鐵路綜合視頻監控系統標準研究及制定

陳 梅(北京全路通信信號研究設計院有限公司,北京 100073)

“鐵路綜合視頻監控系統”從早期的2006年底建設、2007年正式運行的“青藏線格拉段線路視頻監控系統”作為雛形推出，至今已經經歷了5年的時間，視頻監控系統建設和使用基本上覆蓋了所有路局，綜合系統的理念、系統架構、應用模式等早已被接受。作為指導產品制造、測試、工程設計和建設維護的鐵路視頻系統標準規范經制定經歷了國際標準、國家標準、其他行業標準的研究和借鑒引用，形成了適合鐵路應用的標準和技術文件，并且還在不斷地摸索、研究和完善。

1 國際標準

1.1 ISO/IEC14496 MPEG4

活動圖像編碼專家組（MPEG）于2000年年初正式發布國際標準MPEG-4（ISO/IEC14496）。

MPEG-4 與MPEG-1、MPEG-2的最大不同之處，是把圖像幀的概念轉化成一個個視聽場景（AV場景），這些不同的AV場景由不同的AV對象組成。AV對象是聽覺、視覺、或者視聽內容的表示單元，其基本單位是原始A V對象，它可以是自然的或合成的聲音、圖像。因此M PEG-4標準的基本內容就是對A V對象進行高效編碼、組織、存儲與傳輸。M PEG-4不僅實現高壓縮率，同時也可實現更好的多媒體內容互動性及全方位的存取性，它采用開放的編碼系統，可隨時加入新的編碼算法模塊，同時也可根據不同應用需求現場配置解碼器，以支持多種多媒體應用。

M PEG-4技術在數字視頻系統（如DVR、NVR等）中得到大量的應用。對于4CIF(704×576)分辨率圖像，可壓縮到2 Mbit/s。

1.2 ITU-T H.264

H.264是ITU-T的視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC的活動圖像編碼專家組組成的聯合視頻組

陳梅，女，畢業于蘭州交通大學，教授級高工。主要從事鐵路通信行業工程設計、科研和標準制定工作。曾作為“青藏鐵路格拉段視頻監控系統工程”和“京津城際視頻監控工程”設計總體，曾獲2008年度鐵路優質工程勘察設計二等獎，中國鐵道學會科學技術二等獎。擔任鐵道部標準“鐵路應急通信接入技術條件”、“鐵路圖像通信設計規范”、“鐵路綜合視頻監控系統技術規范”項目負責人；擔任“鐵路綜合視頻監控系統技術規范的研究”、 “鐵路綜合視頻平臺相關技術標準的研究”部標準科研項目負責人，曾多次榮獲設計院優秀科研標準獎。2012年4月，主要負責鐵道部科技司通信專業的標準歸口管理及公司承擔的通信類標準的管理工作。（JVT）開發的一個新的數字視頻編碼標準，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的M PEG-4的第10 部分。

H.264不僅比M PEG-4節約了30%的碼率，而且對網絡傳輸具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的編碼機制，有利于網絡中的分組傳輸。H.264具有較強的抗誤碼特性，可適應丟包率高、干擾嚴重的無線信道中的視頻傳輸。H.264支持不同網絡資源下的分級編碼傳輸，從而獲得平穩的圖像質量。H.264能適應于不同網絡中的視頻傳輸，網絡親和性好。

相對于先期的視頻壓縮標準，H.264引入了很多先進的技術，包括4×4整數變換、空域內的幀內預測、1/4像素精度的運動估計、多參考幀與多種大小塊的幀間預測技術等。新技術帶來了較高的壓縮比，同時也大大提高了算法的復雜度。目前H.264已在視頻監視領域被廣泛應用。

1.3 開放性網絡視頻接口論壇

2008年5月，由安訊士聯合博世及索尼公司三方宣布攜手共同成立一個國際開放型網絡視頻產品標準網絡接口開發論壇，取名為ONV IF，以公開、開放的原則共同制定開放性行業標準。該論壇致力于通過全球性的開放接口標準來推進網絡視頻在安防市場的應用，這一接口標準可確保不同廠商的網絡視頻產品具有互通性，包括資源查詢、實時視頻、音頻、控制信息等。

