地鐵高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架模式分析

1、前言

閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)是保證城市軌道交通行車組織和安全的重要手段，調(diào)度員和車站值班員利用它監(jiān)視列車運行、客流情況、變電所設(shè)備室設(shè)備運行情況，提高行車指揮透明度的輔助通信工具。當(dāng)車站發(fā)生災(zāi)情時，閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)可作為防災(zāi)調(diào)度員指揮搶險的指揮工具。地鐵高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架有IPC（網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）+IPSAN存儲、HD-SDI高清攝像機(jī)+視頻編碼器+高清視頻矩陣+IPSAN存儲等模式，每種模式都有其特點，但適合今后地鐵運營管理和治安管理的實現(xiàn)比較容易視頻監(jiān)控模式是IPC+IPSAN模式性價比最好，下面將此模式進(jìn)行探討。

2、地鐵風(fēng)險等級與防護(hù)級別

風(fēng)險等級評估是城市軌道交通安全技術(shù)防范系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù)之一，根據(jù)北京市2009年頒布《城市軌道交通安全防范技術(shù)要求》地方標(biāo)準(zhǔn)的表1-2重要部位安全技術(shù)防范設(shè)施配置表也可以看出，地鐵是高風(fēng)險區(qū)域，是恐怖分子襲擊的對象，高清視頻監(jiān)控非常適合，既能看清大場面又能看清細(xì)節(jié)，對事后分析會有很大幫助，IP高清視頻監(jiān)控組網(wǎng)簡單，可靠性高。

現(xiàn)在安全防范高清視頻監(jiān)控借用我國廣播電視標(biāo)準(zhǔn)，高清分辨率為1920×1080像素，準(zhǔn)高清1280×720像素，1080P分辨率為1920×1080掃描線（逐行掃描方式），1080i分辨率為1920×1080掃描線（隔行掃描方式），720P分辨率為1280×720條掃描線（逐行掃描方式），標(biāo)清分辨率為720×576像素（D1分辨率），高清晰度電視（HDTV）的分辨率為1920×1080=207、36萬像素，準(zhǔn)高清1280×720=92、16萬像素，可以看出如果是100多萬像素是準(zhǔn)高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，200多萬像素是高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)內(nèi)置了數(shù)字化H、264壓縮控制器和基于WEB的操作系統(tǒng)，有的還內(nèi)置iSCSI支持功能，可直接將存儲碼流采用iSCSI封裝直接把碼流寫入IPSAN。

能達(dá)到二百萬像素的攝像機(jī)，配套以1080p分辨率的顯示設(shè)備及相應(yīng)的傳輸通道，就可以形成一套可稱之為高清的電視監(jiān)控系統(tǒng)。

3、地鐵高清電視監(jiān)控架構(gòu)

3、1攝像機(jī)要求和布置原則：車站一般平均配置有60-80臺左右監(jiān)控攝像機(jī)，公安甚至提出車站公共區(qū)域監(jiān)控全覆蓋，攝像機(jī)會安裝更多，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)要求：高清分辨率1920×1080P、準(zhǔn)高清分辨率1280×720P，SD/SDHC卡本地存儲，日夜功能，雙向語音。攝像機(jī)設(shè)置原則：看清目標(biāo)前提下室內(nèi)盡可能安裝半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，與裝修環(huán)境能很好配合，好看，每側(cè)站臺配置4臺網(wǎng)絡(luò)高清1080P固定槍型攝像機(jī)，每部自動扶梯和樓梯配置1臺高清1080P（或準(zhǔn)高清720P）半球型攝像機(jī)，道閘、出入口、通道、綜合控制室等配置網(wǎng)絡(luò)高清1080P半球型攝像機(jī)，設(shè)備室、垂直電梯轎廂小范圍采用網(wǎng)絡(luò)高清720P半球型攝像機(jī)，站外配置1080P（720P）紅外固定槍型和球型攝像機(jī)，室內(nèi)公共區(qū)域配置1080P球型攝像機(jī)。公安要求一個人從進(jìn)入地鐵到出地鐵至少有3次正面清晰的五官和體貌特征監(jiān)控存儲圖像，便于追查嫌疑人，高清1080P網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)無疑是最好的選擇，宏觀和微觀都能看清楚。

