廣電GPON網絡承載4K超清社會治安視頻監控系統

張陽

摘 要：4K超高清視頻監控時代降臨，利用廣電GPON專用網絡可完美承載這類復雜的系統工程。

關鍵詞：4K超清；視頻監控；廣電；GPON

人們對于清晰度的追求是永無止境的，從目前鋪天蓋地的4K電視廣告中可見一斑。4K電視之所以能在一夜之間成為人們關注的焦點，一部分原因是人們對于新興技術的好奇，更多的原因在于4K技術帶來前所未有的超高清視覺體驗。不僅在民用電視行業，在視頻監控領域，人們對于清晰度的追求同樣從未停步。

在2010年之前，視頻監控還處于“標清時代”，監控系統大都采用標清攝像機，其D1的畫質越來越難以滿足用戶對清晰度的需求。從2010年開始，視頻監控大步跨入“高清時代”，1080P和720P高清攝像機取代了原來的標清攝像機，高清畫質得到了用戶的廣泛認可，“高清改造”也成為了這一階段視頻監控領域最熱的詞。

然而，當人們還沉浸在“高清時代”帶來全新的視覺體驗時，安防業界的大廠商們都相繼推出了4K超高清攝像機。4K超高清視頻監控時代降臨，利用廣電GPON專用網絡可完美承載這類復雜的系統工程。

蚌埠市廣電網絡公司于2008起開始承建蚌埠市社會治安視頻監控系統工程，在一期、二期工程中已經為業主單位蚌埠市公安局建成了約1600個高清前端監控點，35處卡口及10處電子警察，建成了30個派出所、6個分局和1個市局監控中心，為保障人民群眾安居樂業、服務蚌埠經濟和社會發展發揮了突出作用。

為了不斷擴大城市報警與監控系統的覆蓋面，著力推進城市報警與監控系統的互聯互通和資源共享，蚌埠市公安局決定進行社會治安視頻監控三期工程建設，工程要求在對原有系統進行改造升級和對原有前端點位進行接入的基礎上，再增加前端監控點3500個，治安卡口將再增加80處，建成以視頻監控為主體的全市社會治安防控網絡。

根據工程建設單位要求，本次工程系統前端采用超高清槍機和高清球機混合部署，根據需要分別部署2500臺超高清槍機和1000臺高清球機。其中槍機采用1/1.8" Progressive Scan CMOS，分辨率達到830萬像素（3840×2160）@25幀圖像；球機采用1/2.8" Progressive Scan CMOS，分辨率達到300萬像素。

國際電信聯盟對4K超高清的定義是：水平像素值為3840，垂直像素值為2160，寬高比16∶9，總約830萬像素。從定義中可以看出4K的分辨率是1080P的4倍，是720P的9倍。如果分別用4K攝像機和1080P攝像機去拍攝相同視場角下的同一場景，4K攝像機會用4倍于1080P攝像機所用的信息量去還原場景，畫面自然更清晰、更貼近真實。

本次工程實際采用了大量4K級別超高清監控攝像機，故對整個系統的傳輸、存儲、顯示等方面都有了較高的要求。

1 傳輸網絡要求

網絡支撐平臺采用模塊化、層次化設計的思想，網絡架構采用“萬兆骨干RRPP光纖環網、匯聚網、星型網”的純光纖組網模式。

網絡由主干層、匯聚層、接入層組成，主干網采用RRPP（快速環網保護協議）光纖環網，構成系統核心承載網，環網帶寬設計為萬兆，按監控區域設計匯聚網，視頻存儲設置在骨干層和匯聚點，監控前端通過GPON網絡接入接入層，前端網絡采用GPON結構，每個前端監控點接入網絡帶寬為百兆，至監控分中心網絡帶寬為雙千兆（包含所有派出所和分局），至市局監控中心網絡帶寬為雙萬兆。

傳輸專網要實現與一期、二期監控平臺網絡和三縣監控平臺網絡的對接，需要與公安網絡進行數據交換時，采用邊界接入平臺實現。廣電運營商的網絡匯聚節點原則上應與分局所轄區域相對應，確保網絡拓撲與市局、分局（派出所）、前端所形成的中心、匯聚、接入三級網絡模式相適應。下圖為本次工程的系統架構圖：

2 存儲系統要求

存儲系統是視頻監控系統中非常重要的一個子系統。要求存儲系統必須具備大容量、高可靠性、高安全性等特性。本項目采用區域分布存儲、中心集中管控的模式部署存儲系統。在網絡匯聚節點（運營商的分前端機房）設置存儲，部署IP-SAN磁盤陣列，每個網絡匯聚節點（運營商的分前端機房）均應對應一個分局，建設區域集中存儲系統。

每個區域集中存儲系統分攤所對應分局內的所有前端監控點的實時錄像和所有治安卡口及電子警察的實時錄像存儲。通過市局監控中心平臺實現集中管控。

圖像數據存儲采用IP-SAN，將視頻數據以iSCSI方式直接寫入IP-SAN存儲，視頻數據的存儲以數據塊的方式組織。存儲時可以對指定通道的錄像的視頻圖片加入防篡改的特征信息（如數字水印等）。

存儲系統采用分布式的部署方案，以運營商的分前端機房為分布式存儲點，市公安局機房為邏輯匯聚點和備份點；除存儲系統本身的安全機制外，要按照N+1的要求配備存儲，實現整個存儲體系的安全冗余。

根據前端一般監控點和治安卡口的多少和監控時間的要求配置相應的系統存儲容量。

3 監控中心要求

市局監控中心拼接屏采用70寸激光光源DLP投影單元，組合方式4×6；每個投影單元有一個內置圖像處理器模塊，支持DVI環接，支持4X1080P高清信號投放，支持RGB、視頻信號的直通顯示，可不依賴外部圖像拼接控制器實現圖像的分屏顯示、拼接顯示、整屏顯示。

外置式圖像拼接處理器為純硬件構架，硬件核心為大規模FPGA陳列，采用模塊化設計，超寬帶視頻信號采集，實時高分辨率數字圖像處理二維高階數字濾波等高端圖像處理技術，總線高達180G/s帶寬，具有強大的處理能力。

控制器采用多總線并行處理機制，能從根本上保證對所有輸入視頻全實時處理，圖像沒有延遲，無丟幀現象。支持多臺級聯，支持RS-232和網絡控制， 具備全屏顯示、組合顯示、單畫面獨立顯示、具備四畫面分割功能。視頻解碼器均采用支持4K及以上超高清解碼產品。

社會治安視頻監控系統是一個龐大而且復雜的系統工程，每個環節都有不同的功能要求。在蚌埠市社會治安視頻監控系統三期工程中，蚌埠廣電網絡公司利用自身豐富的網絡資源，針對整個系統需求，打造出一套超高帶寬，超高QoS，超大容量，超清效果的高品質網絡平臺。加強了城市治安，對社會發展的穩定，老百姓安居樂業都起到舉足輕重的作用，體現了很高的社會效益。

參考文獻：

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