視頻監(jiān)控承載網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

[摘要]討論視頻監(jiān)控的發(fā)展及其存在的問題，較為詳細和深入地分析了全數(shù)字IP視頻監(jiān)控如何引入EPON作為接入網(wǎng)技術(shù)，使用EPON作為IP視頻監(jiān)控承載網(wǎng)的優(yōu)點及其在實際應(yīng)用中要特別注意和解決的關(guān)鍵問題，并在此基礎(chǔ)上給出了一個實際系統(tǒng)的架構(gòu)，系統(tǒng)的運行情況和測試均取得了滿意的效果。視頻監(jiān)控是一種安全防范能力很強應(yīng)用廣的綜合系統(tǒng)。隨著高校的發(fā)展，需要監(jiān)控的范圍越來越大，區(qū)域分布越來越廣，而且要布設(shè)的監(jiān)控點也越來越多，如何建立一個高效先進且經(jīng)濟上合理可行的安全防范系統(tǒng)顯得尤為重要。

[關(guān)鍵詞]視頻監(jiān)控；以太無源光網(wǎng)絡(luò)；承載網(wǎng)；接入網(wǎng)；應(yīng)用

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009-8097（2013）01-0102-05 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.01.022

引言

安全是智能化、數(shù)字化建設(shè)的重要組成部分，對管理起著極為重要的作用。視頻監(jiān)控是一種信息內(nèi)容豐富、直觀準確、安全防范能力很強且應(yīng)用極廣的綜合系統(tǒng)。隨著高校的發(fā)展，需要監(jiān)控的范圍越來越大，區(qū)域分布越來越廣，而且要布設(shè)的監(jiān)控點已遠遠不是像以前只局限于少數(shù)幾個重要的路口和樓道，而是要求要覆蓋到幾乎每一個地方。視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)因其獨特的特性，不僅對上行帶寬和網(wǎng)絡(luò)承載要求頗高，且對服務(wù)品質(zhì)要求也很嚴苛。如何建立一個高效先進且經(jīng)濟上合理可行的校園安全防范系統(tǒng)顯得尤為重要。

以往使用的安防監(jiān)控系統(tǒng)大部分是基于LAN架構(gòu)的。這種架構(gòu)存在著諸如：覆蓋面積小，設(shè)備供電成本高且受停電、雷電等不可避免的客觀因素的影響大，擴展、管理維護難，視頻質(zhì)量差、可靠性低等突出問題。IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于其安裝成本低，有較好的可靠性、安全性和可擴展性，可以進行遠程監(jiān)控，已安防監(jiān)控行業(yè)的發(fā)展方向。但IP視頻監(jiān)控也存在一些問題，如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的不充分以及有限的帶寬資源條件下確保網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效占用和視頻監(jiān)控圖像質(zhì)量以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性是制約IP視頻監(jiān)控應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸。解決這一問題的切入點是引入一些新型的、先進的寬帶傳輸方式。相比較之下，EPON（Ethemet Passive Optical Network）接入網(wǎng)技術(shù)具有足夠的帶寬，通過一根光纖就可以解決幾乎所有的監(jiān)控媒體終端的接入；同時其無源特性又可提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。但EPON應(yīng)用的普及也存在一些問題。本文討論視頻監(jiān)控的發(fā)展及其存在的問題，較為詳細地分析了全數(shù)字IP視頻監(jiān)控如何引入EPON作為接入網(wǎng)技術(shù)，使用EPON作為IP視頻監(jiān)控承載網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點及其在實際應(yīng)用中要特別注意和解決的關(guān)鍵問題，并給出一個實際的應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)和應(yīng)用效果。

