高清視頻監控時代平安城市建設的光傳輸解決方案

孫 菲，楊德利，張 濤，馬培勇

（中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630）

1 引言

近年來，隨著和諧社會建設的進行，人們的安全意識不斷加強，整個社會對視頻監控業務的需求量大增，視頻監控業務得到飛速發展，特別是以城市社會治安聯網監控系統為主的平安城市項目，從2005年以來一直在不斷地增長，據不完全統計，全國已建立視頻監控點超過千萬端，僅廣東就已建成110萬端。各級公安機關圍繞中心工作，將視頻信息應用在維護穩定、打擊犯罪、治安防控、社會管理等實戰方面，視頻監控發揮了不可替代的作用。而在平安城市項目的建設和運營中，運營商起到了非常重要的作用。

隨著技術的發展和管理水平的提高，原有標清系統建設方案存在一定的局限，主要表現在以下兩方面：

·圖像采集點覆蓋率不高，部分重要監控區域存在盲點；

·圖像清晰度不夠，對于一些關鍵現場圖像，特征辨識率有待提高。

由此可見，廣覆蓋、高分辨率已成為平安城市建設的新需求，而這些需求對整個傳輸系統提出了挑戰：廣覆蓋要求更豐富的光纜資源，不僅到達城市，甚至還要到達鄉鎮；高分辨率意味著更大的帶寬要求，標清時代每路圖像傳輸的帶寬是2 Mbit/s，到了高清時代，分辨率為720P的帶寬要求是4 Mbit/s，分辨率為1080P的帶寬要求是6～8 Mbit/s。

2 高清系統傳輸標準

在平安城市建設中，傳輸是整個系統信號傳送的管道，傳輸質量的好壞直接影響到圖像質量。隨著光網城市建設的推進，各大運營商都啟動了光網城市工程，實現寬帶網絡的光纖化升級，建設超高速100 Mbit/s寬帶接入網絡，推動中國新一輪寬帶基礎設施的大提速，光網城市的建設為平安城市的光傳輸提供了保證。

高清平安城市系統的傳輸主要有兩種方式：HD-SDI（serial digital interface）和IP（internet protocol）傳輸。

SDI是美國SMPTE制訂的一種廣播級信號標準，主要目的是傳輸與存儲高清無損的視頻圖像。目前在視頻監控領域，HD-SDI數字1.485 Gbit/s高清正在被安防企業推廣。SDI高清具有無時延、高安全的特點，在高清平安城市系統中應用于少量一級重點部位監控點的傳輸，但因其高帶寬、高成本的原因，無法在項目中得到廣泛應用。

IP高清是指高清視頻按照編碼規則進行數字化編碼之后進行傳輸、存儲和管理的應用。隨著網絡的發展，帶寬不再成為瓶頸，IP高清的應用已有大量成功案例。同時IP傳輸具有靈活、高效、低成本等優點，已成為平安城市高清系統應用的首選。

將SDI與IP兩種方案進行對比，各有優缺點，具體見表1。

兩種傳輸標準前端所用的傳輸設備及光纖的應用均有所不同，如圖1所示。

表1 HD-SDI方案與IP-CAM方案優缺點對比

圖1 兩種傳輸方式前端系統的區別

3 解決方案

3.1 HD-SDI傳輸

采用SDI傳輸的平安城市系統要求從前端攝像機、光端機到后端矩陣、監控器等設備，均采用SDI，如圖2所示。SDI組網時，前端攝像機采集到高清視頻圖像，通過SDI光端機＋裸光纖的方式，將圖像傳輸到派出所，派出所通過SDI光端機接收端將圖像還原，由于HD-SDI的傳輸速率是1.485 Gbit/s，數據量龐大，無法存儲，圖像傳輸到派出所匯聚后，將圖像一分為二，一路進入SDI矩陣控制上墻，另一路通過SDI輸入接口的高清編碼器將SDI的圖像編碼成IP信號，存儲并上傳到平臺進行管理。在從派出所傳輸SDI高清信號到上一級監控中心時，采用SDI矩陣級聯的方式，用SDI光端機和裸光纖進行傳輸，各級監控中心之間需建立一套矩陣級聯的傳輸通道。

由此可見，SDI的傳輸方式與標清時代數模結合的傳輸方式相似，在一套系統中采用了兩套傳輸通道，一套采用SDI光端機+裸光纖方式，用來傳輸模擬的SDI高清視頻信號，在SDI高清信號編碼成IP信號之后，又采用了另一套IP信號的傳輸通道，將圖像傳輸到平臺進行管理和存儲。

對于前端監控設備的接入，主要是指采集端光端機到監控室接收端光端機之間采用光纖方式接入。為了解決這部分的光纖鏈路問題，可以以監控室為中心，布放主干光纜，光纜的芯數由主干所接入的攝像頭個數決定，主干光纜的路由盡量沿靠近攝像頭、安全系數高的路由敷設。攝像頭的接入就近布放分支光纜到主干光纜。此段光纜基本屬于專用，無法為其他客戶所復用，這也是SDI傳輸造價昂貴的原因。

