中的攝像機有選擇性地進(jìn)行備份和存儲，中心備份后的錄像設(shè)備可以循環(huán)使用，當(dāng)視頻錄像數(shù)據(jù)全滿時可以做覆蓋式循環(huán)錄像。

4.4優(yōu)先級控制功能

可以按照預(yù)先確定的優(yōu)先級實施優(yōu)先級控制功能，由系統(tǒng)平臺統(tǒng)一設(shè)置，并且支持優(yōu)先級可擴展，不同調(diào)度員優(yōu)先級可在控制中心通過軟件調(diào)整，調(diào)整方式靈活快捷。所有云臺的優(yōu)先級均可靈活設(shè)置，可根據(jù)不同用戶需求設(shè)置不同優(yōu)先級，當(dāng)多個用戶同時搶占同一云臺控制時，云臺執(zhí)行用戶級別較高的操作員下發(fā)的控制指令，同時平臺軟件具備預(yù)案設(shè)置功能，當(dāng)發(fā)生緊急情況時執(zhí)行緊急預(yù)案，可以臨時改變優(yōu)先級。

4.5合理分配網(wǎng)絡(luò)帶寬

高清+標(biāo)清視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端編碼器、交換機等設(shè)備需要支持單播、組播、多播等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。與以往的標(biāo)清視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，高標(biāo)清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬更大，每路視頻的碼流要求高清6M、標(biāo)清2M或4M；綜合平臺可以對每路視頻實現(xiàn)實時監(jiān)視監(jiān)聽的碼流設(shè)置，對前端設(shè)備具有設(shè)置各種協(xié)議的能力以適應(yīng)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬限制。

4.6平臺網(wǎng)管功能

網(wǎng)管功能作為平臺的核心功能可以體現(xiàn)整個系統(tǒng)的集成化程度，視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件相對分散（廠家不同），系統(tǒng)平臺需要集成所有廠家網(wǎng)管接口（包括數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)）。

網(wǎng)管系統(tǒng)由以下幾部分組成：綜合網(wǎng)管系統(tǒng)（即中心綜合網(wǎng)管服務(wù)器及軟件）、數(shù)字視頻管理（編解碼及存儲設(shè)備）、前端網(wǎng)管主機、電源分區(qū)管理設(shè)備、以太網(wǎng)交換機網(wǎng)管和光收發(fā)器網(wǎng)管、光端機網(wǎng)管。其中綜合網(wǎng)管系統(tǒng)是核心部分，前端設(shè)備、控制設(shè)備、視頻編解碼、存儲系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機和光端機的故障管理等全部集中在綜合網(wǎng)管系統(tǒng)中，為用戶提供一套完整的視頻綜合平臺。

地鐵維護人員可以通過平臺的網(wǎng)管功能，一目了然地了解到本系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)。提高維護工作的效率。

5　高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺搭建的難點

根據(jù)各地地鐵項目建設(shè)情況分析，難點之一主要在于硬件共享網(wǎng)絡(luò)安全性上，另一個在于平臺整合。

5.1前端硬件共享情況分析

地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)主要分為專網(wǎng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)和公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

情況1：在專網(wǎng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)公網(wǎng)的情況下，所有視頻標(biāo)清攝像機、編碼器、高清攝像機、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備等設(shè)備公用，在車站只設(shè)置專網(wǎng)通信機房。在這種情況下，只需要考慮高清IPC網(wǎng)絡(luò)外延風(fēng)險即可，不需要考慮專網(wǎng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)安全問題。

情況2：專網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)獨立組網(wǎng)，互不相通，并且所有專網(wǎng)攝像機全部共享給公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)，公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)單獨補充增加高清IPC攝像機，并且單獨設(shè)置高清編解碼器、存儲設(shè)備等；在這種情況下，不僅需要考慮IPC的網(wǎng)絡(luò)外延風(fēng)險，同時要考慮專網(wǎng)與公安系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)隔離問題。

針對以上兩種情況分析得出的解決辦法如下。

1）解決網(wǎng)絡(luò)外延風(fēng)險可以采用IPC高清攝像機安全接入服務(wù)器（含視頻處理軟件），首先將前端IPC高清攝像機與視頻網(wǎng)絡(luò)分割成兩個不同網(wǎng)段，所有高清視頻圖像需要經(jīng)過安全接入服務(wù)器（含視頻處理軟件）進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的判斷、轉(zhuǎn)發(fā)；視頻處理軟件按照事先定義完成的設(shè)置對每路視頻進(jìn)行實時篩查，發(fā)現(xiàn)不屬于IPC高清攝像機數(shù)據(jù)的拒絕訪問視頻網(wǎng)絡(luò)，從而起到數(shù)據(jù)安全隔離作用。

