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技术前沿

浅析:地铁IP高清视频监控系统的设计

来源:中关村在线 作者: 发布时间: 2013-07-04

  1.前言

  闭路电视监视系统是保证城市轨道交通行车组织和安全的重要手段,调度员和车站值班员利用它监视列车运行、客流情况、变电所设备室设备运行情况,提高行车指挥透明度的辅助通信工具。当车站发生灾情时,闭路电视监视系统可作为防灾调度员指挥抢险的指挥工具。地铁高清视频监控系统构架有IPC(网络摄像机)+IPSAN存储、HD-SDI高清摄像机+视频编码器+高清视频矩阵+IPSAN存储等模式,每种模式都有其特点,但适合今后地铁运营管理和治安管理的实现比较容易视频监控模式是IPC+IPSAN模式性价比最好,下面将此模式进行探讨。

  2.地铁风险等级与防护级别

  风险等级评估是城市轨道交通安全技术防范系统设计的主要依据之一,根据北京市2009年颁布《城市轨道交通安全防范技术要求》地方标准的表1-2重要部位安全技术防范设施配置表也可以看出,地铁是高风险区域,是恐怖分子袭击的对象,高清视频监控非常适合,既能看清大场面又能看清细节,对事后分析会有很大帮助,IP高清视频监控组网简单,可靠性高。

  现在安全防范高清视频监控借用我国广播电视标准,高清分辨率为1920×1080像素,准高清1280×720像素,1080P分辨率为1920×1080扫描线(逐行扫描方式),1080i分辨率为1920×1080扫描线(隔行扫描方式),720P分辨率为1280×720条扫描线(逐行扫描方式),标清分辨率为720×576像素(D1分辨率),高清晰度电视(HDTV)的分辨率为1920×1080=207.36万像素,准高清1280×720=92.16万像素,可以看出如果是100多万像素是准高清数字摄像机,200多万像素是高清数字摄像机。网络摄像机内置了数字化H.264压缩控制器和基于WEB的操作系统,有的还内置iSCSI支持功能,可直接将存储码流采用iSCSI封装直接把码流写入IPSAN。

  能达到二百万像素的摄像机,配套以1080p分辨率的显示设备及相应的传输通道,就可以形成一套可称之为高清的电视监控系统。

  3.地铁高清电视监控架构

  3.1摄像机要求和布置原则:车站一般平均配置有60-80台左右监控摄像机,公安甚至提出车站公共区域监控全覆盖,摄像机会安装更多,网络摄像机要求:高清分辨率1920×1080P、准高清分辨率1280×720P,SD/SDHC卡本地存储,日夜功能,双向语音。摄像机设置原则:看清目标前提下室内尽可能安装半球型网络摄像机,与装修环境能很好配合,好看,每侧站台配置4台网络高清1080P固定枪型摄像机,每部自动扶梯和楼梯配置1台高清1080P(或准高清720P)半球型摄像机,道闸、出入口、通道、综合控制室等配置网络高清1080P半球型摄像机,设备室、垂直电梯轿厢小范围采用网络高清720P半球型摄像机,站外配置1080P(720P)红外固定枪型和球型摄像机,室内公共区域配置1080P球型摄像机。公安要求一个人从进入地铁到出地铁至少有3次正面清晰的五官和体貌特征监控存储图像,便于追查嫌疑人,高清1080P网络摄像机无疑是最好的选择,宏观和微观都能看清楚。

  3.2站台监视器设置要求:在站台上下行首列车司机观察位置设置1台46以上液晶1080P高清监视器,与4路到高清解码器配合显示同一侧4画面合成站台安全门监控图像,供司机观察上下车人员和安全门状况。

  3.3车站综合控制室监视器设置要求:22液晶1080P高清监视器,至少6台液晶监视器。有1台以上监控终端。现在大部分地铁视频监控设计对控制室设置监视器多少重视不够,惯性思维大部分设置1-2台监视器,地铁人流大,对车站运营调度指挥需2台46监视器4画面显示上下行站台安全门图像,显示无人值守自动扶梯监控图像,显示人流瓶颈监控图像,至少6台监视器。

