高清視頻監控系統在鐵路行業(yè)的應用解析

標簽：IPC NGN

傳統鐵路行業(yè)視頻監控方案

在鐵路行業(yè)，高清監控系統帶來(lái)的不僅是更清晰的圖像和更好的效果，也帶來(lái)了更大的系統性能需求、遠距離傳輸帶寬和存儲等問(wèn)題。什么樣的高清系統才能適合鐵路行業(yè)多級調閱、遠距離傳輸、監控規模大的行業(yè)特點(diǎn)呢?

如圖1所示，在整個(gè)傳統鐵路行業(yè)視頻監控方案中，其中心是流媒體服務(wù)器，這種方式常見(jiàn)于車(chē)站監控系統的架構中。前端的編碼器或者IPC輸出的單播流通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到分發(fā)/存儲服務(wù)器，由分發(fā)/存儲服務(wù)器實(shí)現單播轉多播、按需分發(fā)、按需存儲。整個(gè)數據流如圖1所示。在全標清系統的情況下，該方案還能基本滿(mǎn)足多用戶(hù)操作的需求，但是如果此方案應用于高清系統，則流媒體分發(fā)方式的弊端將會(huì )凸顯出來(lái)：

鐵路監控解決方案

1.服務(wù)器規模隨著(zhù)監控點(diǎn)數的增加成等比例上升，尤其是高清IPC想要得到較好的應用效果，輸出碼流一般在6M-8M，是傳統標清的3-4倍，分發(fā)/存儲服務(wù)器數量將會(huì )大增，并且必須增加服務(wù)器的檔次，因為服務(wù)器的性能成為了方案中的性能瓶頸。

2.系統存在著(zhù)較多的局部故障點(diǎn)，當其中某臺分發(fā)/存儲服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，將會(huì )影響其所管理的多路視頻圖像的存儲和實(shí)時(shí)監看，不符合交通行業(yè)對安防系統高可靠性的要求。雖然可以通過(guò)冗余服務(wù)器解決該問(wèn)題，但是每個(gè)車(chē)站配置冗余服務(wù)器從成本角度考慮，現實(shí)工程中很少被實(shí)際采用。

3.前端IPC輸出單播流，造成存儲流和實(shí)時(shí)流占用同樣帶寬，如果為了得到高清系統帶來(lái)的良好圖像質(zhì)量，那么磁盤(pán)陣列將會(huì )面臨較大的壓力，尤其是成本將會(huì )大幅提高;若是為了減小磁盤(pán)成本的壓力，增大存儲流壓縮比，又會(huì )大大降低高清監控圖像的清晰度。

4.大量的服務(wù)器及其設備機架不僅占據了大量設備的空間，不符合綠色環(huán)保的要求，更致命的是增加了系統的不可靠性，增多了故障點(diǎn)。當面對突發(fā)事件、出現多個(gè)熱點(diǎn)區域的時(shí)候，大規模突發(fā)的流量很容易導致整個(gè)服務(wù)器群的癱瘓。

NGN架構鐵路監控系統解決方案

在圖2中，則代表了目前比較先進(jìn)的一種視頻監控解決方案，它采用電信領(lǐng)域比較成熟的軟交換架構：NGN架構。管理服務(wù)器僅負責處理設備管理、信令分發(fā)、會(huì )話(huà)的建立，且不參與到實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)流之中(實(shí)時(shí)流和存儲流)。在圖2中，存儲流和實(shí)時(shí)流均是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )直接傳輸到磁盤(pán)陣列、解碼器或監控客戶(hù)端，如此解決了此前的服務(wù)性能和可靠性瓶頸的問(wèn)題。

當有多個(gè)用戶(hù)同時(shí)調閱同一路圖像實(shí)時(shí)視頻時(shí)，則通過(guò)網(wǎng)絡(luò )組播提供支持，如圖2中標號的視頻流所示：解碼器和監控客戶(hù)端同時(shí)調閱同一路圖像，此時(shí)因為前端IPC輸出的是組播流，則由網(wǎng)絡(luò )中的交換機提供類(lèi)似碼流復制的功能，解決對前端IPC大規模同時(shí)調閱而帶來(lái)的性能和帶寬的沖擊問(wèn)題。這種解決方案在高清系統中帶來(lái)了較多的優(yōu)點(diǎn)：