ONVIF已經正式對外招收會員，同時為適應各種不同的參與級別，ONVIF還提供了不同等級的會員資格，可以選擇高級、中級或用戶會員級別。論壇目前接納的會員已有近40家。其中，高級會員有12家，除了三家發起公司外，松下、三星、思科、西門子等著名品牌位列其中，而國內的海康威視和浙江大華也是ONVIF論壇的高級會員。

1.4 ITU-T H.265

2010年1月，ITU-T VCEG和ISO/IEC M PEG聯合成立了JCT-VC聯合組織，統一制定下一代編碼標準：ITU-T H.265(HEVC)。

H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新視頻編碼標準。H.265標準圍繞著現有的視頻編碼標準H.264，在保留原來關鍵技術的基礎上，進行了進一步技術創新，使得改善碼流、編碼質量、延時和算法復雜度之間的關系得到最優化設置。具體的研究內容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低復雜度等。H.264由于算法優化，可以低于1 M bit/s的速度實現標清數字圖像傳送；而H.265則可以實現利用1～2 M b it/s的傳輸速率傳送720 P（分辨率1280×720）普通高清音視頻傳送。

2 相關國標及行標

國家建設部于2004年10月9日批準發布了由公安部主編的國家標準《安全防范工程技術規范》（GB50348-2004），于2004年12月1日起實施。于2007年3月21日批準發布了由公安部主編的國家標準《入侵報警系統工程設計規范》（GB50394-2007）、《視頻安防監控系統工程設計規范》（GB50395-2007）、《出入口控制系統工程設計規范》（GB50396-2007），于2007年8月1日起實施。

中國電信于2006年3月20日批準發布了行業標準《中國電信網絡監控業務技術規范（V2.0）》，包括總體技術要求、平臺分冊、客戶端單元分冊和前端單元分冊。電信的“全球眼”就是依據此標準建設的視頻系統。

公安部于2006年12月14日批準發布了行業標準《城市監控報警聯網系統通用技術要求》（GA/T669-2006），于2007年1月1日起實施。公安部繼通用技術要求發布后，又組織大批業內專家、知名廠商和集成商在通用技術要求的框架結構下，編制了系列標準，包括“音視頻編解碼技術要求”、“音視頻顯示、存儲及回放技術要求”、“接口技術要求”、“安全技術要求”、“管理技術要求”及相應的測試驗收技術要求等。

2006年，國家標準化管理委員會正式頒布了《信息技術 先進音視頻編碼 第2部分：視頻》（GB/T 20090.2-2006），又于2010年頒布了《安全防范監控數字視音頻編解碼技術要求》（GB/T25724-2010）。

2.1 GB/T 20090.2-2006 信息技術 先進音視頻編碼 第2部分：視頻

《信息技術 先進音視頻編碼 第2部分：視頻》（AVS)于2006年1月得到信息產業部批準，2月國家標準化管理委員會正式頒布，3月1日起實施。

A VS是我國具備自主知識產權的第二代信源編碼標準。解決的重點問題是數字音視頻海量數據（即初始數據、信源）的編碼壓縮問題，故也稱數字音視頻編解碼技術。包括系統、視頻、音頻、數字版權管理等4個主要技術標準和一致性測試等支撐標準。規定了數字音視頻的壓縮、解壓縮、處理和表示的技術方案，適合于高分辨率和標準分辨率數字電視廣播、激光數字存儲媒體、互聯網寬帶流媒體、多媒體通信等應用。

A VS視頻標準是基于我國自主創新技術和國際公開技術所構建的標準，具有以下特點： A VS的編碼效率與H.264相當，而算法復雜度比H.264低，其編碼復雜度相當于H.264的30%；解碼復雜度相當于H.264的70%，軟硬件實現成本都低于H.264；同時由于我國掌握主要知識產權，專利授權模式簡單，專利費用低。