一、視頻監(jiān)控的發(fā)展及其存在的問題

第一代的視頻監(jiān)控是閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，主要以模擬攝像機、畫面分割設(shè)備、音視頻電纜、視頻矩陣以及硬盤錄像機等構(gòu)成。它包括后來發(fā)展的可以利用計算機來進行圖形界面操作的系統(tǒng)。該技術(shù)的核心是模擬切換，設(shè)備的核心是矩陣。由于矩陣的穩(wěn)定性和多年的使用習慣，系統(tǒng)的安裝調(diào)試以及后期的維護按照圖紙就能夠輕松地進行，上了電就可以進行工作，就如同家電的連接和使用一樣。維護人員并不需要太多的計算機或者網(wǎng)絡(luò)方面的知識。

第一代系統(tǒng)存在的弊端也是明顯的。前端模擬攝像機需要連接龐雜的線路，分別用來傳輸音視頻和其他數(shù)據(jù)信號。后端處理和管理模擬信號，模擬信號先被轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號進行存儲并且歸檔，在需要查詢和調(diào)閱的時候，又必須重新還原成模擬信號。當需要實時查詢或跨部門信息共享等較復(fù)雜的操作時，模擬視頻數(shù)據(jù)的處理效率之低是無法忍受的。另外，由于全部的視音頻切換和控制都需要通過矩陣來進行，而矩陣采用的又全都是CPU加視頻擴展卡的方式，因而系統(tǒng)很難進行擴展。而更為困難的是如果系統(tǒng)需要聯(lián)網(wǎng)，還必須使用音視頻I/O卡、光纖、同軸電纜和光端機等大量設(shè)備先對矩陣進行級聯(lián)，因而不但增加大量的成本而且在距離上受到很大限制。級聯(lián)聯(lián)網(wǎng)后的矩陣在使用上也非常不方便。

第二代系統(tǒng)采用數(shù)字硬盤錄像機（DVR）將視頻圖像數(shù)字化。它雖然已經(jīng)使用了計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)遠程管理存儲在硬盤上的音視頻數(shù)據(jù)。但是，在日常的使用中還需要矩陣的配合來進行圖像的切換和控制。因此稱之為模數(shù)結(jié)合構(gòu)架。目前仍有人認為DVR是最為合適的技術(shù)，是一個最終的解決方案，甚至還有人誤以為這已經(jīng)是一個完全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控技術(shù)。實際上這是錯誤的。

與第一代系統(tǒng)相比較，第二代系統(tǒng)在圖像質(zhì)量、快速檢索、方便性等方面有很大進步。但是那些龐雜的音視頻電纜仍然不能減免，距離較遠時圖像的質(zhì)量仍然不能保證。DVR必須以每次一定路數(shù)的規(guī)模來擴展，若要增加新的通道就必須另外增加數(shù)字硬盤錄像機。此外，系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)大部分是基于LAN的。基于LAN的架構(gòu)存在著諸多方面的突出問題，比如：覆蓋面積小；中間設(shè)備是有源的，供電成本高，受停電、雷電等不可避免的客觀因素的影響大；交換機的安裝協(xié)調(diào)麻煩；上行端口帶寬擴展困難；中間匯聚設(shè)備和接入層樓道交換機太多，管理維護難；經(jīng)多級矩陣級聯(lián)之后視頻質(zhì)量明顯下降；視頻接入點采用模擬信號，可靠性低；當有大量客戶訪問時需要通過流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)，存在流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的性能瓶頸；等等。

第三代系統(tǒng)稱為全數(shù)字IP視頻監(jiān)控。系統(tǒng)組成包括：（1）前端設(shè)備：音視頻以及數(shù)據(jù)的采集，如攝像機、云臺、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器等；（2）傳輸設(shè)備：各種網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)交換機、光傳輸設(shè)備等等；（3）監(jiān)控中心設(shè)備：視頻瀏覽、控制、管理設(shè)備，如視頻解碼設(shè)備、服務(wù)器、管理軟件、磁盤陣列；（4）工作站設(shè)備：視頻的瀏覽和控制如服務(wù)器、客戶端軟件等。全數(shù)字IP視頻監(jiān)控以IP攝像機及編碼器為核心設(shè)備，傳統(tǒng)的矩陣被稱為虛擬矩陣的網(wǎng)絡(luò)和軟件取代。視頻信號在前端由音視頻編碼器進行壓縮后通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行傳輸，并通過網(wǎng)絡(luò)和軟件對監(jiān)控系統(tǒng)進行總體控制、查閱和存儲。一體化、數(shù)字化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理和高度集成化是IP視頻監(jiān)控的特點，它能輕松地滿足海量存儲、多區(qū)域甚至是跨城市的應(yīng)用需求。