1.監控點(diǎn)數的規模和服務(wù)器數量不存在強相關(guān)性，視頻管理服務(wù)器僅參與會(huì )話(huà)的建立過(guò)程，而不參與視頻流的分發(fā)，因此系統不存在系統瓶頸問(wèn)題。單臺視頻管理服務(wù)器可以滿(mǎn)足幾千路的標清、高清圖像監控。

2.由于采用了先進(jìn)的軟交換NGN(業(yè)務(wù)流和控制流相分離)架構，管理服務(wù)器發(fā)生故障不會(huì )中斷監控實(shí)時(shí)流，存儲流也不受影響，保障了監控數據仍然正常的記錄，從架構上極大地保證了系統的高可靠性，整個(gè)系統無(wú)局部故障點(diǎn)。

3.前端IPC通過(guò)輸出雙碼流(存儲流和實(shí)時(shí)流)，兩路視頻流可以單獨設置碼流大小，能夠最大限度地發(fā)揮高清監控帶來(lái)的高清晰效果，同時(shí)，又能顯著(zhù)降低存儲的代價(jià)，保障用戶(hù)的投資。

4.當出現突發(fā)事件或事故、出現多個(gè)熱點(diǎn)區域的時(shí)候，大規模突發(fā)的流量通過(guò)組播技術(shù)由交換機來(lái)進(jìn)行復制、分發(fā)，從而輕松解決大規模多用戶(hù)的問(wèn)題，滿(mǎn)足了公安和企業(yè)管理方在緊急情況下對高可靠性的調度要求。

鐵路多級視頻監控解決方案

上面所示場(chǎng)景主要應用于車(chē)站內監控，它不可避免地面臨上級調度中心遠程共享調閱的問(wèn)題。傳統的流媒體分發(fā)方案應該說(shuō)能方便實(shí)現多級聯(lián)網(wǎng)監控，而如果僅采用軟交換NGN架構，組播模式的方式在鐵路行業(yè)廣域網(wǎng)、低帶寬的情況下將遇到較大的麻煩，因此還必須對圖2進(jìn)行一定的改進(jìn)。

如圖3所示，傳統方案由于流媒體轉發(fā)的特性，天然具備支持多級的架構，此時(shí)車(chē)站內的流媒體服務(wù)器除了負責分發(fā)和存儲，還負責轉發(fā)的功能，這勢必又增加了服務(wù)器的性能壓力。但是這種方案解決了對鐵路廣域網(wǎng)無(wú)法實(shí)現組播、帶寬有限的問(wèn)題。它將本車(chē)站內的視頻圖像轉發(fā)給上一級流媒體服務(wù)器，由上一級流媒體服務(wù)器完成分發(fā)功能，解決了多用戶(hù)同時(shí)調閱同一路圖像的問(wèn)題。

圖三

而采用圖2的方式，由于鐵路多級監控中，網(wǎng)絡(luò )往往無(wú)法開(kāi)啟組播的功能，若采用前端IPC單播直接發(fā)送到上級平臺，必然會(huì )消耗有限的廣域網(wǎng)帶寬，同時(shí)也受限于IPC的分發(fā)能力。那么，如何對圖2的方式進(jìn)行適當的修改，使其能獲得高可靠性、大容量、高性能的特點(diǎn)，同時(shí)又能適應鐵路行業(yè)廣域網(wǎng)的共享調閱呢?

其實(shí)相應的解決辦法也很簡(jiǎn)單，也就是借鑒傳統方案的經(jīng)驗，在車(chē)站一級的監控平臺上增加一臺媒體轉發(fā)服務(wù)器，便可解決上述問(wèn)題，如圖4所示。但必須注意，此時(shí)在車(chē)站一級的監控軟件平臺必需能同時(shí)支持前端視頻流單播、組播方式，且能夠根據不同的調閱需求實(shí)現自動(dòng)單播/組播切換功能。這樣的解決方案才能適應未來(lái)高清系統在鐵路行業(yè)中的大規模應用，并能保證整個(gè)監控系統高效可靠的運行。相信高清監控系統必將在鐵路行業(yè)中得到更廣泛的應用，而如何應對高清監控系統對現有解決方案的沖擊是值得大家共同重視的課題。