但是，A VS目前的產品支持程度不高，因此該標準暫沒有很好地得到發展。

2.2 GB/T 25724-2010安全防范監控數字視音頻編解碼技術要求

《安全防范監控數字視音頻編解碼技術標準》(SVAC)，主要由中星微電子和公安部第一研究所參加編制，由公安部、工業和信息化部聯合制定。

該標準在2011年5月1日正式實施。是中國第一個適用于國家安全領域的基礎信息技術——信源類國家標準，達到國際先進水平。

SVAC開始于2007年，由公安部和原信產部聯合確定該標準的編制工作；2008年，正式成立編制組；2009年12月，完成了標準的編制和報批工作；2010年8月國家標準化管理委員會主任辦公會審查批準SVAC標準為國家標準；國家標準化管理委員會將指導SVAC標準編制組成立“國際標準推進小組”，推動其成為國際標準；將成立“SVAC產業化聯盟”，推進SVAC標準產業化工作；將組建“SVAC標準專利管理委員會”，對標準中所涉及專利進行授權管理。

SVAC標準的八大技術創新。

1）支持高精度視頻數據，在高動態范圍場景提供更多圖像細節，減少編解碼環節的圖像信息損失。

2）采用幀內4×4預測與變換、上下文自適應二進制算術編碼器(CA BA C)等技術提高編碼效率，在獲得更好圖像質量的同時也能獲得更高的編碼效率。

3）支持感興趣區域（ROI）變質量編碼，在網絡帶寬存儲空間有限的情況下，提供更符合監控需要的高質量視頻編碼。

4）支持可伸縮視頻編碼（SVC），滿足不同傳輸網絡帶寬和數據存儲環境的需求。

5）支持代數碼書激勵線性預測(ACELP)和變換音頻編碼（TAC）切換的雙核音頻編碼，保證對語音和環境（背景）聲音均有較好的編碼效果。

6）支持聲音識別特征參數編碼，避免編碼失真對語音識別和聲紋識別的影響。

7）支持監控專用信息（絕對時間、智能分析結果、報警信息），便于視音頻內容的有效管理和綜合利用。

8）支持加密和認證，保證監控數據的保密性、真實性和完整性。

SVAC作為視頻監控系統的基礎標準，一方面可以解決目前視頻監控系統中音視頻編解碼標準不統一導致的系統難以互聯互通的問題；另一方面能夠針對安防特殊應用提出相適應的應對方案，解決目前視頻監控領域只能采用廣電標準而無法滿足安防特殊需求的問題。除此之外，專門用于安防領域的音視頻編解碼標準目前在國際上尚屬空白，SVAC標準研制工作有利于在安防領域實現向國際標準的突破。

目前按SVAC標準研制的產品還屈指可數，除了參與起草標準的幾家企業外，別的企業幾乎看不到這方面的產品或技術出現。

3 鐵路技術政策和標準

從2007年開始，鐵道部在分析總結了鐵路視頻系統建設、維護和發展現狀及存在的問題后，科技司、建設司立項，著手科研和標準制定工作布署，運輸局也先后出臺了管理辦法及維護使用辦法，并組織大量的試驗驗證工作。

3.1 “關于《加強鐵路視頻監控系統建設和運用管理》的通知”( 鐵運[2008]33號)

2008年2月20日，鐵道部下發了鐵運[2008]33號“關于加強鐵路視頻監控系統建設和運用管理的通知”，該通知是為綜合利用視頻網絡資源和視頻信息資源，提高系統利用效率，加強和規范鐵路視頻監控系統建設和運用管理的一個管理辦法。文中明確了歸口管理部門及其職責，鐵路綜合視頻系統建設原則、技術要求，運用維護的管理要求，從政策層面為鐵路綜合視頻監控系統的建設和維護管理指出方向。

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

2007年底，作為重要研究課題，鐵道部科技司組織立項，科研題目為“鐵路綜合視頻監控系統技術規范的研究”，2008年完成。2008年11月19日，本科研項目的一項成果《鐵路綜合視頻監控系統技術規范（試行）》作為鐵道部局文正式發布實施。

“630號文”雖然不是鐵路行業的正式標準，但是迄今為止鐵路綜合視頻監控系統建設唯一的全面的技術文件。是鐵路視頻領域建設單位、設計單位、測試單位、驗收單位、系統集成單位、相關產品制造商所熟知和遵照執行的標準。

本規范規定的系統結構、功能和性能要求、通信傳輸協議、主要設備的技術要求、互聯和聯動要求、電源及環境要求等。

在系統結構中，規定了視頻核心節點、視頻區域節點、視頻接入節點（包括I類和II類）和視頻采集點。

在每級節點，均定義了其主要功能，尤其是管理功能。視頻區域節點，對轄區內的用戶和設備進行統一管理，負責轄區內的所有用戶和設備進行認證、鑒權，并對信息進行存儲，同時把管理信息上傳至視頻核心節點、下發到轄區內的視頻接入節點。

