高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路的應用

田小靖

摘 要：本文全面介紹了高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的概念，重點分析了鐵路安檢口高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成、功能及應用。

關鍵詞：鐵路 高清 視頻監(jiān)控

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0050-02

近年來，鐵路建設持續(xù)保持較快的發(fā)展勢頭，為了保障鐵路運營安全，視頻監(jiān)控系統(tǒng)受重視程度日益提高，應用也越來越廣泛，同時，對圖像的清晰度要求越來越高。目前鐵路應用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主流還是模擬方式，看不清楚圖像細節(jié)，隨著高清視頻技術的日漸成熟，其成本也在逐漸下降，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)開始推廣應用于鐵路大型客運站。

1 高清的發(fā)展及概念

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是為了解決人們在正常監(jiān)控過程中“細節(jié)”看不清的問題。高清的定義最早來源于數(shù)字電視領域——高清電視，又叫“HDTV”，是由美國電影電視工程師協(xié)會（SMPTE）確定的高清晰度電視標準格式，是數(shù)字電影成像技術和計算機技術的完美融合。

電視的清晰度，是以水平掃描線數(shù)作為計量的，視頻標準從低到高依次為：720p、1080i和1080p。其中，數(shù)字后的i和p分別表示隔行掃描（Interlace scan）和逐行掃描（Progressive scan），而數(shù)字反映的是高清影片的垂直分辨率。像720p就是指1280×720逐行掃描，1080i就是1920×1080隔行掃描，這是一種將信號源的水平分辨率按照約定俗成的方法進行縮略的命名規(guī)則。達到720p以上的分辨率，是高清信號源的準入門檻，720p標準也被稱為HD（高清）標準，而1080i/1080p被稱為Full HD（全高清）標準。其中，1080p是目前最高等級的高清視頻清晰度標準。對于快速移動目標的圖像采集，相比隔行掃描，逐行掃描可以獲得更好的動態(tài)圖像，因為隔行掃描會產(chǎn)生圖像晃動的現(xiàn)象。日常人們更習慣于采用像素的概念來表示攝像機的清晰度，比如720p即1280×720分辨率，達到92.16萬，約等于百萬像素；1080p則是1920×1080，像素值達到了207萬。720p和1080p可以分別叫做百萬像素和200萬像素高清攝像機。目前鐵路上已經(jīng)應用了這兩款百萬及以上像素的攝像機。

2 真正的全高清

高清監(jiān)控并不僅僅要求攝像機實現(xiàn)高清，攝像機要實現(xiàn)高清并非難事，只要采用百萬高清的CMOS或CCD就可以達到高清標準，但攝像機的高清并不代表系統(tǒng)的高清。要實現(xiàn)真正的高清監(jiān)控，必須從視頻源的采集、視頻信號的編碼壓縮、視頻信號的傳輸、視頻的瀏覽、錄像文件的回放等諸多環(huán)節(jié)全面支持高清；對客戶而言，高清只有在包含了前端、平臺、存儲、瀏覽、顯示等各個環(huán)節(jié)時才有意義，才算實現(xiàn)了真正高清視頻監(jiān)控，下面以高清傳輸和高清編碼為例，予以說明。

2.1 高清傳輸

以200萬像素攝像機為例，非壓縮視頻帶寬為800 Mbit/s，可通過1.25Gbit光纖模塊傳輸；若是以太網(wǎng)傳輸，必須壓縮編碼以適應網(wǎng)絡環(huán)境。光纖傳輸通常需要點對點光纜敷設，相對以太網(wǎng)來說成本較高。光纖的優(yōu)勢在于其傳輸非壓縮的視頻可達到無損耗、無延時的良好效果。

2.2 高清編碼

編碼壓縮的目的就是為了解決傳輸高清視頻網(wǎng)絡帶寬的占用和存儲空間的節(jié)省，現(xiàn)在比較流行的高清視頻主要以兩種壓縮文件格式存在：一種是MPEG-2壓縮標準；一種是H.264壓縮標準。MPEG-2壓縮帶寬最高可達30～50 Mbit/s，H.264壓縮帶寬最高約為8 Mbit/s。從網(wǎng)絡傳輸和視頻存儲開銷來看，H.264壓縮標準是目前高清視頻比較理想的編碼壓縮算法。

3 鐵路既有高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)

鐵路既有高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要應用于鐵路客運站安檢、變電站、鐵路貨運作業(yè)等區(qū)域。需要重點防范、應用規(guī)模較大的區(qū)域為客運站安檢區(qū)域，下面重點描述安檢區(qū)域高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

