地鐵高清視頻監控系統的構架模式分析

1、前言

閉路電視監視系統是保證城市軌道交通行車(chē)組織和安全的重要手段，調度員和車(chē)站值班員利用它監視列車(chē)運行、客流情況、變電所設備室設備運行情況，提高行車(chē)指揮透明度的輔助通信工具。當車(chē)站發(fā)生災情時(shí)，閉路電視監視系統可作為防災調度員指揮搶險的指揮工具。地鐵高清視頻監控系統構架有IPC（網(wǎng)絡(luò )攝像機）+IPSAN存儲、HD-SDI高清攝像機+視頻編碼器+高清視頻矩陣+IPSAN存儲等模式，每種模式都有其特點(diǎn)，但適合今后地鐵運營(yíng)管理和治安管理的實(shí)現比較容易視頻監控模式是IPC+IPSAN模式性?xún)r(jià)比最好，下面將此模式進(jìn)行探討。

2、地鐵風(fēng)險等級與防護級別

風(fēng)險等級評估是城市軌道交通安全技術(shù)防范系統設計的主要依據之一，根據北京市2009年頒布《城市軌道交通安全防范技術(shù)要求》地方標準的表1-2重要部位安全技術(shù)防范設施配置表也可以看出，地鐵是高風(fēng)險區域，是恐怖分子襲擊的對象，高清視頻監控非常適合，既能看清大場(chǎng)面又能看清細節，對事后分析會(huì )有很大幫助，IP高清視頻監控組網(wǎng)簡(jiǎn)單，可靠性高。

現在安全防范高清視頻監控借用我國廣播電視標準，高清分辨率為1920×1080像素，準高清1280×720像素，1080P分辨率為1920×1080掃描線(xiàn)（逐行掃描方式），1080i分辨率為1920×1080掃描線(xiàn)（隔行掃描方式），720P分辨率為1280×720條掃描線(xiàn)（逐行掃描方式），標清分辨率為720×576像素（D1分辨率），高清晰度電視（HDTV）的分辨率為1920×1080=207、36萬(wàn)像素，準高清1280×720=92、16萬(wàn)像素，可以看出如果是100多萬(wàn)像素是準高清數字攝像機，200多萬(wàn)像素是高清數字攝像機。網(wǎng)絡(luò )攝像機內置了數字化H、264壓縮控制器和基于WEB的操作系統，有的還內置iSCSI支持功能，可直接將存儲碼流采用iSCSI封裝直接把碼流寫(xiě)入IPSAN。

能達到二百萬(wàn)像素的攝像機，配套以1080p分辨率的顯示設備及相應的傳輸通道，就可以形成一套可稱(chēng)之為高清的電視監控系統。

3、地鐵高清電視監控架構

3、1攝像機要求和布置原則：車(chē)站一般平均配置有60-80臺左右監控攝像機，公安甚至提出車(chē)站公共區域監控全覆蓋，攝像機會(huì )安裝更多，網(wǎng)絡(luò )攝像機要求：高清分辨率1920×1080P、準高清分辨率1280×720P，SD/SDHC卡本地存儲，日夜功能，雙向語(yǔ)音。攝像機設置原則：看清目標前提下室內盡可能安裝半球型網(wǎng)絡(luò )攝像機，與裝修環(huán)境能很好配合，好看，每側站臺配置4臺網(wǎng)絡(luò )高清1080P固定槍型攝像機，每部自動(dòng)扶梯和樓梯配置1臺高清1080P（或準高清720P）半球型攝像機，道閘、出入口、通道、綜合控制室等配置網(wǎng)絡(luò )高清1080P半球型攝像機，設備室、垂直電梯轎廂小范圍采用網(wǎng)絡(luò )高清720P半球型攝像機，站外配置1080P（720P）紅外固定槍型和球型攝像機，室內公共區域配置1080P球型攝像機。公安要求一個(gè)人從進(jìn)入地鐵到出地鐵至少有3次正面清晰的五官和體貌特征監控存儲圖像，便于追查嫌疑人，高清1080P網(wǎng)絡(luò )攝像機無(wú)疑是最好的選擇，宏觀(guān)和微觀(guān)都能看清楚。

