1、    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：tn911 ：a ：1672-3791（2014）08（b）-0050-02近年來(lái)，鐵路建設(shè)持續(xù)保持較快的發(fā)展勢(shì)頭，為了保障鐵路運(yùn)營(yíng)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(lái)越廣泛，同時(shí)，對(duì)圖像的清晰度要求越來(lái)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(kāi)始推廣應(yīng)用于鐵路大型客運(yùn)

2、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?cè)谡１O(jiān)控過(guò)程中“細(xì)節(jié)”看不清的問(wèn)題。高清的定義最早來(lái)源于數(shù)字電視領(lǐng)域高清電視，又叫“hdtv”，是由美國(guó)電影電視工程師協(xié)會(huì)（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

3、5;1080隔行掃描，這是一種將信號(hào)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(hào)源的準(zhǔn)入門(mén)檻，720p標(biāo)準(zhǔn)也被稱(chēng)為hd（高清）標(biāo)準(zhǔn)，而1080i/1080p被稱(chēng)為full hd（全高清）標(biāo)準(zhǔn)。其中，1080p是目前最高等級(jí)的高清視頻清晰度標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于快速移動(dòng)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(dòng)態(tài)圖像，因?yàn)楦粜袙呙钑?huì)產(chǎn)生圖像晃動(dòng)的現(xiàn)象。日常人們更習(xí)慣于采用像素的概念來(lái)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(wàn)，約等于百萬(wàn)像素；1080p則是1920×1080，像素值達(dá)到了207萬(wàn)。72

4、0p和1080p可以分別叫做百萬(wàn)像素和200萬(wàn)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(wàn)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(wàn)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(hào)的編碼壓縮、視頻信號(hào)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(duì)客戶(hù)而言，高清只有在包含了前端、平臺(tái)、存儲(chǔ)、瀏覽、顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)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(shuō)明。2.1 高清傳輸以200萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)為例，非壓縮

5、視頻帶寬為800 mbit/s，可通過(guò)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(duì)點(diǎn)光纜敷設(shè)，相對(duì)以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)成本較高。光纖的優(yōu)勢(shì)在于其傳輸非壓縮的視頻可達(dá)到無(wú)損耗、無(wú)延時(shí)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(chǔ)空間的節(jié)省，現(xiàn)在比較流行的高清視頻主要以?xún)煞N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)3050 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(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)來(lái)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

6、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(duì)旅客正面面部特征、旅客進(jìn)站安檢過(guò)程及行李特征的監(jiān)控。視頻圖像采用本地存儲(chǔ)；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(chǔ)、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(gè)進(jìn)站口處設(shè)置攝像機(jī)，在車(chē)站大廳安檢臺(tái)附近或

7、車(chē)站安檢室或車(chē)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(duì)各個(gè)安檢儀監(jiān)控圖像的實(shí)時(shí)查看、錄像存儲(chǔ)、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(chǔ)、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(chǔ)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(jiàn)圖1安檢區(qū)域高清視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在各個(gè)客運(yùn)站進(jìn)站口處設(shè)置高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在車(chē)站大廳安檢臺(tái)附近或車(chē)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(pán)錄像機(jī)設(shè)備（簡(jiǎn)稱(chēng)nvr）集中實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)安檢儀監(jiān)控圖像的實(shí)時(shí)查看、錄像存儲(chǔ)、圖像回放和調(diào)用功能。（1）視頻采集點(diǎn)。

8、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(tái)安檢儀設(shè)置4臺(tái)720p準(zhǔn)高清攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)旅客正面面部特征、旅客進(jìn)站安檢過(guò)程及行李特征的監(jiān)控，攝像機(jī)監(jiān)控位置見(jiàn)圖2安檢區(qū)域攝像機(jī)位置分布圖。4臺(tái)高清攝像機(jī)中其中2臺(tái)高清攝像機(jī)監(jiān)視安檢儀，1臺(tái)高清攝像機(jī)監(jiān)視通過(guò)安檢門(mén)的人員，另一臺(tái)高清攝像機(jī)監(jiān)視這一套安檢設(shè)備的整個(gè)場(chǎng)景。采集點(diǎn)采用支持高清ip百萬(wàn)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(jí)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(chǎng)條件定為 2.54.5 m，以能清楚監(jiān)控旅客安檢過(guò)程及行李特征為宜。其中一