  3.4车站公安值班室监视器设置要求:22液晶1080P高清监视器,至少4台液晶监视器,有1台以上监控终端。

  3.5线路派出所监视器设置要求:22(46)液晶1080P高清监视器,至少12台液晶监视器,至少有2台以上监控终端。

  3.6线路控制中心监视器设置要求:50以上高清DLP屏(或46以上液晶1080P高清监视器),至少12台,当然平时大屏最多用4块屏显示监控图像,其它显示信号系统,至少有3台以上监控终端。

  3.7每个车站视频监控系统和控制中心配置1套IPSAN存储,双控制器冗余保护,RAID5,磁盘热备。RAID5是一种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案,通过奇偶校验信息提供冗余的存储能力。它不对存储的数据进行备份,而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上,并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上。当RAID5的一个磁盘数据发生损坏后,利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。控制中心1套IPSAN存储作为系统冗余备份,当车站1套IPSAN存储发生故障,中心接管。车站设置流媒体存储服务器,其功能是将视频实时流进行iSCSI封装存入IPSAN,一般如果选择流媒体存储服务器:4核XeonCPU,2GB内存,千兆网连接,IPSAN存储设备:16TB硬盘,配置RAID5,千兆网连接,网络摄像机:H.2641080P编码,RTP组播传输,8Mbps码流带宽,基本能保证50路8Mbps实时流进行iSCSI封装存入IPSAN。

  3.8视频采用H.264压缩格式,视频显示和存储码流6Mbps。在同等图像质量下H.264编码产生的码流是MPEG-4的一半左右,从图像质量、占用传输通道的带宽、存储空间占用,选择编码格式H.264最好。6Mbps是高清显示和存储性价比好,是一种视频码流对显示和存储高清都兼顾到了,如果存储和显示是2种码流,那么视频编码器采用双编码、交换机端口增加一倍,成本就要增加。

  3.9网络视频设备之间的信息交换协议采用ONVIF协议。进入数字视频和网络视频时代,视频信号的互编互解、控制信令和信号之间的互联困扰用户和集成商,如厂商间前端设备(IPC/DVS)与后端设备(NVR媒体服务器)之间兼容性,编码设备的互编互解,前端设备(IPC/DVS)、存储设备与平台的兼容性。ONVIF是由Axis、Bosch和Sony在2008年合作建立的面向全球的开放性网络视频接口论坛,其目的是以公开、开放的原则共同制定开放性网络视频监控行业标准,ONVIF核心规范1.0,这一标准规范了网络视频设备之间的信息交换,定义了通用协议,便于不同厂家设备互联互通。

  4.网络高清视频传输

  IP高清摄像机到交换机,传输接口:RJ45,100M以太网传输,采用超5类网线,超过100米需采用光纤,交换机到IPSAN存储采用1000M以太网传输。高清视频解码器接口输出支持:HDMI,DVI,高清监视器带有HDMI/DVI接口,HDMI/DVI线最远可传输15米。

  DVI接口:全称DigitalVisualInterface,数字视频接口,目前常见的DVI接口有两种,分别是DVI-Digital(DVI-D)与DVI-Integrated(DVI-I),DVI-D只能接收数字信号,而DVI-I则可以可同时兼容模拟和数字信号,也就是说DVI-I的兼容性更强。通常我们在显卡的接口部分,看到的是DVI-I接口,而在显示器处,看到的则是DVI-D接口,

  HDMI接口:是英文缩写,意思是高清晰度多媒体接口。它是一种全数位化影像和声音传送接口,可以传送无压缩的音频信号及视频信号,最新的HDMI1.3规范最高带宽可以达到4.95Gbps,实际视频信号传输带宽接近4Gbps,而现在最高规格的高清视频格式1080p所需的带宽仅仅为2.2Gbps,HDMI源于DVI接口技术,这也就是为何HDMI接口和DVI接口能够通过转接头相互转换的原因,与DVI相比,HDMI可以传输数字音频信号,HDMI完全向下兼容DVI。