3、2站臺監(jiān)視器設(shè)置要求：在站臺上下行首列車司機(jī)觀察位置設(shè)置1臺46″以上液晶1080P高清監(jiān)視器，與4路到高清解碼器配合顯示同一側(cè)4畫面合成站臺安全門監(jiān)控圖像，供司機(jī)觀察上下車人員和安全門狀況。

3、3車站綜合控制室監(jiān)視器設(shè)置要求：22″液晶1080P高清監(jiān)視器，至少6臺液晶監(jiān)視器。有1臺以上監(jiān)控終端?，F(xiàn)在大部分地鐵視頻監(jiān)控設(shè)計對控制室設(shè)置監(jiān)視器多少重視不夠，慣性思維大部分設(shè)置1-2臺監(jiān)視器，地鐵人流大，對車站運營調(diào)度指揮需2臺46″監(jiān)視器4畫面顯示上下行站臺安全門圖像，顯示無人值守自動扶梯監(jiān)控圖像，顯示高峰人流瓶頸監(jiān)控圖像，至少6臺監(jiān)視器。

3、4車站公安值班室監(jiān)視器設(shè)置要求：22″液晶1080P高清監(jiān)視器，至少4臺液晶監(jiān)視器，有1臺以上監(jiān)控終端。

3、5線路派出所監(jiān)視器設(shè)置要求：22″（46″）液晶1080P高清監(jiān)視器，至少12臺液晶監(jiān)視器，至少有2臺以上監(jiān)控終端。

3、6線路控制中心監(jiān)視器設(shè)置要求：50″以上高清DLP屏（或46″以上液晶1080P高清監(jiān)視器），至少12臺，當(dāng)然平時大屏最多用4塊屏顯示監(jiān)控圖像，其它顯示信號系統(tǒng)，至少有3臺以上監(jiān)控終端。

3、7每個車站視頻監(jiān)控系統(tǒng)和控制中心配置1套IPSAN存儲，雙控制器冗余保護(hù)，RAID5，磁盤熱備。RAID5是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案，通過奇偶校驗信息提供冗余的存儲能力。它不對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，而是把數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上，并且奇偶校驗信息和相對應(yīng)的數(shù)據(jù)分別存儲于不同的磁盤上。當(dāng)RAID5的一個磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的奇偶校驗信息去恢復(fù)被損壞的數(shù)據(jù)?？刂浦行?套IPSAN存儲作為系統(tǒng)冗余備份，當(dāng)車站1套IPSAN存儲發(fā)生故障，中心接管。車站設(shè)置流媒體存儲服務(wù)器，其功能是將視頻實時流進(jìn)行iSCSI封裝存入IPSAN，一般如果選擇流媒體存儲服務(wù)器：4核XeonCPU，2GB內(nèi)存，千兆網(wǎng)連接，IPSAN存儲設(shè)備：16TB硬盤，配置RAID5，千兆網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)：H、2641080P編碼，RTP組播傳輸，8Mbps碼流帶寬，基本能保證50路8Mbps實時流進(jìn)行iSCSI封裝存入IPSAN。

3、8視頻采用H、264壓縮格式，視頻顯示和存儲碼流6Mbps。在同等圖像質(zhì)量下H、264編碼產(chǎn)生的碼流是MPEG-4的一半左右，從圖像質(zhì)量、占用傳輸通道的帶寬、存儲空間占用，選擇編碼格式H、264最好。6Mbps是高清顯示和存儲性價比好，是一種視頻碼流對顯示和存儲高清都兼顧到了，如果存儲和顯示是2種碼流，那么視頻編碼器采用雙編碼、交換機(jī)端口增加一倍，成本就要增加。

3、9網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備之間的信息交換協(xié)議采用ONVIF協(xié)議。進(jìn)入數(shù)字視頻和網(wǎng)絡(luò)視頻時代，視頻信號的互編互解、控制信令和信號之間的互聯(lián)困擾用戶和集成商，如廠商間前端設(shè)備（IPC/DVS）與后端設(shè)備（NVR媒體服務(wù)器）之間兼容性，編碼設(shè)備的互編互解，前端設(shè)備（IPC/DVS）、存儲設(shè)備與平臺的兼容性。ONVIF是由Axis、Bosch和Sony在2008年合作建立的面向全球的開放性網(wǎng)絡(luò)視頻接口論壇，其目的是以公開、開放的原則共同制定開放性網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，ONVIF核心規(guī)范1、0，這一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備之間的信息交換，定義了通用協(xié)議，便于不同廠家設(shè)備互聯(lián)互通。

