地鐵模擬視頻監視系統高清網絡化改造研究

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　　摘 要：社會治安綜合治理和反恐怖主義對地鐵視頻監視系統的圖像清晰度和錄像保存時間提出越來越高的要求。早期地鐵通信系統建設的閉路電視系統無法滿足上述要求。本文通過闡述幾種模擬視頻監視系統高清網絡化改造的方案，并對方案進行比較，得出適合大多城市地鐵模擬視頻監視系統高清網絡化改造的方案。
　　關鍵詞：視頻監視;高清網絡化;地鐵;高清復合視頻接口
　　中圖分類號：TN948.43文獻標識碼：A文章編號：1008-4428（2019）05-0168-02
　　一、 概述
　　近年來國家對社會治安綜合治理和平安建設信息化工作高度重視。視頻監視系統是新形勢下維護國家安全和社會穩定、預防和打擊暴力恐怖犯罪的重要手段，對于提升城鄉管理水平、推進社會治理體系和治理能力現代化具有重要意義。
　　隨著工業化和城市化的日益發展，地鐵已成為城市交通命脈。隨著公共交通事業的蓬勃發展，人們對地鐵的需求不斷增加，對其安全性要求也越來越高。地鐵運輸組織面對日益復雜的地鐵網絡，對安全運營的需求也越來越高。
　　地鐵因其特有的運營特點也存在一定的安全隱患。首先，地鐵行業在封閉的空間運營，一旦發生事故，乘客疏散受到限制。其次，地鐵是人員流動高度密集的公共場所，是案發和受攻擊高發區域，存在諸多的不安全因素。
　　地鐵視頻監視系統是保證地鐵運輸順暢、運營安全的重要環節。在“大視頻”時代，研究視頻監視技術，實現高清網絡視頻監視，完善高效、快速、多系統協同的地鐵反恐應急處理機制，對地鐵安全運營質量和水平的進一步提高具有重大意義。
　　“十三五”以來，高清網絡視頻監視系統在地鐵行業得到了廣泛的應用，高清化和網絡化給視頻監視系統帶來了全覆蓋、高共享、優質態和高智慧等安全福利。但部分“十三五”以前建成的線路，由于建成時間較早，仍然在使用模擬視頻監視系統。這些線路的CCTV系統圖像達不到高清視頻監視的要求，同時聯網難度大，難以享受高清網絡視頻監視系統共享安全福利。由于這些線路大都為城市的“中軸線”，里程長，監控點位數量龐大，升級改造難度大且施工范圍影響較廣，需要投資的金額也巨大。
　　二、 幾種常見的CCTV系統高清網絡化改造技術
　?。ㄒ唬└咔鍞底址至看薪涌冢℉D-SDI）技術
　　1. 技術原理
　　HD-SDI是實時無壓縮的高清廣電級視頻監視技術，基于SMPTE標準，通過視頻同軸電纜來傳輸未壓縮的高清數字視頻的攝像機。在攝像機內部完成模數轉換，在同軸電纜中傳輸每路100Mbps左右的無損非壓縮數字視頻信號，在后端再進行編碼壓縮后進行網絡存儲和實時調看。
　　2. 組網方案
　　將既有CCTV系統升級為HD-SDI技術視頻監視系統，除了前端攝像機以及高清網絡視頻監視所需的服務器、網絡交換機和錄像存儲設備外，還需要配置HD-SDI矩陣、HD-SDI編碼器、HD-SDI視頻分配器、HD-SDI畫面合成器等設備支持。
　　技術組網由HD-SDI攝像機通過同軸電纜將HD-SDI視頻信號傳回機房，接入HD-SDI視頻分配器，然后分別接入HD-SDI矩陣和HD-SDI編碼器編碼后進入交換機網絡，存儲與上傳;本站監控器通過HD-SDI矩陣的數模轉換輸出后接監視器;云臺攝像機的控制信號需要通過單獨的RS-485線路進行控制。
　　3. 技術優勢
　　利用HD-SDI技術可實現高清圖像無延遲實時傳輸、圖像無損失不失真、系統內的安全性高于TCP/IP網絡，同時施工成本低。
