高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用解析

標(biāo)簽：IPC NGN

傳統(tǒng)鐵路行業(yè)視頻監(jiān)控方案

在鐵路行業(yè)，高清監(jiān)控系統(tǒng)帶來(lái)的不僅是更清晰的圖像和更好的效果，也帶來(lái)了更大的系統(tǒng)性能需求、遠(yuǎn)距離傳輸帶寬和存儲(chǔ)等問題。什么樣的高清系統(tǒng)才能適合鐵路行業(yè)多級(jí)調(diào)閱、遠(yuǎn)距離傳輸、監(jiān)控規(guī)模大的行業(yè)特點(diǎn)呢?

如圖1所示，在整個(gè)傳統(tǒng)鐵路行業(yè)視頻監(jiān)控方案中，其中心是流媒體服務(wù)器，這種方式常見于車站監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)中。前端的編碼器或者IPC輸出的單播流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒职l(fā)/存儲(chǔ)服務(wù)器，由分發(fā)/存儲(chǔ)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)單播轉(zhuǎn)多播、按需分發(fā)、按需存儲(chǔ)。整個(gè)數(shù)據(jù)流如圖1所示。在全標(biāo)清系統(tǒng)的情況下，該方案還能基本滿足多用戶操作的需求，但是如果此方案應(yīng)用于高清系統(tǒng)，則流媒體分發(fā)方式的弊端將會(huì)凸顯出來(lái)：

鐵路監(jiān)控解決方案

1.服務(wù)器規(guī)模隨著監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的增加成等比例上升，尤其是高清IPC想要得到較好的應(yīng)用效果，輸出碼流一般在6M-8M，是傳統(tǒng)標(biāo)清的3-4倍，分發(fā)/存儲(chǔ)服務(wù)器數(shù)量將會(huì)大增，并且必須增加服務(wù)器的檔次，因?yàn)榉?wù)器的性能成為了方案中的性能瓶頸。

2.系統(tǒng)存在著較多的局部故障點(diǎn)，當(dāng)其中某臺(tái)分發(fā)/存儲(chǔ)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)影響其所管理的多路視頻圖像的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)監(jiān)看，不符合交通行業(yè)對(duì)安防系統(tǒng)高可靠性的要求。雖然可以通過冗余服務(wù)器解決該問題，但是每個(gè)車站配置冗余服務(wù)器從成本角度考慮，現(xiàn)實(shí)工程中很少被實(shí)際采用。

3.前端IPC輸出單播流，造成存儲(chǔ)流和實(shí)時(shí)流占用同樣帶寬，如果為了得到高清系統(tǒng)帶來(lái)的良好圖像質(zhì)量，那么磁盤陣列將會(huì)面臨較大的壓力，尤其是成本將會(huì)大幅提高;若是為了減小磁盤成本的壓力，增大存儲(chǔ)流壓縮比，又會(huì)大大降低高清監(jiān)控圖像的清晰度。

4.大量的服務(wù)器及其設(shè)備機(jī)架不僅占據(jù)了大量設(shè)備的空間，不符合綠色環(huán)保的要求，更致命的是增加了系統(tǒng)的不可靠性，增多了故障點(diǎn)。當(dāng)面對(duì)突發(fā)事件、出現(xiàn)多個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域的時(shí)候，大規(guī)模突發(fā)的流量很容易導(dǎo)致整個(gè)服務(wù)器群的癱瘓。

NGN架構(gòu)鐵路監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

在圖2中，則代表了目前比較先進(jìn)的一種視頻監(jiān)控解決方案，它采用電信領(lǐng)域比較成熟的軟交換架構(gòu)：NGN架構(gòu)。管理服務(wù)器僅負(fù)責(zé)處理設(shè)備管理、信令分發(fā)、會(huì)話的建立，且不參與到實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)流之中(實(shí)時(shí)流和存儲(chǔ)流)。在圖2中，存儲(chǔ)流和實(shí)時(shí)流均是通過網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)酱疟P陣列、解碼器或監(jiān)控客戶端，如此解決了此前的服務(wù)性能和可靠性瓶頸的問題。

當(dāng)有多個(gè)用戶同時(shí)調(diào)閱同一路圖像實(shí)時(shí)視頻時(shí)，則通過網(wǎng)絡(luò)組播提供支持，如圖2中標(biāo)號(hào)的視頻流所示：解碼器和監(jiān)控客戶端同時(shí)調(diào)閱同一路圖像，此時(shí)因?yàn)榍岸薎PC輸出的是組播流，則由網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)提供類似碼流復(fù)制的功能，解決對(duì)前端IPC大規(guī)模同時(shí)調(diào)閱而帶來(lái)的性能和帶寬的沖擊問題。這種解決方案在高清系統(tǒng)中帶來(lái)了較多的優(yōu)點(diǎn)：