2）解決專網(wǎng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)和公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)隔離問題，可以采用隔離網(wǎng)閘的方式；但是此種成本極高。對于專網(wǎng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)來說主要目的在于人員、設(shè)備的運營安全，在標(biāo)清的范圍內(nèi)完全可以滿足系統(tǒng)要求，可以考慮對專網(wǎng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)采用模擬標(biāo)清的方式，將模擬視頻分配后傳輸給公安視頻監(jiān)視系統(tǒng)的視頻編碼器，這種方法可以完全避免兩個視頻網(wǎng)絡(luò)公網(wǎng)的問題，做到專網(wǎng)視頻監(jiān)視網(wǎng)與公安視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的各自組網(wǎng)的要求。

5.2平臺搭建及整合

公安地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為地鐵公安建設(shè)中必不可少的組成部分由來已久，隨著城市地鐵建設(shè)的不斷擴大，地鐵線路也不斷增加，那么如何將多條地鐵線中的公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的平臺整合為一個大的視頻平臺就顯得尤為重要。對于平臺開發(fā)者來說需要了解視頻監(jiān)控平臺功能模塊，同樣也要了解當(dāng)?shù)毓膊块T的業(yè)務(wù)流程，兩者結(jié)合后組成一套完成的視頻監(jiān)控平臺，提高地鐵民警的辦案效率。對于公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整合包括以下幾方面的內(nèi)容。

1）前提條件

各條地鐵線路的公安視頻網(wǎng)絡(luò)互通。

2）實時監(jiān)視系統(tǒng)、云臺PTZ控制、錄像調(diào)用功能的整合

每條線路完成投標(biāo)后都有各自不同的組成和設(shè)備。車站（前端）與分局控制中心傳輸一般采用傳輸系統(tǒng)（SMTP或OTN）。各條線路提供的設(shè)備的SDK開發(fā)包和通訊協(xié)議都是公開的。平臺開發(fā)者可以利用這些固定的SDK開發(fā)包完成視頻監(jiān)控部分、云臺PTZ控制、錄像調(diào)用功能的整合，平臺需要集成多個廠家設(shè)備的SDK及各自的自有協(xié)議，每條線路作為一個模塊化的模式，分別完成各條線的接入工作。

3）視頻分析系統(tǒng)的整合

視頻分析系統(tǒng)在各條線路當(dāng)中都有相應(yīng)的服務(wù)器作為系統(tǒng)的核心處理器。平臺開發(fā)廠家可以根據(jù)需要采集每條線路中的視頻分析報警信息，最后整合進(jìn)入平臺級的視頻分析服務(wù)器中。

4）網(wǎng)管系統(tǒng)的整合

網(wǎng)管系統(tǒng)主要是為地鐵維護人員提供相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)告警信息，各條線路如果具有網(wǎng)管系統(tǒng)，可以將各自的網(wǎng)管系統(tǒng)信息按照事先確定好的數(shù)據(jù)格式提供給平臺供應(yīng)商，由平臺整合開發(fā)者選取需要整合的數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)建議采用服務(wù)器和客戶端模式，服務(wù)器負(fù)責(zé)采集網(wǎng)管信息，客戶端提供相應(yīng)的軟件處理界面。

6　結(jié)束語

1）盡量選擇系統(tǒng)可維護性、穩(wěn)定性好的平臺。軟件采用模塊化設(shè)計；硬件平臺采用分布式、集中式管理的框架組成；網(wǎng)管模塊采用集成化程度高的平臺軟件。

2）運營視頻監(jiān)視系統(tǒng)與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用獨立組網(wǎng)方式，運營采用標(biāo)清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，公安采用高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。注意高標(biāo)清比例可根據(jù)現(xiàn)場情況盡量做到合理配置。標(biāo)清建議采用720×576分辨率2M或4M碼流，主要用于監(jiān)視人流量和現(xiàn)場設(shè)備的運行情況，高清建議采用1920×1080分辨率6M碼流，主要用于監(jiān)視主要出入口，通道等公共區(qū)域人員。

3）地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的未來會向著高清化，智能化的方向發(fā)展，隨著視頻技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量會不斷增加，在選擇視頻監(jiān)控系統(tǒng)時，盡量選擇擴展能性好的系統(tǒng)。

【1】邢凱立.淺析現(xiàn)階段高清視頻在軌道交通中的應(yīng)用［J］.智能建筑與城市信息，2013（7）：92-95.

Discussion on the Application of CCTV System of HD &SD Hybrid Encoding in the Metro Project

CHANG Jian
（Xi'an Metro Co.，Ltd）

Based on the analysis of A successful Metro case of the HD CCTV system， to realize the optimization of system application

high-definition； standard-definition； hybrid encoding； metro