對推廣高速公路數字編解碼視頻系統的評價和建議

王運虔

中國交通建設股份有限公司總承包經營分公司，北京 100088

隨著高速公路建設對新技術、新工藝、新設備、新材料的推廣。閉路電視系統應用逐漸數字化、網絡化，傳統模擬視頻方式正在逐步被打破。

一般對閉路電視系統實施采用哪一種方案，由設計單位根據業主的需求來綜合考慮。最終由施工單位來實施。

首先對傳統模擬視頻和數字編解碼視頻系統的性價比做個評價。

1 數字視頻系統和模擬視頻系統的優缺點

1.1 模擬視頻系統優缺點

1）優點：圖像質量效果好，操作配置簡單。前期成本相對較小，標準成熟，圖像效果評判直觀。

2）缺點：擴容麻煩，線路成本較高，節點多，排除故障較難，圖像傳輸中容易受到干擾，不符合發展潮流。

1.2 數字編解碼視頻的優缺點

1）優點：擴容方便，操作維護簡單集中。配置方便完全支持遠程操作。圖像不容易受到干擾；

2）缺點：前期成本相對較高，圖像解碼還原的效果始終比不上模擬圖像。視頻傳輸多數受到通信業務的網絡通道帶寬的限制。數字圖像驗收標準不統一，多數檢測驗收操作性差，有時驗收單位對圖像質量的好壞無法評判。目前較常用的做法多數以設備制造方的標準來進行評判，難免有被設備制造方“綁架”的嫌疑。

數字視頻網絡資源開銷主要由兩部分組成。一部分是開銷相對變化圖像查看和錄像調用，這一部分的網絡資源開銷大小主要取決于用戶連接數多少。另一部分是開銷相對固定的后臺錄像。

用戶連接：相當于編碼器和解碼器的連接。要查看某一路數字圖像需要用戶和編碼器之間建立連接通道。用戶可以采用軟件方式解碼，也可以采用硬件解碼器。采用軟件解碼時，用戶可以根據需求自由的連接查看或斷開。而采用硬件解碼器方式則需要預先進行一對一的連接配置，建立定向持續的連接通道并實現數字至模擬圖像的二次轉換，還原模擬圖像給用戶觀看。

鑒于目前高速公路通信網絡的配置狀況，大多數采用通信設備的以太網接口作為視頻數據傳輸通道，這就造成了資源瓶頸，如果數字視頻網絡的資源配置不當，視頻效果會大大降低，甚至導致嚴重的使用問題。

眾所周知，數字視頻業務數據吞吐量相當大。因此，整個數字編解碼系統的運行對網絡交換設備、用戶業務終端、視頻存儲服務器、網絡傳輸通道設備要求較高。整個系統運行時，隨著系統擴容和業務需求變化，隨著中間運營節點的變化和攝像機的增加，網絡資源的開銷會呈幾何倍數增長。

數字視頻網絡帶寬資源開銷的計算：

首先，假設數字視頻系統在本地錄像，且編碼、解碼、錄像都采用同樣的幀率和分辨率。在這種情況下，網絡資源計算公式如下：

某節點的實時網絡資源開銷=（需求變化的用戶數+固定的錄像通道數）×單路視頻傳輸速率

如圖1所示，底層同一編碼器開銷最大值，相當于系統內所有用戶連接它。

網絡節點開銷最大值，相當于本層以上各節點網絡的用戶連接需求達到最大值。

如果節點之間采用通信設備以太網端口，可以看出數字視頻網絡資源瓶頸主要集中在本節點網絡設備的外網端口和通信設備以太網端口。且用戶需求越大，網絡節點越靠近底層，資源瓶頸問題就越突出。如圖2所示。

如果想用好數字視頻網絡系統，要“軟硬兼施”。其中要做好一下幾方面的工作：

1）軟件方面

對用戶數的限制，做好用戶級別和權限的限制。

編碼器參數、錄像參數、解碼器參數進行合理配置。

對同一編碼器的多用戶操作進行優先級設置，編碼器資源獨占互斥處理，考慮多用戶分時操作。

視頻存儲服務器的錄像采用高速先進的文件存儲服務，這個可以事先進行測試比對。

2）硬件方面

網絡設備：如果預算費用允許，非底層節點網絡設備采用先進的高容量緩存和高速處理芯片的三層千兆以太網交換機，且交換機背板帶寬足夠大，這要對整個系統網絡資源開銷進行計算，連接外部網絡端口采用千兆以上光接口，避開目前常用的通信以太網端口資源瓶頸。如圖3所示。

圖2 網絡開銷資源瓶頸示意圖

錄像存儲服務器：采用高速處理芯片，緩存要大，網絡接口帶寬和同級交換機端口帶寬匹配。優先考慮硬盤存取速度和存儲容量。

業務工作站：對硬件速度、緩存及網絡端口帶寬作為重要指標考慮，匹配適應整個網絡的工作需求。

3）其他方面

整個系統啟用時，對各級節點用戶連接數量逐步增加，去發現何時出現資源瓶頸。此外考慮冗余和最壞打算，避免滿負荷運行，找到額定資源開銷負荷。

以上是一種嘗試性方案，具體采用哪種方式更為合理。我們期待有性價比更高的解決方案。

對于高速公路數字編解碼圖像驗收問題，建議盡快出臺交通行業相關的驗收標準。指導設計標準化、建設標準化、施工標準化。如果這個過程時間較長，考慮采用其他行業相關標準作為指導。目前的JTG F80/2-2004《公路工程質量檢驗評定標準》對于數字編解碼視頻系統的檢測，顯然不合適。

圖3 網絡開銷資源瓶頸優化后的示意圖

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[2]朱珍民，沈燕飛，何哲.視頻信號處理技術及應用[J].電子技術應用，2008(10).

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