鐵路綜合視頻監控工程檢測技術分析

黃智浩

（中國鐵路通信信號上海電信測試中心，上海 200436）

伴隨著高速鐵路的發展，作為鐵路運輸重要安防技術手段的綜合視頻監控系統的重要性正日益顯現。然而，由于視頻生產廠家和產品的多樣性，制定適應工程需要的視頻系統測試方法以及相關性能指標，是大勢所趨。

針對鐵路視頻發展的實際情況，鐵道部發布了《鐵路綜合視頻監控系統技術規范（試行）》、《鐵路綜合視頻監控系統視頻內容分析性能測試要求（暫行）》、《鐵路綜合視頻監控測試大綱V1.2》、《鐵路圖像通信設計規范》等一系列相關技術標準。這些相關的標準和指標要求，對于鐵路視頻檢測方法的研究提供了堅實的理論依據。同時，通過對青藏線、滬寧高鐵、滬杭高鐵、武廣高鐵、京滬高鐵的視頻監控等項目的現場施工和測試，中國鐵路通信信號上海電信測試中心（簡稱公司）積累了豐富的施工和調試經驗，而項目實施中出現的問題，也為本項目的研究提供了有力的保障和積累。

此外，應鐵道部要求，公司參與了在北京進行的12家視頻集成商系統平臺的全面測試，測試函概了功能、性能、主觀評估、互聯互通等各方面；完成了12家視頻集成商智能分析C級入門測試，建立了鐵路智能分析C1級智能庫；參與組織了北京高清視頻攝像機測試，對4家視頻集成商的高清攝像機進行了平臺接入基本功能測試、高清與標清對比測試、視頻全景覆蓋測試，為高清攝像機在高速鐵路領域的可用性研究提供了數據依據。

1 視頻圖像主客觀測試方法

通過前期長時間的視頻系統施工階段、靜態驗收階段、現場檢測階段，公司積累了豐富的經驗，通過大量的深入研究，并以鐵道部相關標準作為理論依據，公司總結出一套完整視頻系統性能/功能的工程檢測方法。

視頻系統工程檢測項目主要分為系統功能、系統性能、互聯互通3個方面。

1.1 系統功能

系統功能包括視頻實時監控、視頻存儲、視頻回放、云臺控制、視頻分發與轉發、視頻告警和視頻網管。

實時監控功能包括單畫面和多畫面切換、圖像放大縮小、終端信息顯示、多用戶同時監控一路視頻源、圖像組合播放、圖像輪巡、圖像抓拍、幀率調整、碼流分辨率設置、時間同步等。

測試方法：依托終端監控平臺，對各個功能項進行逐一驗證。對于幀率、分辨率等指標的測試，則需要依據專用網絡分析儀表。對傳輸圖像的幀率進行調節，利用網絡分析儀對收到的數據包進行分析，查看實際圖像的傳輸幀率和分辨率等指標，如圖1所示。

存儲功能包括實時存儲、有條件存儲、存儲備份、減幀存儲和存儲空間設置。

在終端平臺對實時存儲內容進行查看，考察存儲視頻是否存在缺漏。而對存儲時間段、存儲對象、和觸發存儲事件，則可以進行有條件設置存儲。設置完成后，系統可以分別根據存儲條件對實時視頻進行存儲，使存儲空間的利用更加合理。而存儲內容的清晰化、一致化也更便于維護人員的管理和維護。

在不同條件下，對圖像幀率的要求往往也不同。這就要求系統必須具備幀率調節的能力。在終端平臺對視頻傳輸幀率進行更改，如把25幀/秒的幀率改為低于該幀率，通過對視頻圖像傳輸數據包的實時分析，確認終端幀率調節功能是否實現。幀率檢測界面如圖2所示。

視頻回放功能是鐵路視頻系統的重要功能。主要分為以下幾個方面：1）對有條件查詢結果進行回放。2）在監控平臺中可以遠程對存儲錄像進行調用，并遠程播放，同時，能夠對存儲在本地的圖像進行本地調用。3）在對歷史圖像的播放中進行快慢放、倒放、拖拽和暫停等操作，查看其是否正常。4）能夠對錄像進行逐幀播放，在測試中主要通過在監控平臺對以上相關項目的功能性驗證，來考量系統的回放功能是否符合相關標準要求。

云臺控制功能的實現，加大了視頻信號前端采集的范圍，也便于監控人員更加有效地了解監控區域的真實情況。在監控平臺對具備云臺的攝像機進行操控，攝像機能夠左右上下進行移動。同時，對攝像機進行預置位設置，重啟攝像機，查看攝像機重啟時是否會回到預置位，并檢查預置位偏差角度。在監控平臺對攝像機進行變焦、變倍、光圈調節等操作，主觀檢測圖像是否發生了相應變化。

視頻告警功能的驗證主要分為以下幾方面。

1）能夠對系統內部的告警信息進行處理，如對告警信息的確認操作等，同時系統應該支持以文字、聲音、圖像等方式進行提示。在系統內部，相關告警信息能夠被存儲。能夠人工對告警信息的級別、類型、告警時間、告警內容進行查詢。

2）在監控平臺能夠用電子地圖的形式顯示線路各站點的具體信息。模擬現場告警，能夠在電子地圖上顯示告警信息。

3）人工觸發告警，系統應該支持告警信息及相關視頻自動彈出功能。告警錄像能夠設置預錄制功能，并且預錄制時間不小于10 s。

在監控平臺對功能項進行逐一檢測，所有功能項必須符合以上要求。

網管功能包括配置功能、故障管理、性能管理、安全管理和日志管理。在監控平臺上能夠對系統（包括編碼器等設備）進行配置，如新節點的定義、初始化、新IP地址配置、遠程配置、圖像信息顯示等操作；能夠對系統故障進行顯示、分類，并能夠對歷史告警進行查詢，對告警信息進行統計；能夠對系統的性能參數進行監控并顯示，如系統內部資源占用率等信息；在用戶界面中可以查詢到設備或操作人員的使用日志，以及設備告警日志等詳細信息。

