重慶高速公路編解碼視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與技術(shù)規(guī)范

1、重慶高速公路編解碼視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與技術(shù)規(guī)范1總體設(shè)計(jì)方案所遵循的標(biāo)準(zhǔn)32系統(tǒng)總體功能與管理需求42.1.監(jiān)控系統(tǒng)管理結(jié)構(gòu)42.2.圖像監(jiān)控和管理的具體要求42.2.1.中西部區(qū)域62.2.2.東北部和東南部區(qū)域62.3.編碼器、解碼器配置原則63系統(tǒng)整體功能需求84設(shè)備性能指標(biāo)要求94.1.模擬視頻指標(biāo)94.2.模擬音頻指標(biāo)94.3.視頻編碼參數(shù)104.4.音頻編碼參數(shù)104.5.業(yè)務(wù)接口114.6.功能要求115視頻傳輸管理軟件的功能要求125.1用戶(hù)管理與權(quán)限配置125.2設(shè)備參數(shù)配置和管理125.3圖像的切換與調(diào)度135.4攝像機(jī)和云臺(tái)的控制135.5軟解碼監(jiān)視和控制135.6優(yōu)先

2、級(jí)判定和控制145.7報(bào)警聯(lián)動(dòng)與預(yù)案響應(yīng)145.8觸發(fā)圖像存儲(chǔ)145.9日志記錄和查詢(xún)146編解碼視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)解決方案156.1 系統(tǒng)建設(shè)總體思想156.2 系統(tǒng)整體組網(wǎng)圖156.3 圖像以及信號(hào)采集系統(tǒng)176.4 圖像組播系統(tǒng)176.4.1 單播和組播176.4.2 視頻組播傳輸196.4.3 傳統(tǒng)監(jiān)控和組播方式監(jiān)控對(duì)比206.4.4 跨網(wǎng)段/跨區(qū)域IP組播監(jiān)控236.5 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)246.6 虛擬矩陣系統(tǒng)256.6.1 虛擬矩陣原理256.6.2 編解碼視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的關(guān)系277互編、互解、互控的實(shí)現(xiàn)方式291 總體設(shè)計(jì)方案所遵循的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方案所遵循的標(biāo)準(zhǔn)為：1. 重慶市高速

3、公路交通工程總體方案設(shè)計(jì)2. GB/T 17975.1-2000信息技術(shù)運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼 第一部分 系統(tǒng)3. GB/T 17975.2-2000信息技術(shù)運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼 第2部分 視頻4. GB/T 17975-2000 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼5. GB/T 17975.7-2000 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼系統(tǒng)、視頻和音頻部分的實(shí)施指南6. GB-50198-94民用閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范7. GY-T146/147-2000數(shù)字圖像上行站8. GY-T148-2000數(shù)字圖像下行站9. JTG F80.2-2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第二

4、冊(cè)：機(jī)電工程10. GY-T-121-1995有線(xiàn)電視系統(tǒng)測(cè)量方法（）11. ISO/IEC 7498 開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型12. ISO/IEC 13818MPEG2 運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音通用編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)13. RFC0791Internet Protocol14. RFC0917Internet Subnets15. RFC0950Internet Standard Subnetting Procedure16. RFC1112Host Extensions for IP Multicasting17. RFC2236 Internet Group Management Protocol, V

5、ersion 218. RFC2730Multicast MADCAP2 系統(tǒng)總體功能與管理需求2.1. 監(jiān)控系統(tǒng)管理結(jié)構(gòu)根據(jù)重慶市高速公路網(wǎng)監(jiān)控、收費(fèi)、通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成總體方案，重慶高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控構(gòu)成采用以下方式：重慶市高速公路網(wǎng)劃將分為三個(gè)監(jiān)控區(qū)域，分別為中西部、東北部和東南部區(qū)域。中西部區(qū)域內(nèi)采用三級(jí)運(yùn)營(yíng)管理模式：第一級(jí)為重慶市監(jiān)控總中心兼任的中西部區(qū)域監(jiān)控中心，第二級(jí)為各公司監(jiān)控中心，第三級(jí)為隧道監(jiān)控站和外場(chǎng)設(shè)備。東北部和東南部區(qū)域也采用三級(jí)運(yùn)營(yíng)管理模式：第一級(jí)為重慶市監(jiān)控總中心，第二級(jí)為區(qū)域監(jiān)控中心（擬設(shè)置在萬(wàn)州和武?。谌?jí)為路段監(jiān)控管理站。東北部和東南部區(qū)域由四級(jí)結(jié)構(gòu)組成，第

