高速鐵路綜合視頻監控系統構成及其技術方案分析

高玉　張瑋　邢紅霞

摘要：隨著計算機技術的發展，視頻編碼技術在視頻監控中的作用越來越重要，它對視頻監控系統中的圖像質量、網絡傳輸帶寬、系統間的互聯互通、資源共享等很多方面都具有十分重要的作用。文章主要介紹了高速鐵路綜合視頻監控系統總體構成，并對高速鐵路綜合視頻監控系統編碼技術方案選擇等進行了分析。

關鍵詞：高速鐵路；綜合視頻監控；視頻編碼技術

1.研究背景

視頻監控對于安全防范具有非常重要的作用，它的防范能力較強，采用視頻監控技術可以實現實時監控，并將被監控的畫面以錄像的形式進行存儲，這樣方便事后進行查看和回放。隨著鐵路的快速發展，為了滿足高速鐵路經營管理和客貨營銷等管理需求，并方便相關部門對高速鐵路的車站和線路行車情況進行實時監控，高速鐵路部門大多數應用了視頻監控系統，促進了鐵路業務的正常化、健康發展。視頻編碼技術作為高速鐵路綜合視頻監控系統中的關鍵技術，促進了視頻監控系統的應用及發展，保證了視頻監控中的圖像質量和網絡傳輸寬帶。

2.高速鐵路綜合視頻監控系統總體構成

高速鐵路綜合視頻監控系統包括：視頻節點（視頻核心節點、視頻區域節點、視頻接入節點）、視頻采集點、視頻網絡和用戶終端，系統總體結構如圖1所示。

2.1視頻節點

（1）視頻核心節點。視頻核心節點設在鐵道部，具有視頻分發、存儲、系統管理、認證授權、信令控制、GIS服務和與其他系統互聯等功能。

（2）視頻區域節點。視頻區域節點設置于鐵路局和客專調度所，作為系統的主要管理機構，具有視頻分發/轉發、存儲、系統管理、認證授權、信令控制、GIS服務和與其他系統互聯等功能。

（3）視頻接入節點。視頻接入節點分為2類：I類視頻接入節點和II類視頻接入節點。

I類視頻接入節點根據采集點的數量選擇大型客運站、編組站或段所在地，具有視頻接入、視頻分發/轉發、存儲、視頻分析、系統管理、認證授權、信令控制、GIS服務和與其他系統互聯等主要功能。

II類視頻接入節點設置在采集點較集中且具有傳輸條件的點和沿線部分車站，具有對采集點的視頻匯聚及上傳、存儲、調用等功能。

2.2視頻采集點

根據安全、管理、防災等要求，視頻采集點設置在鐵路車站、段所及沿線區間的重點場所和區域，通過前端監控設備實現對監控對象的監控，生成的視頻圖像可以在現場進行原始模擬圖像的編解碼，也可以通過視頻網絡傳送到視頻接入節點進行編解碼。

2.3視頻網絡

視頻網絡包含了視頻接入和視頻傳輸，主要完成視頻信號從視頻和相關控制信息由采集點傳到視頻節點、用戶監視終端和視頻接入節點傳到視頻區域節點/視頻核心節點的功能。網絡構成可采用SDH網、MSTP、有線（光纜、電纜）或無線等方式接入。

2.4用戶終端

用戶終端包括鐵道部、鐵路局/客專調度所和站段級用戶的監控/顯示終端，各級用戶按業務部門可分為調度、公安、安監、車務、機務、工務、電務、車輛、客運、貨運、供電等。各類用戶終端可以根據業務范圍和使用權限對系統內的視頻資源進行訪問和控制操作。

3.高速鐵路綜合視頻監控系統編碼技術方案選擇

編碼器主要負責把多路模擬的視頻、音頻信號（如攝像機、麥克風、音箱等視音頻源信號）進行數字化和壓縮編碼，形成IP數據包，利用網絡傳送到指定的目的地址。視頻壓縮編碼主要是對模擬視頻圖像進行數字化，并將含有大量冗余信息的數字視頻進行壓縮、編碼，壓縮、編碼之后方便遠程傳輸和儲存。視頻壓縮編碼作為網絡視頻監控的核心技術之一，其編碼質量直接影響視頻的傳輸、存儲和播放等相關環節。

近年來，隨著視頻編碼技術的發展，出現了AVS，MPEG-4，H.264，MPEG-2，H.263，MPEG-1，H.261等相關技術，其中H.264和MPEG-4技術的應用最為廣泛，因為這兩項技術具有靈活性高和壓縮效率高等優點，當前在視頻監控系統中這兩項技術的應用也最為廣泛。對于用戶來說，選擇視頻壓縮編碼技術主要考慮價格、穩定性、存儲量帶寬及清晰度等幾方面的因素。

由于MPEG-4標準當前已經十分成熟，其發布較早，并且已經形成了產業化的發展規模，因此，其性價比較高、內容也十分豐富，同時算法比較簡單，但是和H.264相比，其編碼效率不高，并且占用較多的寬帶，對網絡的要求也較高。

H.264技術也具有自身的優勢，并且在很多領域都得到了突破性的進展，使其整體性能顯著提升，編碼效率高，并且顯著降低了存儲的容量，對碼率和分辨率的要求不高，在不同分辨率、不同碼率下都能獲得較好的視頻觀看質量，采用“網絡友善”的結構和語法，提高了對網絡的傳輸效率，降低了傳輸過程中對網絡寬帶的要求。經過H.264壓縮的視頻數據，提高了視頻的清晰度，降低了視頻傳輸過程中對網絡的要求，提高了視頻傳輸的穩定性，正是由于這些優點H.264已成為高清視頻壓縮技術中的主流技術。

由于高速鐵路中的視頻監控點位路數較多，并且要求實施對視頻監控錄像進行觀看，對畫面的質量也有較高的要求，能夠實現實時圖像的多級轉發和分發等功能，這就對編碼技術提出了更高的要求，要求其圖像質量更加優秀，編碼效率較高，并且適合網絡傳輸。因此，在采用以MPEG-4，H.264為主的壓縮編碼格式，能夠滿足高速鐵路視頻監控的需求。

4.結語

高速鐵路綜合視頻監控系統目前已成為高速鐵路安全防范系統的重要組成部分，隨著高清視頻監控技術的發展，全數字化、高清化、智能化的網絡視頻監控系統在高速鐵路視頻監控系統中的應用越來越廣泛。高速鐵路綜合視頻監控系統為滿足鐵路視頻資源網絡化傳輸、標準化建設的需求，全網應選用適合的編解碼技術，從而充分利用有限的傳輸資源，獲得更好的圖像質量，為整網帶來較高性價比。