視頻監(jiān)控點龐大，監(jiān)控范圍極廣，而且常常需要和110報警、市政等其他系統(tǒng)進行集成聯(lián)動。因此系統(tǒng)往往需要金字塔式的向上形成分級分域的統(tǒng)一管控管理，位于金字塔頂端的管理者需要能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)所有的監(jiān)控點進行統(tǒng)一管理和控制，而監(jiān)控的數(shù)據(jù)錄像則需要在不同的地理位置進行分布存儲，而且要求無論存儲在哪里，用戶都可以對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行查詢和處理。要達到上面幾點，傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控很難做到，但是IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控卻可以輕松完成。在IP監(jiān)控系統(tǒng)中，用戶數(shù)據(jù)和音視頻文件等信息都可以通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，讓管理者更加輕松地對系統(tǒng)進行全局的管理和維護，而且用戶通過授權(quán)就可以在任意時間、任意位置通過網(wǎng)絡(luò)對所有的音視頻信息進行訪問和準確地控制。

IP視頻監(jiān)控另外一個主要優(yōu)點是部署的低成本和簡便性。IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的部署簡單。在IP監(jiān)控系統(tǒng)中，當用戶希望擴展系統(tǒng)增加監(jiān)控點的時候，每次只需要增加一路的通道就可完成。由于現(xiàn)有的大多數(shù)設(shè)備都已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，因此在一般情況下都不需要重新布線。比如網(wǎng)絡(luò)攝像機可以在現(xiàn)有單位網(wǎng)絡(luò)即插即用。因此，能方便靈活、低成本地實現(xiàn)遠程訪問和多點訪問；通過開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)與其他的系統(tǒng)的集成和聯(lián)動，還可以非常方便地實現(xiàn)多級別、多層次的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和多級別、多權(quán)限的系統(tǒng)管理。

二、以EPON承載網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控

IP視頻監(jiān)控有許多優(yōu)點，也是安防監(jiān)控的發(fā)展方向。但是，在IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻源完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后，本地數(shù)字錄像機也變成了網(wǎng)絡(luò)視頻錄像，傳輸過程采用了IP網(wǎng)絡(luò)，顯示部分再實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。視頻傳輸需要占用較大的帶寬資源。視頻數(shù)據(jù)從監(jiān)控點往監(jiān)控中心發(fā)送，終端設(shè)備數(shù)量龐大并且分散在不同區(qū)域，同時還存在著多個監(jiān)控中心同時查看一個監(jiān)控點的情況。因此，如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的不充分以及有限的帶寬資源條件下確保網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效占用和視頻監(jiān)控圖像質(zhì)量以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為了制約IP視頻監(jiān)控應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸。解決這一問題的切入點是引入一些新型的、先進的寬帶傳輸方式。相比較之下，EPON作為接入網(wǎng)技術(shù)，具有可通過無源光纖進行點到多點傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務(wù)接入和遠距離傳送，可提供高達1.25Gbps甚至升級到10Gbps的上下行對稱帶寬和長達20km接入范圍特長。

總結(jié)起來，使用EPON作為IP視頻監(jiān)控承載網(wǎng)絡(luò)具有如下諸多優(yōu)點：

（1）通過無源光纖進行點到多點傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、音視頻的和幾乎所有的監(jiān)控媒體終端的全業(yè)務(wù)接入和遠距離傳送；

（2）ONU自動發(fā)現(xiàn)和同步管理，OLT定期掃描并觸發(fā)ONU進行注冊和時間同步，無需人工的干預(yù)就能完成對新ONU的識別和注冊，使得中斷或者是新加入的ONU能自動加入到系統(tǒng)中而不會影響到其他ONu；

