高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用研究

沈雄斌

（福建省高速公路監(jiān)控中心安溪分中心，福建 泉州362400）

0 引言

為了實(shí)時(shí)、全面地監(jiān)視高速公路的狀況，視頻監(jiān)控點(diǎn)會(huì)越來(lái)越密集，即實(shí)現(xiàn)所謂全程監(jiān)控，這意味著高速公路的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)將越來(lái)越龐大。

到目前為止，泉州高速公路共經(jīng)歷了三代監(jiān)控視頻傳輸方式，從泉三高速泉州段的全模擬矩陣，到南惠高速的光傳輸交換平臺(tái)，到目前金安、晉石高速等最新的全數(shù)字高清IP組網(wǎng)系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)正一步步趨于成熟，規(guī)模越來(lái)越大，性能進(jìn)一步穩(wěn)定和提高。作為一名高速公路機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)人員，筆者將結(jié)合系統(tǒng)構(gòu)成和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要分析這幾個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣，并提出解決方案。

1 模擬視頻矩陣

以前的高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)，往往運(yùn)用視頻光端機(jī)＋模擬視頻矩陣＋DVR的手段加以實(shí)現(xiàn)，例如泉三高速泉州段。對(duì)這種單純一條路段的監(jiān)控視頻來(lái)說(shuō)，這種組網(wǎng)方式能夠滿足運(yùn)營(yíng)管理要求。但實(shí)際上，該系統(tǒng)擴(kuò)展能力差，不能滿足大網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控要求?；诖嗽?，光平臺(tái)得以產(chǎn)生。

2 光傳輸交換平臺(tái)

光傳輸交換平臺(tái)也稱光矩陣，屬于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一種新產(chǎn)品。光傳輸交換平臺(tái)不屬于模擬矩陣，其包含有傳統(tǒng)（視頻、數(shù)據(jù)）光端機(jī)＋模擬矩陣＋視頻編解碼器＋視頻綜合管理軟件＋光端機(jī)網(wǎng)管軟件等許多功能的一類設(shè)備，它的交換不經(jīng)過模擬開關(guān)，而是主要運(yùn)用全數(shù)字光纖傳輸交換的手段實(shí)現(xiàn)。

南惠高速公路視頻系統(tǒng)就采用了中威VAR光傳輸交換平臺(tái)，組網(wǎng)方式與泉三高速完全不同，代替光端機(jī)＋模擬視頻矩陣＋DVR的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)方式，不僅使得系統(tǒng)集成度及其性能指標(biāo)大大強(qiáng)化，還讓系統(tǒng)的可維護(hù)性得以增強(qiáng)。

中威VAR光傳輸交換平臺(tái)的視頻傳輸采用了非壓縮編解碼傳輸方式，在前端接入模塊，對(duì)視頻實(shí)施數(shù)字采樣編碼，然而視頻信號(hào)不用通過壓縮技術(shù)進(jìn)行處理。這種編碼手段提升了量化精度，減少了量化誤差，通過一次A／D變換的進(jìn)行，促使模擬視頻信號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)的BT656分量數(shù)字視頻，同時(shí)這種信號(hào)還能實(shí)施壓縮編碼，讓反復(fù)進(jìn)行視頻碼流轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的損耗變少，還讓端對(duì)端的視頻質(zhì)量有了極大提升，在滿足大屏顯示應(yīng)用要求的同時(shí)，也使視頻分析應(yīng)用要求得以滿足，其能給全程及全網(wǎng)無(wú)縫數(shù)字化平臺(tái)提供一個(gè)合理的基礎(chǔ)。

3 純數(shù)字壓縮編碼傳輸（純IP網(wǎng)絡(luò)傳輸模式）

對(duì)于數(shù)字壓縮編碼而言，其主要經(jīng)由編碼器接入，就視頻實(shí)施合理的數(shù)字采樣及編碼之后，通過視頻壓縮算法對(duì)其實(shí)施壓縮處理（即IP網(wǎng)絡(luò)視頻）。H．264主要由ISO及ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）雙方一起提出，其屬于繼MPEG4之后的一種數(shù)字視頻壓縮格式，具有之前壓縮技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也包含別的壓縮技術(shù)不能相比的優(yōu)越性。主要優(yōu)勢(shì)不僅有網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力強(qiáng)、碼率低，同時(shí)圖像本身質(zhì)量及其容錯(cuò)能力也高。與MPEG4 ASP、MPEG2壓縮技術(shù)對(duì)比，通過合理分析，在圖像質(zhì)量一樣的前提下，采用H．264這一技術(shù)進(jìn)行合理壓縮之后的數(shù)據(jù)量只占MPEG4的1／3，同時(shí)達(dá)到 MPEG2的1／4。在互聯(lián)網(wǎng)以及3G網(wǎng)絡(luò)中，H．264的視頻文件能容易地進(jìn)行傳輸。但是H．264解碼算法與MPEG2技術(shù)以及MPEG4技術(shù)對(duì)比起來(lái)較為繁瑣，計(jì)算的要求也高。數(shù)字壓縮編碼手段促使視頻數(shù)據(jù)碼流一直降低，壓縮高清HD－SDI視頻數(shù)據(jù)往往為8 Mb／s。和非壓縮對(duì)比起來(lái)，占據(jù)的帶寬有所減少，然而視頻清晰度及實(shí)時(shí)性沒有非壓縮編碼手段好。