3.1 鐵路安檢區(qū)域高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

鐵路安檢區(qū)域的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設多采用720 p準高清視頻采集，實現(xiàn)對旅客正面面部特征、旅客進站安檢過程及行李特征的監(jiān)控。視頻圖像采用本地存儲；并預留相關視頻上傳網(wǎng)絡接口。

安檢區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)由720 p準高清像機、高清視頻監(jiān)控終端、視頻監(jiān)控軟件、視頻存儲、PoE交換機、PoE光電轉(zhuǎn)換器及配套設備組成。其中，在客運站各個進站口處設置攝像機，在車站大廳安檢臺附近或車站安檢室或車站派出所放置高清視頻監(jiān)控終端和交換機設備，集中實現(xiàn)對各個安檢儀監(jiān)控圖像的實時查看、錄像存儲、圖像回放和調(diào)用功能。

3.2 鐵路安檢區(qū)域高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由高清網(wǎng)絡攝像機、高清視頻監(jiān)控終端、視頻監(jiān)控軟件、視頻存儲、PoE交換機及配套設備組成。在本地實現(xiàn)圖像集中存儲并預留上傳調(diào)用接口以備后期接入鐵路局視頻區(qū)域節(jié)點。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1安檢區(qū)域高清視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

在各個客運站進站口處設置高清網(wǎng)絡攝像機，在車站大廳安檢臺附近或車站廣播室放置高清視頻監(jiān)控終端和交換機設備，網(wǎng)絡硬盤錄像機設備（簡稱NVR）集中實現(xiàn)對各個安檢儀監(jiān)控圖像的實時查看、錄像存儲、圖像回放和調(diào)用功能。

（1）視頻采集點。

視頻采集點設備包括攝像機（含鏡頭）、攝像機護罩（室內(nèi)）、支架、光纖收發(fā)器等設備。每臺安檢儀設置4臺720p準高清攝像機，實現(xiàn)對旅客正面面部特征、旅客進站安檢過程及行李特征的監(jiān)控，攝像機監(jiān)控位置見圖2安檢區(qū)域攝像機位置分布圖。4臺高清攝像機中其中2臺高清攝像機監(jiān)視安檢儀，1臺高清攝像機監(jiān)視通過安檢門的人員，另一臺高清攝像機監(jiān)視這一套安檢設備的整個場景。

采集點采用支持高清IP百萬像素攝像機，根據(jù)監(jiān)控距離遠近要求選配不同規(guī)格的鏡頭，配置防護罩，支架等，防護等級符合IP65標準。攝像機設備采用吊裝或壁架安裝方式；安裝高度根據(jù)現(xiàn)場條件定為 2.5～4.5 m，以能清楚監(jiān)控旅客安檢過程及行李特征為宜。其中一臺攝像機采集旅客正面面部特征圖像，另一臺攝像機采集安檢過程和行李數(shù)量及特征圖像。攝像機的數(shù)據(jù)傳輸通過超五類網(wǎng)線及8芯光纜沿客運站大廳墻面敷設。endprint

（2）高清視頻監(jiān)控終端。

在客運站任意網(wǎng)絡可到達的地方，根據(jù)需求設置視頻終端。實現(xiàn)對安檢口視頻的實時調(diào)看及錄像回放。

（3）承載網(wǎng)絡及接入接口。

本系統(tǒng)新設網(wǎng)絡交換機組建本地局域網(wǎng)，預留與既有視頻網(wǎng)絡聯(lián)通條件，客運站內(nèi)高清IP監(jiān)控點均為百萬像素，720p分辨率，每路對網(wǎng)絡的帶寬需求范圍為4～5 Mbit/s。本系統(tǒng)最終要接入至鐵路局綜合視頻監(jiān)控平臺，預留軟件接口。

（4）視頻存儲方案。

視頻存儲采用本地存儲方式，各站均采用NVR設備直接本地存儲。本系統(tǒng)單路視頻存儲時間暫定10天，單路視頻帶寬按4 Mbit/s計算，則單路視頻存儲容量為：4 Mbit/s×3600 s×24 h×10 d/8/1024/1024=0.4TB。 每座車站根據(jù)實際的高清視頻數(shù)量合計可得出視頻存儲總?cè)萘啃枨蟆?/p>