  在地铁线路控制中心一般是音视频图像通过交换机和高清音视频解码器通过大屏幕图像拼接处理器上电视墙,高清音视频解码器可以带HDMI/DVI输出接口,大屏幕图像拼接处理器可以带HDMI、DVI输入输出接口,全高清LED液晶电视输入接口有HDMI、DVI,那么交换机到高清音视频解码器是超5类网线,高清音视频解码器到大屏幕图像拼接处理器采用HDMI/DVI线缆,不超过15米,如果超过15米,采用带有HDMI、DVI接口高清光端机。  5.视频综合平台

  视频综合平台集IP高清摄像机、存储管理服务器、交换机、监控终端实现了高清视频监控从采集、编码、传输、切换控制到显示应用,采用IP矩阵,IP矩阵是控制终端控制软件根据摄IP高清摄像机和视频编解码器及储存服务器IP地址节点显示矩阵内容,调用、切换视频监控图像,由于矩阵类型选择的是IP,所以矩阵中的节点全是IP地址节点,即显示的是IP地址之间的通讯。IP摄像机对高清实时音视频信号通过IP网络传送到指定的目的地址。平台软件一般由设备厂商配合硬件设备一起提供的,主要由视频编码器、网络存储设备、硬盘录像机厂家提供,第三方提供监控平台软件也日见增多,但与硬件配套厂家自己的软件成本比较低,有成本的优势。

  在控制中心配置视频管理服务器,其功能是监控平台的管理中心和控制中心,授权用户可以在任意一台PC管理终端上完成全网的设备管理、资源调度、云台控制和硬解码输出控制,所有的控制指令由视频管理服务器集中处理和发送,而视频流则可以不经过视频管理服务器单独传输。把视频管理服务器作为整个系统的控制和管理核心,所有监控的控制流都由视频管理服务器处理。

  6.车站客户端设计

  车站运营一般配置1台PC监控控制终端,2-6台高清监视器,选择监视器屏幕幅型比为16:9,因为高清网络摄像机图像是16:9的比例,这样更增加了观看的临场感和更符合人眼观看的习惯。车站公安一般配置1台PC监控控制终端,至少4台高清监视器,高清监视器通过HDMI或DVI-D接口与视频解码器相连,通过客户端软件界面和网络视频控制键盘灵活的调用、切换、控制多路监控视频图像到高清监视器,PC监控控制终端内置软件解码,支持多路视音频信号的软解码,使得用户可以直接在PC上对监控内容进行实时查看、控制或历史回放监控图像。

  7.控制中心终端设计

  调度大厅设置12-16块大屏监视器组成拼接墙,通过大屏拼接器接入各个子系统信号,共用电视墙,上传H.264编码压缩1920×1080P@30fps监控图像通过视频解码器输入大屏拼接器。

  调度大厅设置3-6块20寸左右高清监视器和3台PC控制终端组成电视监控分控。视频解码器接收网络上的媒体流数据,并通过解码转换成视频数据,通过VGA或者HDMI接口输出到电视墙的屏拼接器和高清监视器,通过客户端软件界面和视频控制键盘调用、切换、控制多路监控视频图像到高清监视器,PC控制终端通过软解码,使得直接在PC上对监控内容进行实时查看、控制或历史回放监控图像。

  配置流媒体服务器为本地或其它系统服务,控制中心监控终端和其它系统终端可能同时调用同一路图像,由本地流媒体服务器进行图像获取及转发。

  8.控制中心网管设计

  可通过网管服务器对所有监控设备进行统一管理,可管理带网管功能的设备如视频编解码器、光端机、交换机、服务器、IPSAN磁盘阵列等,支持对设备的配置、故障、性能、告警等多方面的管理,通过1台PC网管终端的友好软件界面显示全线设备运行状况。

  网管服务器将电视监控系统告警信息向线路集中告警服务器上报。

  网管服务器接收时钟系统中心母钟提供的标准时间信息,校准本系统内所有需要时间信息的设备。

  9.结束语

  地铁是人流密集区域是恐怖袭击主要目标,采用高清摄像机可以在事件发生后提供现场高清录像,地铁运营和公安电视监控采用同一系统,运营和公安部门的管理权限通过不同控制终端和设备优先级控制,达到资源共享,采用全IP高清摄像机,IPSAN存储,组网简单,每个车站电视监控相对独立,系统可靠性、可用性、可维护性更有保障。

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