4 光平臺(tái)視頻監(jiān)控方案

基于上面對(duì)光平臺(tái)以及數(shù)字壓縮編碼實(shí)現(xiàn)方式的介紹，我們更加深刻地了解到：光平臺(tái)系統(tǒng)可以更好地滿足高速公路領(lǐng)域的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控要求。在外場(chǎng)→收費(fèi)站／隧道所→路段分中心的視頻監(jiān)控應(yīng)用方案中，有時(shí)會(huì)使用數(shù)字非壓縮光平臺(tái)方案，有時(shí)使用數(shù)字全壓縮光平臺(tái)方案，有時(shí)也采用數(shù)字非壓縮與壓縮混傳光平臺(tái)方案。

4．1 數(shù)字非壓縮光平臺(tái)

該方案的核心為數(shù)字非壓縮光平臺(tái)，收費(fèi)站／隧道所、路段分中心分層設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)中，收費(fèi)站、隧道所能實(shí)施控制、調(diào)度及存儲(chǔ)，視音頻信號(hào)還能針對(duì)對(duì)應(yīng)的需求，被傳輸至上級(jí)路段監(jiān)控站，同時(shí)基于對(duì)應(yīng)的權(quán)限，上級(jí)路段分中心實(shí)施嚴(yán)格控制并進(jìn)行對(duì)應(yīng)管理。在路段分中心，在使用平臺(tái)管理軟件之前要進(jìn)行正確的設(shè)置，確保全網(wǎng)視音頻全面調(diào)度的有效實(shí)施，也確保管理工作的順利開展。路段分中心以上級(jí)別的視頻傳輸一般使用數(shù)字壓縮編碼手段，主要經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)傳送到每個(gè)省中心。其屬于行業(yè)典型的“路段非壓縮接入、集中壓縮編碼方式”。

此項(xiàng)方案往往具有以下特征：

（1）視頻信號(hào)進(jìn)行傳輸時(shí)不用壓縮，不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸丟包和阻塞現(xiàn)象，可靠性高；

（2）傳輸延遲不大，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控屬于最好的；

（3）模擬升級(jí)到高清較簡(jiǎn)單，能利用已有線路，僅進(jìn)行前后端設(shè)備的改換就行，不用再次布線，使用便捷；

（4）非壓縮信號(hào)有助于智能檢測(cè)這些業(yè)務(wù)的順利開展；

（5）使用非壓縮接入方式能便捷地兼容傳統(tǒng)模擬／數(shù)字矩陣模式，實(shí)施協(xié)調(diào)控制；

（6）網(wǎng)絡(luò)帶寬占用較大，特別是高清視頻，必須有較多的光纖資源才能傳輸。

4．2 數(shù)字全壓縮光平臺(tái)

此項(xiàng)方案不管是收費(fèi)亭還是車道，抑或隧道或道路中的視音頻這些外場(chǎng)信號(hào)，都要經(jīng)由前端綜合接入模塊（此處即為編碼器），通過環(huán)型（或星型、鏈型）組網(wǎng)接到附近的收費(fèi)站／隧道所，收費(fèi)站／隧道所可以進(jìn)行調(diào)度，還可以進(jìn)行存儲(chǔ)及控制，與此同時(shí)，視音頻信號(hào)還能基于要求，被傳輸?shù)缴弦患?jí)路段監(jiān)控中心，然后路段分中心按照自身權(quán)限合理實(shí)施管控。路段分中心在利用平臺(tái)管理軟件前要對(duì)其進(jìn)行正確的設(shè)置，實(shí)施全網(wǎng)視音頻的統(tǒng)一調(diào)度，還要進(jìn)行嚴(yán)格控制，最后進(jìn)行對(duì)應(yīng)的解碼輸出。路段分中心以上的壓縮視頻數(shù)據(jù)，主要經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)被傳送到每個(gè)省中心。其屬于行業(yè)典型的“全數(shù)字IP組網(wǎng)方式”。

4．3 數(shù)字非壓縮與壓縮混傳光平臺(tái)

然而，非壓縮視頻的實(shí)時(shí)性和高畫質(zhì)不可或缺，而帶寬瓶頸問題又需要解決，有沒有一種魚與熊掌盡量兼得的方案呢？我們自然會(huì)想到“數(shù)字非壓縮與壓縮混傳光平臺(tái)解決方案”，具體如下：外場(chǎng)→收費(fèi)站／隧道所，使用數(shù)字非壓縮編碼，在確保傳輸實(shí)時(shí)性的同時(shí)，更能確保高清晰度；更重要的是將存儲(chǔ)以及智能事件檢測(cè)功能設(shè)置到收費(fèi)站／隧道所，主要針對(duì)非壓縮接入的視頻信號(hào)實(shí)施合理壓縮存儲(chǔ)，并對(duì)其實(shí)施智能事件檢測(cè)，從而提升系統(tǒng)的可靠性，也讓所有節(jié)點(diǎn)的設(shè)備安裝得以簡(jiǎn)化。收費(fèi)站／隧道所由于就全部視頻信號(hào)實(shí)施壓縮存儲(chǔ)，所以由收費(fèi)站／隧道所→路段分中心便能實(shí)施壓縮信號(hào)傳輸，進(jìn)而減少所需光纖資源。存儲(chǔ)和智能事件檢測(cè)功能要在收費(fèi)站／隧道所實(shí)現(xiàn)，此時(shí)路段分中心主要功能是：完成視頻在電視墻的調(diào)度顯示這一任務(wù)，需要上傳的視頻信號(hào)并不是太多，有需要的時(shí)候也能使用非壓縮信號(hào)加以傳輸。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，每個(gè)方案均有其自身的獨(dú)特性，實(shí)際采用何種組網(wǎng)方案，主要根據(jù)具體要求而定?？紤]到以后高速公路里程的進(jìn)一步延長(zhǎng)，對(duì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的要求以及條件必然日益提高，數(shù)字非壓縮與壓縮混傳光平臺(tái)這一方案更具有普適性。