（3）具有保證完整并且靈活的用戶帶寬動態(tài)調(diào)整能力；

（4）視頻圖像數(shù)字化，可以利用計算機對其進行壓縮存儲；通過視頻分析，可以及時發(fā)現(xiàn)異常問題并聯(lián)動報警；全數(shù)字化還便于利用計算機管理和快速檢索；

（5）適合遠距離傳輸，抗干擾能力強，不易受傳輸線路信號衰減的影響。EPON的上行信道和下行信道在傳輸中不會發(fā)生丟幀現(xiàn)象：

（6）無供電消耗、不受供電故障、電磁干擾和雷電等惡劣環(huán)境的影響；

（7）簡單的架構(gòu)使整個系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率降低，并可通過遠程操作對系統(tǒng)進行升級和維護。由于無需使用有源設(shè)備，所以中間設(shè)備基本上不需要維護，也不需要單獨設(shè)置機房和供電設(shè)施，在擴展上可以通過ONU的遠端自動測距完成。這些都將大大減少整個系統(tǒng)的維護和升級的費用：

（8）通過設(shè)置不同的權(quán)限級別和授權(quán)大大提高系統(tǒng)的安全性；由于繼承了以太網(wǎng)統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)，可以很好地實現(xiàn)各網(wǎng)之間的無縫連接且無需進行協(xié)議和格式的轉(zhuǎn)換；

（9）與現(xiàn)有的設(shè)備具有很好的兼容性；

（10）不需要使用復(fù)雜的協(xié)議就可實現(xiàn)中心網(wǎng)絡(luò)與用戶端的雙向的數(shù)據(jù)的精準傳送，其多點控制協(xié)議MPCP使得EPON擁有統(tǒng)計分析多任務(wù)的能力，低成本實現(xiàn)高質(zhì)量高效率的監(jiān)控。

在實際應(yīng)用中EPON監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸有一些關(guān)鍵問題需要解決：

（1）如何實現(xiàn)系統(tǒng)之間的時間同步。視頻監(jiān)控需要實時查看和記錄突發(fā)事件，對歷史的查閱也需要有準確的時間，其時鐘精度要求是ms級的。如果僅使用控制中心單元所提供的時鐘源，即使該時鐘源與標準時間的誤差不大，但是長時間運行后，隨著誤差的積累，就需要人為修正。因此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點以及通過網(wǎng)絡(luò)連接的各個應(yīng)用界面的時鐘必須與世界時（UTC）同步。

解決此問題的一種可行的方案是讓對外服務(wù)器從互聯(lián)網(wǎng)獲取時間，再讓系統(tǒng)控制中心與對外服務(wù)器進行時間同步，最后讓系統(tǒng)中的所有設(shè)備與系統(tǒng)控制中心進行時鐘同步。也可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)置單獨的時鐘服務(wù)器，然后讓系統(tǒng)控制中心以及系統(tǒng)中的設(shè)備與時鐘服務(wù)器進行同步。實現(xiàn)同步的方法如下：由所需同步的設(shè)備向時間服務(wù)器發(fā)送一個打上設(shè)備本地時間標簽的NTP協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）數(shù)據(jù)包；時間服務(wù)器接受后反饋給設(shè)備三個時間標簽：服務(wù)器所收到的時間標簽、服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)包的時間標簽和服務(wù)器接收數(shù)據(jù)時刻的時間標簽；設(shè)備端接收后再打上一個本地時間標簽，然后設(shè)備端即可根據(jù)這4個時間標簽算出傳輸?shù)臅r延和時鐘偏差。

（2）如何實現(xiàn)視頻的多點傳輸。視頻監(jiān)控往往需要多個用戶或者操作人員在同一的時間訪問同一的監(jiān)控源。如果同時傳輸多路視頻數(shù)據(jù)，這將嚴重占用網(wǎng)絡(luò)的帶寬，而實時視頻數(shù)據(jù)是一種面向非連接的UDP報文，傳輸中一旦有數(shù)據(jù)丟失，圖像就不完整。所以監(jiān)控終端必須能夠提供可靠連接和高效的存儲流。