3、2站臺監視器設置要求：在站臺上下行首列車(chē)司機觀(guān)察位置設置1臺46″以上液晶1080P高清監視器，與4路到高清解碼器配合顯示同一側4畫(huà)面合成站臺安全門(mén)監控圖像，供司機觀(guān)察上下車(chē)人員和安全門(mén)狀況。

3、3車(chē)站綜合控制室監視器設置要求：22″液晶1080P高清監視器，至少6臺液晶監視器。有1臺以上監控終端?，F在大部分地鐵視頻監控設計對控制室設置監視器多少重視不夠，慣性思維大部分設置1-2臺監視器，地鐵人流大，對車(chē)站運營(yíng)調度指揮需2臺46″監視器4畫(huà)面顯示上下行站臺安全門(mén)圖像，顯示無(wú)人值守自動(dòng)扶梯監控圖像，顯示高峰人流瓶頸監控圖像，至少6臺監視器。

3、4車(chē)站公安值班室監視器設置要求：22″液晶1080P高清監視器，至少4臺液晶監視器，有1臺以上監控終端。

3、5線(xiàn)路派出所監視器設置要求：22″（46″）液晶1080P高清監視器，至少12臺液晶監視器，至少有2臺以上監控終端。

3、6線(xiàn)路控制中心監視器設置要求：50″以上高清DLP屏（或46″以上液晶1080P高清監視器），至少12臺，當然平時(shí)大屏最多用4塊屏顯示監控圖像，其它顯示信號系統，至少有3臺以上監控終端。

3、7每個(gè)車(chē)站視頻監控系統和控制中心配置1套IPSAN存儲，雙控制器冗余保護，RAID5，磁盤(pán)熱備。RAID5是一種存儲性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案，通過(guò)奇偶校驗信息提供冗余的存儲能力。它不對存儲的數據進(jìn)行備份，而是把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個(gè)磁盤(pán)上，并且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲于不同的磁盤(pán)上。當RAID5的一個(gè)磁盤(pán)數據發(fā)生損壞后，利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去恢復被損壞的數據?？刂浦行?套IPSAN存儲作為系統冗余備份，當車(chē)站1套IPSAN存儲發(fā)生故障，中心接管。車(chē)站設置流媒體存儲服務(wù)器，其功能是將視頻實(shí)時(shí)流進(jìn)行iSCSI封裝存入IPSAN，一般如果選擇流媒體存儲服務(wù)器：4核XeonCPU，2GB內存，千兆網(wǎng)連接，IPSAN存儲設備：16TB硬盤(pán)，配置RAID5，千兆網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò )攝像機：H、2641080P編碼，RTP組播傳輸，8Mbps碼流帶寬，基本能保證50路8Mbps實(shí)時(shí)流進(jìn)行iSCSI封裝存入IPSAN。

3、8視頻采用H、264壓縮格式，視頻顯示和存儲碼流6Mbps。在同等圖像質(zhì)量下H、264編碼產(chǎn)生的碼流是MPEG-4的一半左右，從圖像質(zhì)量、占用傳輸通道的帶寬、存儲空間占用，選擇編碼格式H、264最好。6Mbps是高清顯示和存儲性?xún)r(jià)比好，是一種視頻碼流對顯示和存儲高清都兼顧到了，如果存儲和顯示是2種碼流，那么視頻編碼器采用雙編碼、交換機端口增加一倍，成本就要增加。

3、9網(wǎng)絡(luò )視頻設備之間的信息交換協(xié)議采用ONVIF協(xié)議。進(jìn)入數字視頻和網(wǎng)絡(luò )視頻時(shí)代，視頻信號的互編互解、控制信令和信號之間的互聯(lián)困擾用戶(hù)和集成商，如廠(chǎng)商間前端設備（IPC/DVS）與后端設備（NVR媒體服務(wù)器）之間兼容性，編碼設備的互編互解，前端設備（IPC/DVS）、存儲設備與平臺的兼容性。ONVIF是由Axis、Bosch和Sony在2008年合作建立的面向全球的開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò )視頻接口論壇，其目的是以公開(kāi)、開(kāi)放的原則共同制定開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò )視頻監控行業(yè)標準，ONVIF核心規范1、0，這一標準規范了網(wǎng)絡(luò )視頻設備之間的信息交換，定義了通用協(xié)議，便于不同廠(chǎng)家設備互聯(lián)互通。