　　4. 技術缺點
　　該技術缺點在于，同軸電纜傳輸HD-SDI圖像的最大距離在100米左右，配套專用的SDI光端機以及后端設備成本高昂。
　?。ǘ└咔鍙秃弦曨l接口（HDCVI）技術
　　1. 技術原理
　　HDCVI是高清復合視頻接口技術，是一種通過同軸電纜來傳輸高清視頻信號的規范，它將逐行掃描的高清視頻通過模擬調制技術傳輸。它是模擬視頻監視系統（CCTV）技術架構下的升級產品，仍屬于CCTV技術。
　　2. 組網方案
　　將既有CCTV系統升級為HDCVI技術視頻監視系統，僅需配置特定的攝像機、錄像設備和服務器，以及網絡交換機外，無須再配置其他視頻監視系統設備。
　　3. 技術優勢
　　實現高清圖像無延遲實時傳輸，圖像清晰度和系統安全性高于普通高清網絡視頻監視系統，最大視頻傳輸距離能達到500米左右，控制云臺攝像機轉動無須單獨的控制電纜，施工成本低。
　　4. 技術缺點
　　該技術缺點在于，圖像信號抗干擾能力較弱，信號衰減即圖像損失，攝像機和錄像存儲設備的備品備件受到廠家制約。
　?。ㄈ├猛S電纜傳輸網絡信號技術
　　1. 技術原理
　　將網絡視頻監視攝像機拍攝的視頻碼流通過網線輸出，通過IP高清網絡同軸傳輸延長器將網絡視頻碼流在同軸電纜上傳回后端網絡視頻監視平臺。
　　2. 組網方案
　　除了前端攝像機以及高清網絡視頻監視所需的服務器、網絡交換機和錄像存儲設備外，還需要成對配置IP高清網絡同軸傳輸延長器。
　　3. 技術優勢
　　適應性強，兼容好，方案彈性和選擇面大，成本低。
　　4. 技術缺點
　　傳輸距離有限，配線復雜程度較大。
　?。ㄋ模┕饫w高清網絡視頻監視系統
　　1. 技術原理
　　前端攝像機通過光纖，將拍攝到的網絡視頻碼流直接傳輸到后端設備進行實時調看和錄像存儲。
　　2. 組網方案
　　將原有模擬視頻監視系統從前端攝像機到后端設備，包括連接線纜全部推翻重建。重建包括高清網絡攝像機、網絡交換機、視頻服務器和錄像存儲設備。 　　3. 技術優勢
　　該方案是一步到位方案，一次性滿足高清網絡視頻監視和錄像存儲的所有要求。
　　4. 技術缺點
　　投資成本巨大，建設周期長，新老系統切換難度大。
　　三、 方案比選
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　　針對地鐵視頻監視系統的實際情況，充分考慮系統建設的發展需求，以實現系統的業務需求、統一協調運作為目標，以“實用、可靠、成熟、便捷、安全、經濟”為總體改造原則。
　　1. 實用
　　改造項目應充分考慮和利用現有視頻監視系統及傳輸資源，堅持先進，兼容傳統，實現系統融合和系統互聯、資源整合、信息共享。把實用性放在第一位。
　　2. 可靠
　　視頻監視系統必須以業務應用為核心，要保障系統能夠全天候穩定運行，盡可能減少視頻圖像傳輸的中間環節，以提升視頻圖像傳輸的可靠性，降低設備異常、網絡故障造成的圖像傳輸中斷風險。
　　3. 成熟
　　為保證系統持續穩定工作，地鐵視頻監視系統應采用在視頻監控系統領域，尤其是警用視頻監控系統領域有成功案例的技術，而且采用的技術每一個環節都應當先進、完善、易于管理和穩定可靠。
　　4. 便捷
　　地鐵視頻監視系統的改造，最好能沿襲既有系統的規劃和設計經驗，盡量利用既有的傳輸鏈路，盡可能完善設備運行和維護保養模式;改造采用的技術最好做到前端即插即用，后端所見即所得，使改造項目高效推進。
　　5. 安全
　　系統改造應注重網絡環境下視頻圖像傳輸和錄像存儲的信息安全，防止不法之徒惡意攻擊和非法獲取錄像數據的可能性。滿足高安全級別環境下的高端應用。