I類接入接點的管理功能：在接入節點通過管理終端可對設備狀態、參數和告警信息進行瀏覽，經授權可處理設備告警。接收并存儲視頻區域節點下發的本節點管理信息，當區域節點故障或區域節點與接入節點間連接故障時，接入節點內的基本業務可正常進行。

II類視頻接入接點不具備管理功能。

在視頻存儲功能的定義上，視頻區域節點存儲告警信息及告警圖像，存儲時間不少于30天；接入節點存儲視頻信息和圖像，存儲時間根據視頻信息的重要程度有不同的規定。其中，II類視頻接入節點不具備存儲功能。

在設備技術指標上，規定了標清攝像機、視頻編解碼設備、存儲設備、服務器、顯示器和終端設備等。

在編解碼遵循的標準上，該文件規定了采用MPEG4和H.264標準，并對AVS的執行上也給出相應的規定。

在通信協議上，明確了采用SIP協議作為信令協議進行會話控制。

在接口部分，只規定了內部接口和外部接口的種類及框架協議要求，沒有對具體的協議進行細化。

總之，“630號文“只是鐵路綜合視頻監控系統的總體技術要求，其中很多內容需要通過深入研究，形成系列標準或技術文件，才能滿足要求。

3.3 《鐵路圖像通信設計規范》(TB 10085-2009)

隨著視頻監控在鐵路上新建線尤其是客運專線上的應用，鐵道部建設司從規范和指導工程建設的需求出發，于2007年立項，組織 “鐵路圖像通信設計規范”標準編制，同期也針對規范編制過程中出現的技術關鍵點和難點，立項標準科研項目“鐵路視頻通信平臺建設有關技術標準的研究”，“鐵路圖像通信設計規范”包括了鐵路綜合視頻監控系統和會議電視系統兩大部分內容，規定系統設計、功能、性能要求、設備配置要求、各節視頻點的設置要求以及設備安裝及運行環境要求等。該標準于2009年9月14日發布實施。

3.4 鐵路視頻監控系統技術規范驗證試驗

全路視頻監控系統組網，形成與運輸指揮安全管理相適應的鐵道部、路局、站段視頻監控體系在我國鐵路尚屬首次，國內外也無成熟先例可以借鑒。因此2008年下半年，鐵道部科技司組織科研立項，驗證關鍵技術的可行性，開展工程試驗驗證和科學研究，目的在于研究、試驗和驗證鐵路綜合視頻監控系統技術規范中的關鍵支撐技術和構架體系，驗證“630號文”合理性、科學性、適用性，對建設鐵路視頻監控系統具有重大指導意義。

通過近兩年的努力，本課題重要科研成果體現在完成了各類編解碼設備的測試、存儲架構和存儲技術的驗證、視頻信息流量對網絡的要求、視頻分析測試、互聯互通測試及視頻系統工程評估。尤其是在不同視頻系統的互聯互通上，規定可實現主要功能的接口協議，實現視頻資源的共享和調用，也為接口的統一打下了堅實的基礎。

依據此項課題研究成果，鐵道部質檢中心組織，于2009年9月至2010年8月完成了對12家集成商進行視頻系統功能、互聯互通、行為分析測試，將檢測結果以鐵道部局文“關于公布《鐵路綜合視頻監控系統檢測結果（第一批）》的通知”（運基通信[2010]606號）下發。

3.5 鐵路綜合視頻監控系統總體規劃

2008年，鐵道部委托鐵四院，主持編制《鐵路綜合視頻監控系統總體規劃》。規劃明確了鐵路視頻監控系統的總體目標，近期和遠期建設的指導思想和建設原則。對系統結構、功能、階段實施步驟及投資估算等均做了系統規劃。此項規劃已被納入“鐵路通信網十二五規劃”中。

3.6 鐵路綜合視頻監控系統技術規范

2010年，“630號文”試行近2年，在指導鐵路視頻監控系統的建設中起到了應有的作用，相關規定也在實施過程中得到驗證，同時也暴露出了一些問題和不足。因此，鐵道部科技司組織立項，將“鐵路綜合視頻監控系統技術規范”正式立項為鐵路標準項目，完成時間為2013年。