4、網(wǎng)絡(luò)高清視頻傳輸

IP高清攝像機(jī)到交換機(jī)，傳輸接口：RJ45，100M以太網(wǎng)傳輸，采用超5類網(wǎng)線，超過100米需采用光纖，交換機(jī)到IPSAN存儲采用1000M以太網(wǎng)傳輸。

高清視頻解碼器接口輸出支持：HDMI，DVI，高清監(jiān)視器帶有HDMI/DVI接口，HDMI/DVI線最遠(yuǎn)可傳輸15米。

DVI接口：全稱DigitalVisualInterface，數(shù)字視頻接口，目前常見的DVI接口有兩種，分別是DVI-Digital（DVI-D）與DVI-Integrated（DVI-I），DVI-D只能接收數(shù)字信號，而DVI-I則可以可同時兼容模擬和數(shù)字信號，也就是說DVI-I的兼容性更強。通常我們在顯卡的接口部分，看到的是DVI-I接口，而在顯示器處，看到的則是DVI-D接口，

HDMI接口：是英文縮寫，意思是高清晰度多媒體接口。它是一種全數(shù)位化影像和聲音傳送接口，可以傳送無壓縮的音頻信號及視頻信號，最新的HDMI1、3規(guī)范最高帶寬可以達(dá)到4、95Gbps，實際視頻信號傳輸帶寬接近4Gbps，而現(xiàn)在最高規(guī)格的高清視頻格式1080p所需的帶寬僅僅為2、2Gbps，HDMI源于DVI接口技術(shù)，這也就是為何HDMI接口和DVI接口能夠通過轉(zhuǎn)接頭相互轉(zhuǎn)換的原因，與DVI相比，HDMI可以傳輸數(shù)字音頻信號，HDMI完全向下兼容DVI。

在地鐵線路控制中心一般是音視頻圖像通過交換機(jī)和高清音視頻解碼器通過大屏幕圖像拼接處理器上電視墻，高清音視頻解碼器可以帶HDMI/DVI輸出接口，大屏幕圖像拼接處理器可以帶HDMI、DVI輸入輸出接口，全高清LED液晶電視輸入接口有HDMI、DVI，那么交換機(jī)到高清音視頻解碼器是超5類網(wǎng)線，高清音視頻解碼器到大屏幕圖像拼接處理器采用HDMI/DVI線纜，不超過15米，如果超過15米，采用帶有HDMI、DVI接口高清光端機(jī)。

5、視頻綜合平臺

視頻綜合平臺集IP高清攝像機(jī)、存儲管理服務(wù)器、交換機(jī)、監(jiān)控終端實現(xiàn)了高清視頻監(jiān)控從采集、編碼、傳輸、切換控制到顯示應(yīng)用，采用IP矩陣，IP矩陣是控制終端控制軟件根據(jù)攝IP高清攝像機(jī)和視頻編解碼器及儲存服務(wù)器IP地址節(jié)點顯示矩陣內(nèi)容，調(diào)用、切換視頻監(jiān)控圖像，由于矩陣類型選擇的是IP，所以矩陣中的節(jié)點全是IP地址節(jié)點，即顯示的是IP地址之間的通訊。IP攝像機(jī)對高清實時音視頻信號通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送到指定的目的地址。平臺軟件一般由設(shè)備廠商配合硬件設(shè)備一起提供的，主要由視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備、硬盤錄像機(jī)廠家提供，第三方提供監(jiān)控平臺軟件也日見增多，但與硬件配套廠家自己的軟件成本比較低，有成本的優(yōu)勢。