1.2 系統性能

系統性能包括網絡性能、系統時延、視頻聯動時延、分發與轉發能力、圖像質量主觀評價、視頻的水平清晰度和灰度。

視頻網絡性能包括不同分辨率下平均網絡帶寬要求、網絡傳輸特性（帶寬、時延、丟包、抖動等）對圖像質量與操作的影響評估。依據相關技術規范要求，在網絡中加入時延、丟包和抖動，考察系統的登錄認證時延、實時圖像調用時延、PTZ操作時延、歷史圖像檢索時延以及圖像質量效果。

系統聯動時延是指從監控平臺發出命令到前端設備執行相應命令所需時間。通過對網絡信令流程進行監控和分析，查找出終端發出命令的時間以及接收方回應確認消息的時間結點，兩者的相對時差就是所需要的測試時延。

分發與轉發能力包括不同分辨率下同一幅或不同圖像的3級轉發能力。利用仿真工具或真實終端調用同一幅圖像。實際測試模擬100個用戶同時調用同一幅4CIF(702×576)圖像，考察系統的分發與轉發能力是否能夠實際達到。

圖像質量主觀評價以MOS主觀評價方法作為依據。由前端測試圖案發生器，發送測試圖案與序列：色彩分辨率、抗鋸齒、細節處理、畫面細節、運動物體降噪處理。在后端分別通過視頻硬解碼器輸出至等離子屏和客戶端。通過原始輸入端顯示圖像與輸出端圖像進行比對，從而得出最終主觀評估分值。由測試組組織10人以上觀測人員，其中包括專家和普通人員，對圖像的色彩還原、清晰度、圖像連續性、邊緣處理、細節處理等方面進行評估，對得出分數取平均值。通過分數為MOS總評分大于4級。圖像主觀評估視頻源截圖如圖3所示。

視頻的水平清晰度和灰度必須借助專業圖像測試卡進行測試。在視頻攝像頭前端放置圖像分辨率測試卡，并將測試卡滿屏顯示，在后端查看水平分辨率。黑白電視水平清晰度≥400線。彩色電視水平清晰度≥270線。在視頻攝像頭前端放置圖像灰度測試卡，并將測試卡滿屏顯示，在后端查看灰度。灰度標準：≥8級。

1.3 互聯互通

由于同一條高速鐵路的視頻系統建設，不排除會使用多廠家的設備，所以，不同設備之間必須能夠做到互通，包括圖像的編解碼、命令傳輸等。鐵路綜合視頻監控系統由視頻核心節點、視頻區域節點和視頻接入節點3類視頻節點組成。實現不同視頻系統之間互聯和視頻共享，應對所轄范圍的用戶和設備進行統一協調管理，支持用戶跨區域訪問的認證、鑒權，實現信令的多級交換和視頻數據的跨域轉發。

視頻系統互聯互通的功能單元包括：認證授權單元、接入網關單元、目錄服務單元、信令控制單元、數據分發單元和視頻系統代理。

功能測試內容包括視頻系統內部資源的上報、網關系統內目錄資源的生成、用戶登錄與認證、實時視頻圖像調用、PTZ遠程控制、歷史圖像的檢索、調用與下載、用戶優先級等功能驗證，并對上述操作動作的SIP通信協議和流程進行分析。性能測試內容應包括各類操作響應時延等。

2 測試方法的現場驗證

上述功能、性能測試方法在實際工程實施和調試中得到了充分的驗證。以下為部分現場情況匯總，通過相應功能、性能項的檢測對現場問題進行了處理，對于工程的順利進行有著重要的意義。

1）云臺響應時間過長。

問題：集成商認為是傳輸網絡出現問題，并非系統在處理過程中出現問題。

解決方案：現場測試人員在現場對網絡的時延指標進行了端對端測試，測試結果表明傳輸網絡時延未超過標準值，排除了由網絡時延而造成的云臺響應時間長現象。故此次問題原因鎖定為設備本身引起，經過集成商現場排查，問題解決。

2）視頻圖像不流暢，出現馬賽克現象。

問題：集成商認為是傳輸網絡出現問題。

解決方案：通過現場測試人員在現場對網帶寬進行了端對端測試，測試結果表明傳輸系統未保證設計要求提供帶寬，故圖像出現了丟包現象，影響了圖像的質量，通過相關部門協商，該問題解決。

3）視頻清晰度、灰度。

問題：各方對視頻攝像頭成像質量產生分歧，對于攝像頭的清晰度是否達到了系統技術要求產生了疑問。

解決方案：現場測試人員將專用清晰度、灰度測試卡在攝像機前端進行滿屏顯示，在監控平臺對卡上的圖案進行分析，得出準確的測試數據。

3 結束語

視頻監控系統的工程檢測技術對于鐵路視頻系統的規范起到了積極的作用，而隨著視頻技術的不斷發展，檢測技術也必須不斷地更新，符合現場工程檢測要求，這樣，才能夠滿足鐵路視頻檢測的實際需求。

[1] 北京全路通信信號研究設計院．TB 10085-2009 鐵路圖像通信設計規范[S].

[2] 中國鐵路通信信號上海工程集團有限公司. TB 10755-2010 高速鐵路通信工程施工質量驗收標準[S]. 北京：中國鐵道出版社出版發行， 2010.

[3] 運基通信[2008]630號 鐵路綜合視頻監控系統技術規范（試行）[S].