高清視頻監控系統的設計與應用

邵彥辰

伴隨著我國鐵路公安部門反恐力度的不斷加強，為了確保旅客的出行安全，提高車站的安全水平，鐵路部門開展了“全覆蓋、無縫隙”的高清視頻監控系統的建設。車站視頻監控系統作為綜合視頻系統的一部分，能夠對車站內旅客、工作人員及設備進行全天實時監控，可以為車站監控工作人員和公安人員提供清晰、直觀的視頻，并通過視頻圖像的收集存儲，實現圖像的調用與回放。

目前車站高清視頻監控在設計與實施工程中還存在一些難題，需要根據視頻全覆蓋的要求，合理布設攝像機位置，計算確定高清視頻圖像碼流及存儲要求，調整幀率參數，以減少視頻圖像存儲容量等。

1 高清視頻監控的技術特點及覆蓋范圍

1.1 高清視頻監控的技術特點

高清視頻監控系統的特點在于前端采用監控領域的專業視頻監控攝像機，即高清監控攝像機。高清攝像機采用標準H.264視頻壓縮格式，支持多碼流選擇，碼流范圍一般在10 kb/s至4 Mb/s之間，錄像分辨率可以達到720P以上，清晰度可以達到720TVL廣播級的圖像畫質。720P是SMPTE(美國電影電視工程師協會制定)高清數字電視的格式標準，有效顯示分辨率為1280×720，經換算1280×720為16：9的寬屏顯示比例。雖然16：9尺寸的監控終端設備當前在市面上十分普遍，但由于攝像機視頻信號技術的制約，信號輸出還采用原來的4：3比率，因此在鐵路領域采用的720P高清攝像機通常為1280×960分辨率。高清監控攝像機不但清晰度高而且操作簡便、易于安裝，在很大程度上減少工程布線和施工成本，但高清視頻監控攝像機輸出信號碼流比較大，一般綜合視頻平臺采用4CIF，2 Mb/s帶寬很難滿足數據承載要求。高清視頻監控通常采用RJ-45，10/100Base-T作為視頻接口，需要的帶寬是3 Mb/s。而且由于視頻輸出信號碼流大，對圖像存儲空間的要求也比較高，就相同路數來說，高清產品會比標清產品占用更多的帶寬及存儲空間，存儲產品需要更大的容量。更為重要的是在滿足這些要求時，存儲技術需要與監控應用特別是高清監控應用做更緊密的結合，對此需要特定設計的產品和方案才能更好地滿足要求。

1.2 高清視頻監控的覆蓋范圍

鐵路大型客運車站的區域布局具有以下特點：①空間大，各功能空間劃分相當獨立，連接方便，一般劃分有售票區域、候車區域、站臺區域、辦公區域、設備間，以及各區域之間的連接通道;②綜合性強，需要考慮與城市軌道交通、航空運輸、公共汽車運輸的連接。

為達到高清視頻監控范圍的“全覆蓋、無縫隙”要求，視頻監控系統除覆蓋進出站口、售票廳、候車區域、檢票區域、站臺、設備機房、票款室、通道區域 (防火通道、緊急疏散、自動扶梯、垂直電梯)等傳統監控領域外，還應對辦公區域出入口、商業區域、站臺遠端、樓扶梯下方等平時不易監控的視頻死角進行監控覆蓋。

2 高清視頻監控在鐵路工程中的應用

各車站設置的高清視頻監控系統，主要由前端采集設備、視頻解碼設備、視頻控制設備、視頻存儲設備、視頻分發/轉發設備、視頻監控終端 (或電視墻)、接入網關設備、系統管理終端及視頻網絡等構成。

2.1 高清視頻監控系統前端攝像機設備布置方案

前端采集設備 (除安檢區域外)均采用720P高清攝像機，候車室、進出站大廳、站臺等開闊區域采用球型攝像機，走廊、樓梯間等狹窄區域采用槍型攝像機。

為每臺安檢儀配置4臺高清攝像機，其中2臺720P固定式攝像機用于對放包、提包過程進行視頻監控，在安檢儀或安檢門適當位置設置1臺720P固定式攝像機用于旅客通過安檢過程的視頻監控，設置1臺1080P高清攝像機用于旅客面部特征的視頻圖像采集。在安檢儀操作臺設置1臺視頻監控終端。