通過組播來減小網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力是解決這一問題的有效方案。組播只有一份數(shù)據(jù)從源主機發(fā)出，組播組中的同樣數(shù)據(jù)拷貝可被所有的接收者接收，而且只有處于組播組內(nèi)的主機才能夠接收到該數(shù)據(jù)。因此在EPON中，可通過組播方式關(guān)閉無需實時監(jiān)控的點。在OLT側(cè)設(shè)置用戶組播業(yè)務(wù)權(quán)限控制表，以判斷用戶是否具有權(quán)限并下放組播表到ONU，ONU側(cè)則設(shè)置一張組播地址過濾和轉(zhuǎn)發(fā)表，處理本地ONU內(nèi)當前的組播業(yè)務(wù)流控制并執(zhí)行對該業(yè)務(wù)流的轉(zhuǎn)發(fā)或關(guān)斷。采用組播技術(shù)后，可以將每一個編碼器作為組播源，當網(wǎng)絡(luò)中有多個用戶需要同時觀看監(jiān)控圖像時，即可對監(jiān)控圖像進行復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)，如果網(wǎng)絡(luò)中沒有用戶，又可將圖像丟棄。這樣整個監(jiān)控系統(tǒng)無論規(guī)模的大小和同步訪問同一監(jiān)控源用戶數(shù)的多少，都可以預(yù)先計算出對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，從而為規(guī)劃與設(shè)計提供依據(jù)。

（3）多級多域管理。在大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，需要根據(jù)應(yīng)用的需求將整個系統(tǒng)分成獨立的若干區(qū)域的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)獨立完成監(jiān)控業(yè)務(wù)并通過域間接口向其他區(qū)域提供監(jiān)控業(yè)務(wù)，上級管理多個下級子系統(tǒng)，上下級之間可直接信令交換和媒體交換，平級之間由上級轉(zhuǎn)發(fā)或者經(jīng)上級允許后直接交換。

解決方案可以通過配置域問路由來實現(xiàn)。在系統(tǒng)中，為每個區(qū)域統(tǒng)一分配唯一的區(qū)域ID；在上級區(qū)域中，為每個下級配置一條到達下級區(qū)域的路由，下級區(qū)域則向上級區(qū)域注冊，上級根據(jù)是否成功注冊來判斷路由是否可達；上下級之間根據(jù)配置的域問路由信息進行交互，下級之間的交互經(jīng)向上級查詢另一個下級區(qū)域的路由后通過上級中繼進行數(shù)據(jù)交換。具體細節(jié)還包括：（a）域間設(shè)備資源配置，不同域之間的設(shè)備資源只有被授權(quán)才能被訪問和控制（包括攝像頭的控制等操作），授權(quán)可以通過設(shè)備的規(guī)劃完成。（b）域間用戶優(yōu)先級配置，先為域內(nèi)用戶分配本區(qū)域設(shè)備的控制權(quán)，再規(guī)劃出可以給域外使用的設(shè)備和控制權(quán)，域內(nèi)用戶通過權(quán)限搶占資源，域外用戶需要訪問時，若其權(quán)限高于本域用戶權(quán)限，則由域外用戶搶先獲得控制權(quán)。（c）跨域視頻實時瀏覽，下級根據(jù)可被訪問的前端設(shè)備列表發(fā)送請求，上級域根據(jù)外域標識轉(zhuǎn)發(fā)請求，被訪問域根據(jù)其域內(nèi)策略控制前端設(shè)備將數(shù)據(jù)流發(fā)送給請求的用戶。