（5）對其它系統(tǒng)的需求。

視頻采集點至視頻接入節(jié)點之間需要敷設電纜/光纜提供視頻、控制信號的傳輸媒介。系統(tǒng)采用H.264數(shù)字壓縮編碼方式傳送視頻圖像，每路視頻的帶寬需求為4～5 Mbit/s。每臺高清視頻監(jiān)控終端按同時調(diào)看4路考慮，共需要12 Mbit/s帶寬。

3.3 鐵路安檢區(qū)域高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能

高清視頻監(jiān)控終端主要功能如下。

（1）高清攝像機的實時監(jiān)控、錄像以及回放功能。

在監(jiān)視終端上能夠選擇不同的攝像機獲取實時圖像。具有時間序列搜索引擎，能直接在重新格式化的硬盤里存取視頻及圖片文件，使用者只需輕松移動鼠標，就可以以極速搜尋及回放影像。

（2）電子PTZ控制功能。

電子PTZ 控制窗口允許用戶控制所選攝像機上下左右移動，以及圖像放大、縮小等操作。

（3）視頻壓縮功能。

遵循H.264壓縮標準，在保證畫面質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)對監(jiān)視畫面的數(shù)據(jù)壓縮。

（4）視頻存儲錄像功能。

支持計劃存儲、交互存儲以及報警聯(lián)動存儲等；可在監(jiān)視終端上按時間、地點、報警量檢索存儲錄像；可以回放選定的存儲錄像。

（5）多碼流圖像功能。

支持多碼流影像，用戶能根據(jù)原視頻，利用窗口分割功能，將重要監(jiān)視區(qū)分出1～2個副視頻，主視頻與副視頻為不同的碼流，可以獨立調(diào)整張數(shù)，畫質(zhì)等，并可分開錄像。通過多碼流功能，可以彈性管理帶寬及存儲空間的使用。

（6）事件列表功能。

提供事件列表方式，包括系統(tǒng)事件及錄像事件。可選擇事件列表中項目，查找對應系統(tǒng)事件信息或錄像片段。同時，提供按時間、按攝像機編號等多種錄像片段檢索方式。

（7）多畫面顯示功能。

在單個監(jiān)視終端上，支持1/4/6/12/16畫面布局方式。可針對每個畫面分別任意指定攝像機，實現(xiàn)對多點的同時監(jiān)視。同時支持對任選一路圖像以全屏方式顯示。

（8）分組與巡航功能。

可通過增加分組的方式來觀看多路視頻圖像，并可自動在不同分組間切換。若某路視頻發(fā)生報警，可自動切換至該路視頻。在正常情況下，視頻監(jiān)視終端自動巡航不同組別的圖像。

（9）報警功能。

當產(chǎn)生行為分析報警、系統(tǒng)間聯(lián)動報警、系統(tǒng)內(nèi)部報警時，視頻監(jiān)視終端自動彈出報警信息及相關報警視頻。

（10）地圖功能。

支持HTML格式地圖，用戶可從網(wǎng)絡地圖搜尋網(wǎng)站找到HTML格式的地圖，下載后經(jīng)過簡單設定，即可輕松將攝像機放置在地圖上任何一個角落，便可完成地圖配置。警報發(fā)生地圖彈出后，使用者可直接從地圖上點選攝像機，即可看到實時畫面。

（11）資源及設備管理功能。

對系統(tǒng)中所有攝像機、視頻服務器、編碼器、解碼器等資源及設備集中管理，從而達到對系統(tǒng)資源的綜合調(diào)配。

（12）用戶管理功能。

對系統(tǒng)內(nèi)用戶信息進行統(tǒng)一管理，支持用戶注冊、修改、刪除等操作。

（13）權(quán)限和優(yōu)先級管理功能。

系統(tǒng)管理員擁有分配權(quán)限，可以添加或刪除其他用戶以及修改用戶權(quán)限，可進行全線的權(quán)限和優(yōu)先級管理，各視頻監(jiān)視終端根據(jù)管轄范圍和權(quán)限調(diào)看圖像。

4 結(jié)語

“高清”對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說并不是件容易的事情，它涉及到監(jiān)控系統(tǒng)的頗多環(huán)節(jié)，從前端攝像機到傳輸、存儲、顯示設備，只要有一個環(huán)節(jié)滿足不了要求，就達不到“高清”的效果。隨著計算機技術和多媒體技術的發(fā)展，高清視頻監(jiān)控的普及將成為必然的發(fā)展趨勢。

參考文獻

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