1.監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的規(guī)模和服務(wù)器數(shù)量不存在強(qiáng)相關(guān)性，視頻管理服務(wù)器僅參與會(huì)話的建立過程，而不參與視頻流的分發(fā)，因此系統(tǒng)不存在系統(tǒng)瓶頸問題。單臺(tái)視頻管理服務(wù)器可以滿足幾千路的標(biāo)清、高清圖像監(jiān)控。

2.由于采用了先進(jìn)的軟交換NGN(業(yè)務(wù)流和控制流相分離)架構(gòu)，管理服務(wù)器發(fā)生故障不會(huì)中斷監(jiān)控實(shí)時(shí)流，存儲(chǔ)流也不受影響，保障了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)仍然正常的記錄，從架構(gòu)上極大地保證了系統(tǒng)的高可靠性，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)局部故障點(diǎn)。

3.前端IPC通過輸出雙碼流(存儲(chǔ)流和實(shí)時(shí)流)，兩路視頻流可以單獨(dú)設(shè)置碼流大小，能夠最大限度地發(fā)揮高清監(jiān)控帶來(lái)的高清晰效果，同時(shí)，又能顯著降低存儲(chǔ)的代價(jià)，保障用戶的投資。

4.當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件或事故、出現(xiàn)多個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域的時(shí)候，大規(guī)模突發(fā)的流量通過組播技術(shù)由交換機(jī)來(lái)進(jìn)行復(fù)制、分發(fā)，從而輕松解決大規(guī)模多用戶的問題，滿足了公安和企業(yè)管理方在緊急情況下對(duì)高可靠性的調(diào)度要求。

鐵路多級(jí)視頻監(jiān)控解決方案

上面所示場(chǎng)景主要應(yīng)用于車站內(nèi)監(jiān)控，它不可避免地面臨上級(jí)調(diào)度中心遠(yuǎn)程共享調(diào)閱的問題。傳統(tǒng)的流媒體分發(fā)方案應(yīng)該說能方便實(shí)現(xiàn)多級(jí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，而如果僅采用軟交換NGN架構(gòu)，組播模式的方式在鐵路行業(yè)廣域網(wǎng)、低帶寬的情況下將遇到較大的麻煩，因此還必須對(duì)圖2進(jìn)行一定的改進(jìn)。

如圖3所示，傳統(tǒng)方案由于流媒體轉(zhuǎn)發(fā)的特性，天然具備支持多級(jí)的架構(gòu)，此時(shí)車站內(nèi)的流媒體服務(wù)器除了負(fù)責(zé)分發(fā)和存儲(chǔ)，還負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，這勢(shì)必又增加了服務(wù)器的性能壓力。但是這種方案解決了對(duì)鐵路廣域網(wǎng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)組播、帶寬有限的問題。它將本車站內(nèi)的視頻圖像轉(zhuǎn)發(fā)給上一級(jí)流媒體服務(wù)器，由上一級(jí)流媒體服務(wù)器完成分發(fā)功能，解決了多用戶同時(shí)調(diào)閱同一路圖像的問題。

圖三

而采用圖2的方式，由于鐵路多級(jí)監(jiān)控中，網(wǎng)絡(luò)往往無(wú)法開啟組播的功能，若采用前端IPC單播直接發(fā)送到上級(jí)平臺(tái)，必然會(huì)消耗有限的廣域網(wǎng)帶寬，同時(shí)也受限于IPC的分發(fā)能力。那么，如何對(duì)圖2的方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，使其能獲得高可靠性、大容量、高性能的特點(diǎn)，同時(shí)又能適應(yīng)鐵路行業(yè)廣域網(wǎng)的共享調(diào)閱呢?

其實(shí)相應(yīng)的解決辦法也很簡(jiǎn)單，也就是借鑒傳統(tǒng)方案的經(jīng)驗(yàn)，在車站一級(jí)的監(jiān)控平臺(tái)上增加一臺(tái)媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，便可解決上述問題，如圖4所示。但必須注意，此時(shí)在車站一級(jí)的監(jiān)控軟件平臺(tái)必需能同時(shí)支持前端視頻流單播、組播方式，且能夠根據(jù)不同的調(diào)閱需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)單播/組播切換功能。這樣的解決方案才能適應(yīng)未來(lái)高清系統(tǒng)在鐵路行業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用，并能保證整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)高效可靠的運(yùn)行。相信高清監(jiān)控系統(tǒng)必將在鐵路行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用，而如何應(yīng)對(duì)高清監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有解決方案的沖擊是值得大家共同重視的課題。