3.2 IP傳輸

眾所周知，平安城市項目規模大，北京、上海、廣州這樣的一類城市，3年內一類監控點新增1.5萬端以上，二類點15萬端以上，如此大規模的數量，對光傳輸網絡資源的占用是非常大的，合理選擇傳輸方式，提高光纖資源的利用率顯得尤其重要。

IP高清系統可采用以下兩種方式進行承載：PON方式，即ODN（光纖分配網）+ONU（光線路終端）+OLT（光線路終端）；光纖直連方式，即光纖+光纖收發器。

3.2.1 光纖+光纖收發器方式傳輸

在監控點較為分散、沒有PON到達的情況下，可采用數字組網方式傳輸，組網系統架構如圖3所示。

前端監控點的匯聚可選擇在接入網機房或者派出所，如果在派出所匯聚，則派出所需要一條大帶寬到平臺，帶寬不低于4 Mbit/s/每路×N路。

3.2.2 PON方式傳輸

視頻圖像資源采用PON傳輸，既能充分保障信息的安全性，又能充分發揮PON技術的先進性和傳輸成本的最優性。

PON的一大特點是高帶寬。PON線路在設計時上下行帶寬對稱，且具備帶寬優先保障機制，能夠保證末梢單點上行不低于15 Mbit/s（滿配64路），足夠滿足高清視頻傳輸的需求。

與光纖直連方式對比，PON具備如下優點。

·快速部署：由于從分光器到OLT的主干光纜已經部署，在建設傳輸時，只需新建前端監控點到分光器的末梢段。

·安全可靠：PON口有備份端口，當一個端口出現問題時，可以馬上更換另一個PON口。

·可管可控：PON具備先進的網管系統，可對前端的每個ONU設備的接入進行管理和控制，出現故障可進行快速定位并修復。

為了保證系統的安全性，可進行獨立組網，視頻監控業務與其他家庭客戶和政企客戶在PON口分開，即視頻監控用ONU獨享一個分光器以及上行的1芯纖芯和1個PON口；視頻信號在OLT匯聚后直接以2條GE或10GE鏈路連接到視頻監控區域所屬派出所交換機，然后通過視頻監控專網連接到平安城市管理平臺。IP方式的PON傳輸系統結構如圖4所示。

根據本地的ODN規劃，視頻監控點通過布放小芯數光纜就近接入ODN。在光交接箱至監控點的管道內，如有可剝離并熔接1芯的光纜，監控點光纜可在管道內與該光纜熔接1芯；如管道內只有帶狀光纜，則從分光器所在交接箱新建一條小對數光纜，沿途各分1芯熔接到監控點光纜。

對于一些光纖資源暫無法到達的區域，或有移動應急指揮需求時，可采用無線傳輸方式。

·只要帶寬能夠滿足要求，通過Wi-Fi可傳輸高清圖像；

·3G或4G傳輸適用于野外作業、移動執法等移動監控的需求，由于視頻圖像的上傳所占用帶寬較大，對3G網絡有一定影響，建議應用于非24 h在線，需要時才調用的應用場景。

3.3 標清系統傳輸改造

由于大多數城市都已建立標清系統，在進行高清系統建設時，需要在原有基礎上改造，有如下兩種改造方式：

圖3 IP方式光纖收發器+光纖傳輸系統結構

圖4 IP方式的PON傳輸系統結構

·采用PON方式，利用ONU替換光端機，為節省資源，重新設計承載網；

·采用光纖直連的方式，直接利用光纖收發器替換光端機。

在改造時首選PON傳輸，特別是在監控點比較集中的區域，可以重新設計路由，這樣更有利于節省光纜資源，如圖5所示。

圖5 標清改高清前端示意

4 結束語

隨著光網城市的不斷推進，光纖資源雖然越來越豐富，但各行各業及家庭、個人用戶對光纖資源的需求也不斷增長，合理利用每一芯光纖，提高利用率、不浪費是目前傳輸系統設計的原則。

平安城市系統規模大，對帶寬要求高，在進行方案設計時更應考慮對資源的合理利用。SDI傳輸由于其采用裸光纖方式，對光纖的利用率不高，在項目中不宜大規模采用；IP方式具有靈活、高效、低成本的優點，應大規模推廣。在實際案例中，可以IP傳輸為主、SDI為輔的方式，將兩種傳輸融合起來，在一些一級重點部位（如省府、市府大門，火車站廣場等），采用SDI傳輸方式，保證實時監控、實時操作無時延；在其他場所采用IP傳輸方式，節省光纖資源，提高光纜利用率。

1 朱俊,汪國榮.PON技術在平安城市中的應用——上海“城市光網”技術創新和應用實踐之七.電信科學,2012(9)