在控制中心配置視頻管理服務(wù)器，其功能是監(jiān)控平臺的管理中心和控制中心，授權(quán)用戶可以在任意一臺PC管理終端上完成全網(wǎng)的設(shè)備管理、資源調(diào)度、云臺控制和硬解碼輸出控制，所有的控制指令由視頻管理服務(wù)器集中處理和發(fā)送，而視頻流則可以不經(jīng)過視頻管理服務(wù)器單獨傳輸。把視頻管理服務(wù)器作為整個系統(tǒng)的控制和管理核心，所有監(jiān)控的控制流都由視頻管理服務(wù)器處理。

6、車站客戶端設(shè)計

車站運營一般配置1臺PC監(jiān)控控制終端，2-6臺高清監(jiān)視器，選擇監(jiān)視器屏幕幅型比為16：9，因為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像是16：9的比例，這樣更增加了觀看的臨場感和更符合人眼觀看的習(xí)慣。車站公安一般配置1臺PC監(jiān)控控制終端，至少4臺高清監(jiān)視器，高清監(jiān)視器通過HDMI或DVI-D接口與視頻解碼器相連，通過客戶端軟件界面和網(wǎng)絡(luò)視頻控制鍵盤靈活的調(diào)用、切換、控制多路監(jiān)控視頻圖像到高清監(jiān)視器，PC監(jiān)控控制終端內(nèi)置軟件解碼，支持多路視音頻信號的軟解碼，使得用戶可以直接在PC上對監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行實時查看、控制或歷史回放監(jiān)控圖像。

7、控制中心終端設(shè)計

調(diào)度大廳設(shè)置12-16塊大屏監(jiān)視器組成拼接墻，通過大屏拼接器接入各個子系統(tǒng)信號，共用電視墻，上傳H、264編碼壓縮1920×1080P@30fps監(jiān)控圖像通過視頻解碼器輸入大屏拼接器。

調(diào)度大廳設(shè)置3-6塊20寸左右高清監(jiān)視器和3臺PC控制終端組成電視監(jiān)控分控。視頻解碼器接收網(wǎng)絡(luò)上的媒體流數(shù)據(jù)，并通過解碼轉(zhuǎn)換成視頻數(shù)據(jù)，通過VGA或者HDMI接口輸出到電視墻的屏拼接器和高清監(jiān)視器，通過客戶端軟件界面和視頻控制鍵盤調(diào)用、切換、控制多路監(jiān)控視頻圖像到高清監(jiān)視器，PC控制終端通過軟解碼，使得直接在PC上對監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行實時查看、控制或歷史回放監(jiān)控圖像。

配置流媒體服務(wù)器為本地或其它系統(tǒng)服務(wù)，控制中心監(jiān)控終端和其它系統(tǒng)終端可能同時調(diào)用同一路圖像，由本地流媒體服務(wù)器進(jìn)行圖像獲取及轉(zhuǎn)發(fā)。

8、控制中心網(wǎng)管設(shè)計

可通過網(wǎng)管服務(wù)器對所有監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，可管理帶網(wǎng)管功能的設(shè)備如視頻編解碼器、光端機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器、IPSAN磁盤陣列等，支持對設(shè)備的配置、故障、性能、告警等多方面的管理，通過1臺PC網(wǎng)管終端的友好軟件界面顯示全線設(shè)備運行狀況。

網(wǎng)管服務(wù)器將電視監(jiān)控系統(tǒng)告警信息向線路集中告警服務(wù)器上報。

網(wǎng)管服務(wù)器接收時鐘系統(tǒng)中心母鐘提供的標(biāo)準(zhǔn)時間信息，校準(zhǔn)本系統(tǒng)內(nèi)所有需要時間信息的設(shè)備。

9、結(jié)束語

地鐵是人流密集區(qū)域是恐怖襲擊主要目標(biāo)，采用高清攝像機(jī)可以在事件發(fā)生后提供現(xiàn)場高清錄像，地鐵運營和公安電視監(jiān)控采用同一系統(tǒng)，運營和公安部門的管理權(quán)限通過不同控制終端和設(shè)備優(yōu)先級控制，達(dá)到資源共享，采用全I(xiàn)P高清攝像機(jī)，IPSAN存儲，組網(wǎng)簡單，每個車站電視監(jiān)控相對獨立，系統(tǒng)可靠性、可用性、可維護(hù)性更有保障。