（4）在點到多點的模式之下，任何一個ONU都可以接收到OLT發(fā)送給所有ONU的數(shù)據(jù)包。這可能是不安全的。因此，在上行方向上ONU之間的通信必須通過OLT而不能直接傳送和接受，在OLT上可以設(shè)置禁止其之間的通信。在下行方向上，由于是廣播傳輸數(shù)據(jù)，因此在ONU接入的時候，系統(tǒng)應(yīng)對ONU進行認證，如果不是自己的數(shù)據(jù)就直接丟棄，不讓上傳。另外可能還要通過加密和VLAN方式對不同用戶或業(yè)務(wù)進行限制，以保障ONU間的信息隔離。

（5）光纖不能直接接ONU，需要用分光器，避免ONU接收到的光強度超過ONU光接受飽和光功率-3db。光衰減最大的地方光功率不能小于-23db，否則將超出ONU的接受靈敏度，致使OLT無法發(fā)現(xiàn)ONU。

三、應(yīng)用

1.系統(tǒng)需求

某大學現(xiàn)有185個監(jiān)控點。原系統(tǒng)是基于數(shù)模轉(zhuǎn)換的構(gòu)架，存在諸如信號的信噪比低；圖像失真嚴重；矩陣和視頻服務(wù)器之間沒有一個相互控制管理的機制，并且也無法同時間的控制前端攝像機；無法獲得同級的其他區(qū)域圖像；調(diào)用圖像必須要通過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)；視頻服務(wù)器的性能瓶頸嚴重等問題。而當前學校已發(fā)展成多校區(qū)、跨地域、跨城際。

因而，需要監(jiān)控終端能夠做到只需一次編碼就可供全網(wǎng)使用的實時流，并且這種數(shù)據(jù)流不應(yīng)該因高收斂而影響圖像的質(zhì)量；不能只提供實時單流網(wǎng)絡(luò)，要分出一路基于面向可靠連接的存貯流以實現(xiàn)高可靠數(shù)據(jù)存儲，要求實時流和存儲流可分別根據(jù)需求靈活地進行編碼并且互相不影響，必須要有足夠的鏈路帶寬來傳輸監(jiān)控視頻流。由于視頻監(jiān)控點分布分散、距離遠，因此要求傳輸系統(tǒng)要具有很好的可分路性和公平性以及足夠的傳輸距離。系統(tǒng)還要求有很好的可擴展性，以方便監(jiān)控點的增加。監(jiān)控中心內(nèi)部及中心問互聯(lián)的IP網(wǎng)絡(luò)性能指標應(yīng)符合通信行業(yè)標準YD/T 1171-2001中所規(guī)定的1級（交互式）或1級以上服務(wù)質(zhì)量（QoS）等級：前端設(shè)備與監(jiān)控中心間端到端的信息延遲時間不大于1秒；前端設(shè)備與用戶終端間端到端的信息延遲時間不大于2秒。建成之后的校園安防監(jiān)控系統(tǒng)能夠作為全校園安防管理、信息化管理的有效、快速反應(yīng)的統(tǒng)一指揮途平臺。

2.總體架構(gòu)

根據(jù)校園光纖布置的特點，通過EPON技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的前端接入和傳輸?shù)母咝院挽`活性。總體架構(gòu)如圖1所示。傳輸網(wǎng)絡(luò)使用了基于校園主干光纜+分支光纜+同軸電纜的方式，在系統(tǒng)前端配置了嵌入式視頻服務(wù)器（帶存儲功能），前端攝像機的視頻信號通過視頻線接入視頻服務(wù)器，通過視頻服務(wù)器接入到校園網(wǎng)，在監(jiān)控中心通過綜合管理平臺軟件將數(shù)字信號解碼還原成視頻信號后上電視墻。

（1）前端到中心網(wǎng)絡(luò)采用組播。前端攝像頭輸出組播實時流，再經(jīng)由組播優(yōu)化的交換機進行分發(fā)視頻流，前端ONU同時輸出單播存儲流寫入中心。