　　6. 經濟
　　在滿足“實用、可靠、成熟、便捷、安全、經濟”原則的基礎上，還要實現經濟性原則，視頻監視系統的成本主要體現在改造項目施工成本和運營維護成本，要從監控圖像的拍攝、傳輸、錄像、查看和管理等各個環節入手，才能節約系統改造和維護成本，達到“花小錢，辦大事”的效果。
　?。ǘ〩DCVI與HD-SDI相比較
　　1. 在圖像傳輸距離方面
　　HD-SDI即使在傳輸介質良好的情況下傳輸距離也不足百米。而HDCVI在僅使用75-3的同軸電纜時，也可以傳輸視頻高清圖像達500米，且信號畸變極低;在使用75-5或更好的同軸視頻電纜時，傳輸距離可進一步延長，傳輸視頻的質量也能得到可靠保證。
　　2. 在復雜環境抗干擾方面
　　在手機、無線路由器等高頻輻射的環境下，HD-SDI抗干擾能力較低。高頻無線電磁輻射會導致HD-SDI視頻數據誤碼率升高，用戶接收到的圖像會呈現花屏、無法鎖定等異常現象。而采用低頻模擬調制的HDCVI技術，在技術原理上有本質的優勢，即使在強電磁輻射干擾的環境下，也能夠避免干擾，保證高質量的圖像傳輸。
　　經過技術特點和性能對比，明顯得出，在地鐵復雜環境下 HDCVI技術優于HD-SDI技術。
　?。ㄈ〩DCVI與其他網絡視頻監視技術相比較
　　1. 在視頻傳輸的流暢性方面
　　HDCVI為保證信號傳輸的可靠性采取點到點傳輸的技術，在傳輸過程中不存在延時，高清視頻源從攝像機到后端設備傳輸過程不需要編解碼，圖像保持原拍攝效果，保障向用戶提供原始圖像的視覺效果。而一般網絡視頻監視技術的視頻圖像傳輸，經由交換機、路由器等網絡設備進行存儲轉發，無法避免網絡抖動、丟包等風險。即便采取視頻緩沖技術，網絡視頻監視技術也只能將視頻圖像的傳輸延時控制在300ms以內，無法保證視頻傳輸的流暢性。
　　2. 在改造施工難度方面
　　模擬視頻監視（CCTV）系統可以向基于HDCVI技術的視頻監視系統無縫切換，只需要更換相應的攝像機和錄像存儲設備，即實現高清視頻監視系統的要求。地鐵模擬視頻監視系統高清網絡化改造工程量最大的施工是更換視頻線纜，而且是夜間更換，每天可施工時間不足4小時。HDCVI技術沿襲同軸視頻電纜為前端視頻信號傳輸介質，從根本上減少了線纜施工的工程量和投資成本。
　　3. 在線纜多信號復用方面
　　HDCVI可以實現視頻信號、音頻信號和云臺控制信號傳輸的共纜復用。使用一根同軸電纜可以完成視頻和音頻信號的雙通道同步數據傳輸，還可以實現云臺攝像機云臺轉動和變焦等控制信號的反向傳輸，進一步減輕施工安裝的復雜程度。
　　即使與主流的網絡視頻監視系統相比較，HDCVI仍然可以表現出地鐵行業獨特的優勢。
　　四、 結論
　　綜上所述，HD-SDI技術、同軸電纜傳輸網絡信號技術及其他網絡高清視頻監視技術對傳輸視頻信號的線纜要求較高，且無法在長距離和復雜干擾環境下保證高清視頻圖像的可靠傳輸。
　　HDCVI技術利用地鐵車站模擬視頻監視（CCTV）系統既有同軸電纜，實現長距離高清視頻信號的可靠傳輸。相比較其他技術在實際應用中，綜合考慮成本、傳輸環境、圖像可靠性和兼容性的多方面因素，HDCVI技術是大多城市地鐵模擬視頻監視系統高清網絡化改造的首選方案。
　　參考文獻：
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　　作者簡介：
　　蘇志勛，南京地鐵運營有限責任公司，工程師。
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