根據近期高清視頻的廣泛應用現狀和未來的發展前景，本標準與“630號文”相比，增加了高清視頻的相關規定，明確了視頻監控系統平臺應是標清和高清同時兼容的平臺。

結合標準編制，標準編制單位同期研究編制了《鐵路綜合視頻監控系統技術規范》（V1.0）,與原“630號文”相比，增加了視頻核心節點與視頻區域節點、視頻區域節點與I類視頻接入節點、用戶終端與視頻節點間的接口及協議的相關規定，于2011年4月通過了運輸局組織的專家評審。2012年7月，重新對V1.0版進行了驗證測試和審查，形成《鐵路綜合視頻監控系統技術規范》（V2.0）。

3.7 鐵路綜合視頻監控系統接口技術要求

《鐵路綜合視頻監控系統接口技術要求》是鐵道部科技司2012年的標準項目，包含了視頻監控系統內部和外部的接口及協議要求、視頻系統管理的接口及協議要求，目前正在編制征求意見稿，與《鐵路綜合視頻監控系統技術規范》同期完成。

3.8 技術政策

除“33號文”和“606號文”外，鐵道部辦公廳下發了“關于印發《鐵路綜合視頻監控系統管理暫行辦法》的通知”（鐵運[2009]21號）；鐵道部運輸局下發“關于印發《鐵路綜合視頻監控系統視頻內容分析測試要求（暫行）》的通知”（運基通信[2010]527號）；鐵道部發展計劃司、運輸局、公安局于2011年4月1日聯合下發了“關于《加強鐵路客站安檢區域視頻監控系統建設》的通知”（計改函[2011]59號）；2011年9月7日，鐵道部運輸局下發了“關于發布《鐵路綜合視頻監控系統視頻資源命名和分類辦法》的通知”（運基通信函[2011]482號”。

3.9 其他研究

為推動產業技術的發展和標準化的進程，北京交通大學“軌道交通控制與安全”國家重點實驗室聯合一批在路內外安全監控領域知名的、影響力較大的企業共同組建了軌道交通視頻技術產業聯盟，于2011年12月成立了軌道交通視頻技術實驗室，一年來，實驗室初步完成了高清視頻技術、人臉識別技術與標準、車載視頻系統的關鍵技術，視頻與防災、網管協議、視頻系統運用調研等7個研究項目，并于近期召開2012年第二屆軌道交通視頻與安全發展論壇，實驗室與《中國鐵路》合作，開辟了“視頻技術”專欄，通過每月一期的“視頻技術”專欄及時報道實驗室和各成員單位的技術創新成果，發布實驗室技術測評結果和推廣建議。

4 存在的問題及建議

除上述提到視頻相關標準和技術政策外，《高速鐵路設計規范》、《鐵路客專通信技術裝備標準》、《鐵路通信設計規范》等均對鐵路視頻系統做了相關規定，視頻系統的驗收和測試標準也在完善或制定過程當中。

對于鐵路綜合視頻系統的標準研究和制定，鐵道部、鐵路局、標準編制單位、設計院、測試單位、科研單位、視頻系統集成商、產品制造商均做了大量工作和投入，但仍存在以下問題：

1）標準項目立項資金投入少，影響標準編制的積極性；

2）標準制定前期的科研和測試驗證不充分；

3）視頻系統的標準制定與工程建設相比，滯后于工程建設；

4）鐵路標準要求與國標和公安部標準相比相對落后。

因此，除政策支持和領導重視外，還需要致力于鐵路視頻系統建設的有識之士進行不懈努力，深入了解用戶需求，跟蹤先進技術和標準發展動態，研究制定既適合鐵路應用又能適合技術發展的視頻系統標準。

[1] GB/T 20090.2-2006 信息技術先進音視頻編碼[S].

[2] GB/T 25724-2010 安全防范監控數字視音頻編解碼技術要求[S].

[3] TB 10085-2009 鐵路圖像通信設計規范[S].

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

[5]鐵運[2008]33號 關于《加強鐵路視頻監控系統建設和運用管理》的通知[S].