售票室視頻監控系統獨立設置，售票室設置槍型攝像機并配置拾音器，按照與窗口一一對應原則設置，圖像信息在硬盤錄像機上進行存儲，在綜合監控室配置監控終端。

2.2 傳輸設備

各車站信息機房設置視頻系統核心層交換機，作為I類視頻接入節點，實現全站視頻的接入、分發/轉發、視頻內容分析等功能，并對其接入的所有視頻信息和告警信息進行存儲。各車站設備間或配線間設置視頻系統接入層交換機，作為II類視頻接入節點，實現對鄰近區域內相對分散的采集點視頻信息進行收集，并上傳至I類視頻接入節點。攝像機與視頻接入節點之間通常選用光纜傳輸。

2.3 后臺設備

高清視頻監控系統的后臺設備主要包括設置在信息機房的主機設備及為車站監控工作人員和公安人員配備的監控終端。

在車站信息機房設置視頻控制設備、存儲設備、分發/轉發設備、管理終端等主機設備。視頻存儲設備按照雙機熱備的方式進行配置，視頻控制設備及存儲設備配置雙冗余電源模塊。

在車站綜合監控室設置視頻監控終端或電視墻。在車站公安值班室、消防控制室、車站值班員室設置視頻監控終端。

2.4 高清視頻監控系統存儲設備方案

設計高清視頻監控系統時需要計算錄像存儲使用硬盤的數量，而網絡視頻監控是根據前端攝像機設置的圖像碼流來計算所需硬盤存儲容量的。

鐵路工程采用的720P高清攝像機圖像碼流為3Mb/s，單路攝像機每小時存儲容量為1350MB，每天的存儲容量為32400MB。以一個10000平方米的中型車站為例，約布置有100臺高清攝像機，則全部100臺高清攝像機一個月視頻圖像的存儲容量為97200000MB，約為90TB。

針對高清視頻攝像機圖像碼流大的特點，在鐵路工程中對部分圖像不活躍的前端攝像機的幀率參數進行了調整，技術方案如下：一般監控中前端攝像機的幀率設為25或30幀/秒，其能保持圖像的流暢度。但在監控的畫面中，監控的物體不會因突然運動而從畫面消失時，可選擇減少攝像機圖像幀率的方式來減少占用的存儲空間。例如在惟一出入口的旅客通道，監控范圍比較狹長，人員在通道內活動不會從圖像中消失，可選擇減幀的方式。因為只減少了攝像機的幀率參數，并沒有改變攝像的圖像分辨率，所以錄像的清晰度保持不變，但占用的圖像存儲空間大大減少。

針對高清視頻攝像機占用存儲空間大的特點，工程中將高清存儲設備在盤位上進行了增加與擴展，傳統DVR單機最多能夠支持8盤位的存儲，容量最大為16TB;而高清存儲設備最大單機可支持到48盤位，容量最大為96TB，同時每臺設備還可接擴展柜，最多單機可以支持3個十六盤位的擴展柜，這樣總容量可以達到192TB，是傳統DVR的存儲空間的12倍。

3 總結與展望

高清視頻監控系統可以滿足鐵路車站“全覆蓋、無縫隙”的全天實時監控要求，提供給車站監控工作人員和公安人員清晰的圖像資料，并通過優化前端攝像機的幀率參數和擴展高清存儲設備在盤位的方式，完成大圖像碼流的存儲與回放。該方案在青煙威榮城際等鐵路工程已經得到成功應用。

當前，隨著高清設備的大量應用，以及越來越高的文件存儲期限，存儲設備能否在未來很長一段時間滿足需求存儲的增長是必須要解決的問題。高性能、大容量存儲系統及存儲解決方案將得到更廣泛的應用。構建下一代視頻監控系統，其存儲部分將不再是單純的存儲單元，而應該是一個聯系前端的智能處理和后端智能檢索的整合系統。

同時，視頻圖像分析、行為分析的功能已在進一步開發完善過程中，相信隨著視頻圖像分析、行為分析技術的進一步成熟，將來的高清視頻監控系統可以大大減少車站監控工作人員和公安人員的工作負荷，使得高清視頻監控系統能夠在鐵路工程中得到更廣泛的應用。

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