（2）安裝在前端的攝像機把圖像信號攝入后，經(jīng)過視頻編碼器該視頻信號被轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)信號，EPON分光設(shè)備負責將多個視頻監(jiān)控點的IP網(wǎng)絡(luò)信號匯聚，再通過光纜傳輸至監(jiān)控中心。

（3）在監(jiān)控接入層，前端的監(jiān)控媒體終端負責把視頻源傳送過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)流并進行壓縮，再通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送。在本層還要實現(xiàn)對組播流和存儲單播流的支持。

（4）承載交換層采用開放式TCP/IP協(xié)議IP承載網(wǎng)。它負責把各種數(shù)據(jù)流傳送到目的地址，同時把原有的監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號和碼流轉(zhuǎn)換成標準的IP信號并由控制管理層進行處理。

3.應(yīng)用效果

系統(tǒng)在一根光纖上承載多個監(jiān)控點的音視頻傳輸，視頻編碼設(shè)備部署在前端通過EPON接入網(wǎng)將視頻IP化并上傳。視頻流可快速靈活地傳輸至各級監(jiān)控中心。整個監(jiān)控系統(tǒng)的圖像均不用依靠矩陣進行交換，可通過監(jiān)控系統(tǒng)軟件向視頻編碼器發(fā)出指令實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的任意位置的直接調(diào)用。系統(tǒng)的監(jiān)控點與監(jiān)控中心具備千兆數(shù)據(jù)交換能力。系統(tǒng)與先前的設(shè)備有很好的兼容性。此外，通過ONU自動同步管理，系統(tǒng)具有很好的隨用戶需求變動進行動態(tài)調(diào)整和擴展的能力。

本監(jiān)控系統(tǒng)以學校的保衛(wèi)處為監(jiān)控指揮中心，首先在校行政辦公大樓、全校的公共機房和多媒體教室監(jiān)控實施，再逐步擴展到綜合教學樓、各個院系以及學生公寓。其初步運行的情況以及對幾個主要位置的測試均取得滿意效果。監(jiān)控中心內(nèi)部及中心間互聯(lián)的IP網(wǎng)絡(luò)性能指標達到通信行業(yè)標準1級（交互式）服務(wù)質(zhì)量（QoS）。經(jīng)丟幀和吞吐量統(tǒng)計分析，其在不同位置下的ONU下載速率沒明顯差異，最大吞吐量與平均吞吐量大體相同，最小吞吐率相近，且沒有發(fā)現(xiàn)丟包的現(xiàn)象。

在跨VLAN情況下，單播流量正常，在加入組播之后，也能夠順利接收到不帶TAG的組播報文。

監(jiān)控設(shè)備控制的情況如下：對前端設(shè)備（攝像頭、云臺）進行控制及回放。按照IP地址規(guī)劃對攝像頭進行配置，在管理軟件上拖動任意一路攝像頭到窗格和監(jiān)視器經(jīng)過調(diào)整分辨率和碼率可以清晰流暢地看到圖像，在軟件上流暢觀看歷史視頻回放，并上傳圖像至電視墻。云臺可完成指定的動作，可以準確按照預(yù)設(shè)位轉(zhuǎn)動。

四、結(jié)束語

EPON為用戶提供光纖接入的經(jīng)濟有效的方式，降低施工復(fù)雜度，具有低成本的架構(gòu)和共享式的傳輸，可利用FTTX的方式在中心端和客戶端之間提供多樣性的服務(wù)，并且可以輕松承載網(wǎng)絡(luò)上日益增加的流量以滿足人們對網(wǎng)絡(luò)各種寬頻服務(wù)的需要，同時其無源特性也提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。但在實際應(yīng)用中，可以相互參照的實踐經(jīng)驗較少，根據(jù)不同的實際應(yīng)用情況仍然要特別注意和解決一些關(guān)鍵問題，本文主要討論了EPON的在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用。此外，EPON在實際應(yīng)用中還存在的一些問題，比如標準還未盡完善，存在一些內(nèi)部私有協(xié)議；光分路器基本上都不是EPON廠家生產(chǎn)，存在差距等。

編輯：小西