9、臺(tái)攝像機(jī)采集旅客正面面部特征圖像，另一臺(tái)攝像機(jī)采集安檢過(guò)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(guò)超五類(lèi)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(duì)安檢口視頻的實(shí)時(shí)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(wàn)像素，720p分辨率，每路對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求范圍為45 mbit/s。本系統(tǒng)最終要接入至鐵路局綜合視頻監(jiān)控平臺(tái)，預(yù)留軟件接口。（4）視頻存儲(chǔ)方案。視頻存儲(chǔ)采用本地存儲(chǔ)方式，各站均采用nvr設(shè)備直接本地存儲(chǔ)。本系

10、統(tǒng)單路視頻存儲(chǔ)時(shí)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(chǔ)容量為：4 mbit/s×3600 s×24 h×10 d/8/1024/1024=0.4tb。 每座車(chē)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(chǔ)總?cè)萘啃枨蟆＃?）對(duì)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(hào)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45 mbit/s。每臺(tái)高清視頻監(jiān)控終端按同時(shí)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

11、）高清攝像機(jī)的實(shí)時(shí)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(shí)圖像。具有時(shí)間序列搜索引擎，能直接在重新格式化的硬盤(pán)里存取視頻及圖片文件，使用者只需輕松移動(dòng)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(hù)控制所選攝像機(jī)上下左右移動(dòng)，以及圖像放大、縮小等操作。（3）視頻壓縮功能。遵循h(huán).264壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在保證畫(huà)面質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)視畫(huà)面的數(shù)據(jù)壓縮。（4）視頻存儲(chǔ)錄像功能。支持計(jì)劃存儲(chǔ)、交互存儲(chǔ)以及報(bào)警聯(lián)動(dòng)存儲(chǔ)等；可在監(jiān)視終端上按時(shí)間、地點(diǎn)、報(bào)警量檢索存儲(chǔ)錄像；可以回放選定的存儲(chǔ)錄像。（5）多碼流圖像功能。支持多碼流影像，用戶(hù)能根據(jù)原視

12、頻，利用窗口分割功能，將重要監(jiān)視區(qū)分出12個(gè)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(huà)質(zhì)等，并可分開(kāi)錄像。通過(guò)多碼流功能，可以彈性管理帶寬及存儲(chǔ)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。可選擇事件列表中項(xiàng)目，查找對(duì)應(yīng)系統(tǒng)事件信息或錄像片段。同時(shí)，提供按時(shí)間、按攝像機(jī)編號(hào)等多種錄像片段檢索方式。（7）多畫(huà)面顯示功能。在單個(gè)監(jiān)視終端上，支持1/4/6/12/16畫(huà)面布局方式。可針對(duì)每個(gè)畫(huà)面分別任意指定攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)的同時(shí)監(jiān)視。同時(shí)支持對(duì)任選一路圖像以全屏方式顯示。（8）分組與巡航功能。可通過(guò)增加分組的方式來(lái)觀看多路視頻圖像，并可自動(dòng)在不同分組間切換

13、。若某路視頻發(fā)生報(bào)警，可自動(dòng)切換至該路視頻。在正常情況下，視頻監(jiān)視終端自動(dòng)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(dòng)報(bào)警、系統(tǒng)內(nèi)部報(bào)警時(shí)，視頻監(jiān)視終端自動(dòng)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(hù)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(guò)簡(jiǎn)單設(shè)定，即可輕松將攝像機(jī)放置在地圖上任何一個(gè)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(shí)畫(huà)面。（11）資源及設(shè)備管理功能。對(duì)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(duì)系統(tǒng)資源的綜合調(diào)配。（12）用戶(hù)管理功能。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)用戶(hù)信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，支持用戶(hù)注冊(cè)、修改、刪除等操作。（13）權(quán)限和優(yōu)先級(jí)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(hù)以及修改用戶(hù)權(quán)限，可進(jìn)行全線的權(quán)限和優(yōu)先級(jí)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(yǔ)“高清”對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(chǔ)、顯示設(shè)備，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)滿(mǎn)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(shì)。參考文獻(xiàn)1 師研，侯宗友，吳平，高清趨勢(shì)下鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)j.中國(guó)鐵路，20