4、網(wǎng)絡(luò )高清視頻傳輸

IP高清攝像機到交換機，傳輸接口：RJ45，100M以太網(wǎng)傳輸，采用超5類(lèi)網(wǎng)線(xiàn)，超過(guò)100米需采用光纖，交換機到IPSAN存儲采用1000M以太網(wǎng)傳輸。

高清視頻解碼器接口輸出支持：HDMI，DVI，高清監視器帶有HDMI/DVI接口，HDMI/DVI線(xiàn)最遠可傳輸15米。

DVI接口：全稱(chēng)DigitalVisualInterface，數字視頻接口，目前常見(jiàn)的DVI接口有兩種，分別是DVI-Digital（DVI-D）與DVI-Integrated（DVI-I），DVI-D只能接收數字信號，而DVI-I則可以可同時(shí)兼容模擬和數字信號，也就是說(shuō)DVI-I的兼容性更強。通常我們在顯卡的接口部分，看到的是DVI-I接口，而在顯示器處，看到的則是DVI-D接口，

HDMI接口：是英文縮寫(xiě)，意思是高清晰度多媒體接口。它是一種全數位化影像和聲音傳送接口，可以傳送無(wú)壓縮的音頻信號及視頻信號，最新的HDMI1、3規范最高帶寬可以達到4、95Gbps，實(shí)際視頻信號傳輸帶寬接近4Gbps，而現在最高規格的高清視頻格式1080p所需的帶寬僅僅為2、2Gbps，HDMI源于DVI接口技術(shù)，這也就是為何HDMI接口和DVI接口能夠通過(guò)轉接頭相互轉換的原因，與DVI相比，HDMI可以傳輸數字音頻信號，HDMI完全向下兼容DVI。

在地鐵線(xiàn)路控制中心一般是音視頻圖像通過(guò)交換機和高清音視頻解碼器通過(guò)大屏幕圖像拼接處理器上電視墻，高清音視頻解碼器可以帶HDMI/DVI輸出接口，大屏幕圖像拼接處理器可以帶HDMI、DVI輸入輸出接口，全高清LED液晶電視輸入接口有HDMI、DVI，那么交換機到高清音視頻解碼器是超5類(lèi)網(wǎng)線(xiàn)，高清音視頻解碼器到大屏幕圖像拼接處理器采用HDMI/DVI線(xiàn)纜，不超過(guò)15米，如果超過(guò)15米，采用帶有HDMI、DVI接口高清光端機。

5、視頻綜合平臺

視頻綜合平臺集IP高清攝像機、存儲管理服務(wù)器、交換機、監控終端實(shí)現了高清視頻監控從采集、編碼、傳輸、切換控制到顯示應用，采用IP矩陣，IP矩陣是控制終端控制軟件根據攝IP高清攝像機和視頻編解碼器及儲存服務(wù)器IP地址節點(diǎn)顯示矩陣內容，調用、切換視頻監控圖像，由于矩陣類(lèi)型選擇的是IP，所以矩陣中的節點(diǎn)全是IP地址節點(diǎn)，即顯示的是IP地址之間的通訊。IP攝像機對高清實(shí)時(shí)音視頻信號通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳送到指定的目的地址。平臺軟件一般由設備廠(chǎng)商配合硬件設備一起提供的，主要由視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò )存儲設備、硬盤(pán)錄像機廠(chǎng)家提供，第三方提供監控平臺軟件也日見(jiàn)增多，但與硬件配套廠(chǎng)家自己的軟件成本比較低，有成本的優(yōu)勢。

