高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路的應(yīng)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(diǎn)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(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鐵路 高清 視頻監(jiān)控

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

近年來，鐵路建設(shè)持續(xù)保持較快的發(fā)展勢頭，為了保障鐵路運(yùn)營安全，視頻監(jiān)控系統(tǒng)受重視程度日益提高，應(yīng)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(yīng)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(xì)節(jié)，隨著高清視頻技術(shù)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(yīng)用于鐵路大型客運(yùn)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(xì)節(jié)”看不清的問題。高清的定義最早來源于數(shù)字電視領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)格式，是數(shù)字電影成像技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的完美融合。

電視的清晰度，是以水平掃描線數(shù)作為計(jì)量的，視頻標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行縮略的命名規(guī)則。達(dá)到720p以上的分辨率，是高清信號源的準(zhǔn)入門檻，720p標(biāo)準(zhǔn)也被稱為HD（高清）標(biāo)準(zhǔn)，而1080i/1080p被稱為Full HD（全高清）標(biāo)準(zhǔn)。其中，1080p是目前最高等級的高清視頻清晰度標(biāo)準(zhǔn)。對于快速移動目標(biāo)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?yàn)楦粜袙呙钑a(chǎn)生圖像晃動的現(xiàn)象。日常人們更習(xí)慣于采用像素的概念來表示攝像機(jī)的清晰度，比如720p即1280×720分辨率，達(dá)到92.16萬，約等于百萬像素；1080p則是1920×1080，像素值達(dá)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(jī)。目前鐵路上已經(jīng)應(yīng)用了這兩款百萬及以上像素的攝像機(jī)。

2 真正的全高清

高清監(jiān)控并不僅僅要求攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)高清，攝像機(jī)要實(shí)現(xiàn)高清并非難事，只要采用百萬高清的CMOS或CCD就可以達(dá)到高清標(biāo)準(zhǔn)，但攝像機(jī)的高清并不代表系統(tǒng)的高清。要實(shí)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(shí)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?cái)z像機(jī)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。光纖傳輸通常需要點(diǎn)對點(diǎn)光纜敷設(shè)，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(dá)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(luò)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(biāo)準(zhǔn)；一種是H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2壓縮帶寬最高可達(dá)30～50 Mbit/s，H.264壓縮帶寬最高約為8 Mbit/s。從網(wǎng)絡(luò)傳輸和視頻存儲開銷來看，H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用于鐵路客運(yùn)站安檢、變電站、鐵路貨運(yùn)作業(yè)等區(qū)域。需要重點(diǎn)防范、應(yīng)用規(guī)模較大的區(qū)域?yàn)榭瓦\(yùn)站安檢區(qū)域，下面重點(diǎn)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(shè)多采用720 p準(zhǔn)高清視頻采集，實(shí)現(xiàn)對旅客正面面部特征、旅客進(jìn)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(yù)留相關(guān)視頻上傳網(wǎng)絡(luò)接口。

安檢區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)由720 p準(zhǔn)高清像機(jī)、高清視頻監(jiān)控終端、視頻監(jiān)控軟件、視頻存儲、PoE交換機(jī)、PoE光電轉(zhuǎn)換器及配套設(shè)備組成。其中，在客運(yùn)站各個進(jìn)站口處設(shè)置攝像機(jī)，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(jī)設(shè)備，集中實(shí)現(xiàn)對各個安檢儀監(jiān)控圖像的實(shí)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(luò)攝像機(jī)、高清視頻監(jiān)控終端、視頻監(jiān)控軟件、視頻存儲、PoE交換機(jī)及配套設(shè)備組成。在本地實(shí)現(xiàn)圖像集中存儲并預(yù)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(diǎn)。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(yùn)站進(jìn)站口處設(shè)置高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，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(jī)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)設(shè)備（簡稱NVR）集中實(shí)現(xiàn)對各個安檢儀監(jiān)控圖像的實(shí)時查看、錄像存儲、圖像回放和調(diào)用功能。

（1）視頻采集點(diǎn)。

視頻采集點(diǎn)設(shè)備包括攝像機(jī)（含鏡頭）、攝像機(jī)護(hù)罩（室內(nèi)）、支架、光纖收發(fā)器等設(shè)備。每臺安檢儀設(shè)置4臺720p準(zhǔn)高清攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對旅客正面面部特征、旅客進(jìn)站安檢過程及行李特征的監(jiān)控，攝像機(jī)監(jiān)控位置見圖2安檢區(qū)域攝像機(jī)位置分布圖。4臺高清攝像機(jī)中其中2臺高清攝像機(jī)監(jiān)視安檢儀，1臺高清攝像機(jī)監(jiān)視通過安檢門的人員，另一臺高清攝像機(jī)監(jiān)視這一套安檢設(shè)備的整個場景。

采集點(diǎn)采用支持高清IP百萬像素?cái)z像機(jī)，根據(jù)監(jiān)控距離遠(yuǎn)近要求選配不同規(guī)格的鏡頭，配置防護(hù)罩，支架等，防護(hù)等級符合IP65標(biāo)準(zhǔn)。攝像機(jī)設(shè)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(jī)采集旅客正面面部特征圖像，另一臺攝像機(jī)采集安檢過程和行李數(shù)量及特征圖像。攝像機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸通過超五類網(wǎng)線及8芯光纜沿客運(yùn)站大廳墻面敷設(shè)。endprint

（2）高清視頻監(jiān)控終端。

在客運(yùn)站任意網(wǎng)絡(luò)可到達(dá)的地方，根據(jù)需求設(shè)置視頻終端。實(shí)現(xiàn)對安檢口視頻的實(shí)時調(diào)看及錄像回放。

（3）承載網(wǎng)絡(luò)及接入接口。

本系統(tǒng)新設(shè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組建本地局域網(wǎng)，預(yù)留與既有視頻網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通條件，客運(yùn)站內(nèi)高清IP監(jiān)控點(diǎn)均為百萬像素，720p分辨率，每路對網(wǎng)絡(luò)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(yù)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(shè)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(jì)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(shí)際的高清視頻數(shù)量合計(jì)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(diǎn)至視頻接入節(jié)點(diǎn)之間需要敷設(shè)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(jī)的實(shí)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(jī)獲取實(shí)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(biāo)，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(jī)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(biāo)準(zhǔn)，在保證畫面質(zhì)量的前提下，實(shí)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(jì)劃存儲、交互存儲以及報(bào)警聯(lián)動存儲等；可在監(jiān)視終端上按時間、地點(diǎn)、報(bào)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(dú)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?？蛇x擇事件列表中項(xiàng)目，查找對應(yīng)系統(tǒng)事件信息或錄像片段。同時，提供按時間、按攝像機(jī)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?？舍槍γ總€畫面分別任意指定攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對多點(diǎn)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(bào)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(bào)警功能。

當(dāng)產(chǎn)生行為分析報(bào)警、系統(tǒng)間聯(lián)動報(bào)警、系統(tǒng)內(nèi)部報(bào)警時，視頻監(jiān)視終端自動彈出報(bào)警信息及相關(guān)報(bào)警視頻。

（10）地圖功能。

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

（11）資源及設(shè)備管理功能。

對系統(tǒng)中所有攝像機(jī)、視頻服務(wù)器、編碼器、解碼器等資源及設(shè)備集中管理，從而達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jī)到傳輸、存儲、顯示設(shè)備，只要有一個環(huán)節(jié)滿足不了要求，就達(dá)不到“高清”的效果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)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(xiàn)

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