在控制中心配置視頻管理服務(wù)器，其功能是監控平臺的管理中心和控制中心，授權用戶(hù)可以在任意一臺PC管理終端上完成全網(wǎng)的設備管理、資源調度、云臺控制和硬解碼輸出控制，所有的控制指令由視頻管理服務(wù)器集中處理和發(fā)送，而視頻流則可以不經(jīng)過(guò)視頻管理服務(wù)器單獨傳輸。把視頻管理服務(wù)器作為整個(gè)系統的控制和管理核心，所有監控的控制流都由視頻管理服務(wù)器處理。

6、車(chē)站客戶(hù)端設計

車(chē)站運營(yíng)一般配置1臺PC監控控制終端，2-6臺高清監視器，選擇監視器屏幕幅型比為16：9，因為高清網(wǎng)絡(luò )攝像機圖像是16：9的比例，這樣更增加了觀(guān)看的臨場(chǎng)感和更符合人眼觀(guān)看的習慣。車(chē)站公安一般配置1臺PC監控控制終端，至少4臺高清監視器，高清監視器通過(guò)HDMI或DVI-D接口與視頻解碼器相連，通過(guò)客戶(hù)端軟件界面和網(wǎng)絡(luò )視頻控制鍵盤(pán)靈活的調用、切換、控制多路監控視頻圖像到高清監視器，PC監控控制終端內置軟件解碼，支持多路視音頻信號的軟解碼，使得用戶(hù)可以直接在PC上對監控內容進(jìn)行實(shí)時(shí)查看、控制或歷史回放監控圖像。

7、控制中心終端設計

調度大廳設置12-16塊大屏監視器組成拼接墻，通過(guò)大屏拼接器接入各個(gè)子系統信號，共用電視墻，上傳H、264編碼壓縮1920×1080P@30fps監控圖像通過(guò)視頻解碼器輸入大屏拼接器。

調度大廳設置3-6塊20寸左右高清監視器和3臺PC控制終端組成電視監控分控。視頻解碼器接收網(wǎng)絡(luò )上的媒體流數據，并通過(guò)解碼轉換成視頻數據，通過(guò)VGA或者HDMI接口輸出到電視墻的屏拼接器和高清監視器，通過(guò)客戶(hù)端軟件界面和視頻控制鍵盤(pán)調用、切換、控制多路監控視頻圖像到高清監視器，PC控制終端通過(guò)軟解碼，使得直接在PC上對監控內容進(jìn)行實(shí)時(shí)查看、控制或歷史回放監控圖像。

配置流媒體服務(wù)器為本地或其它系統服務(wù)，控制中心監控終端和其它系統終端可能同時(shí)調用同一路圖像，由本地流媒體服務(wù)器進(jìn)行圖像獲取及轉發(fā)。

8、控制中心網(wǎng)管設計

可通過(guò)網(wǎng)管服務(wù)器對所有監控設備進(jìn)行統一管理，可管理帶網(wǎng)管功能的設備如視頻編解碼器、光端機、交換機、服務(wù)器、IPSAN磁盤(pán)陣列等，支持對設備的配置、故障、性能、告警等多方面的管理，通過(guò)1臺PC網(wǎng)管終端的友好軟件界面顯示全線(xiàn)設備運行狀況。

網(wǎng)管服務(wù)器將電視監控系統告警信息向線(xiàn)路集中告警服務(wù)器上報。

網(wǎng)管服務(wù)器接收時(shí)鐘系統中心母鐘提供的標準時(shí)間信息，校準本系統內所有需要時(shí)間信息的設備。

9、結束語(yǔ)

地鐵是人流密集區域是恐怖襲擊主要目標，采用高清攝像機可以在事件發(fā)生后提供現場(chǎng)高清錄像，地鐵運營(yíng)和公安電視監控采用同一系統，運營(yíng)和公安部門(mén)的管理權限通過(guò)不同控制終端和設備優(yōu)先級控制，達到資源共享，采用全IP高清攝像機，IPSAN存儲，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，每個(gè)車(chē)站電視監控相對獨立，系統可靠性、可用性、可維護性更有保障。