6、一級(jí)為重慶市監(jiān)控總中心，第二級(jí)為區(qū)域監(jiān)控中心，第三級(jí)為監(jiān)控管理站，第四級(jí)為監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)站。監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)中的各級(jí)均由局域網(wǎng)構(gòu)成。在監(jiān)控總中心、區(qū)域監(jiān)控中心、公司監(jiān)控中心及監(jiān)控管理站內(nèi)設(shè)置有服務(wù)器、交通監(jiān)控、視頻監(jiān)控等工作站、打印機(jī)、電視墻和或大屏幕投影等設(shè)備。外場(chǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)站設(shè)置以太網(wǎng)交換機(jī)，各外場(chǎng)設(shè)備均通過(guò)光纜或電纜接入交換機(jī)后，經(jīng)通信系統(tǒng)上傳至公司監(jiān)控中心或監(jiān)控管理站。視頻圖像則直接接入通信站，經(jīng)通信系統(tǒng)上傳。各級(jí)局域網(wǎng)之間通過(guò)通信系統(tǒng)提供的傳輸平臺(tái)組成廣域網(wǎng)。2.2. 圖像監(jiān)控和管理的具體要求對(duì)于視頻圖像，重慶高速公路視頻系統(tǒng)采用監(jiān)控圖像與收費(fèi)圖像共同傳輸方式，采用彈性分組環(huán)（R

7、PR）技術(shù)與多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)（MSTP）技術(shù)相結(jié)合的方式。所有圖像均為數(shù)字化，由各級(jí)監(jiān)控和收費(fèi)系統(tǒng)中的視頻傳輸管理器通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)控制和切換調(diào)用。第 30 頁(yè) 共 30 頁(yè)2.2.1. 中西部區(qū)域在中西部區(qū)域采用彈性分組環(huán)（RPR）技術(shù)，將重慶市監(jiān)控總中心與所管轄路網(wǎng)內(nèi)6個(gè)公司監(jiān)控中心共同組成RPR環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)上開(kāi)通120路圖像傳輸通道。圖像傳輸通道可動(dòng)態(tài)分配。此外，監(jiān)控總中心在從各公司調(diào)用圖像時(shí)，至少應(yīng)為路公司監(jiān)控下屬收費(fèi)站業(yè)務(wù)保留8路圖像傳輸通道。 對(duì)于渝涪、成渝、渝遂和渝鄰公司，在本公司所管轄的路段上組建RPR環(huán)網(wǎng)，將所有監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的攝像機(jī)通過(guò)通信站接入通信系統(tǒng)的RPR環(huán)網(wǎng)。暫

8、定RPR環(huán)網(wǎng)上提供64路可動(dòng)態(tài)分配的圖像傳輸通道。 對(duì)于1公司，需建設(shè)3個(gè)RPR環(huán)網(wǎng)；在5公司中，外環(huán)路和渝武路分別組成RPR環(huán)網(wǎng)，渝瀘段則需另外組成RPR環(huán)網(wǎng)并通過(guò)骨干RPR環(huán)網(wǎng)與5公司連接。2.2.2. 東北部和東南部區(qū)域在東北部和東南部區(qū)域，監(jiān)控管理站有圖像調(diào)用和控制的最高優(yōu)先權(quán)。在各監(jiān)控管理站，按其管轄范圍分別組建RPR環(huán)網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的攝像機(jī)均接入相應(yīng)的環(huán)網(wǎng)中，暫定RPR環(huán)網(wǎng)提供64路圖像傳輸通道，監(jiān)控系統(tǒng)有優(yōu)先使用56路圖像傳輸通道的權(quán)利，另外8路圖像傳輸通道則由收費(fèi)系統(tǒng)優(yōu)先使用。圖像上傳也可采用事件觸發(fā)的方式。視頻圖像可在外場(chǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)站或收費(fèi)站本地錄像。區(qū)域監(jiān)控中心可從各

9、監(jiān)控管理站控制和調(diào)用32路圖像；重慶市監(jiān)控總中心可從區(qū)域監(jiān)控中心控制和調(diào)用32路圖像。由于東北部區(qū)域有3個(gè)公司，每個(gè)公司收費(fèi)中心還可從監(jiān)控管理站控制和調(diào)用832路圖像。2.3. 編碼器、解碼器配置原則為了順應(yīng)重慶市高速公路建設(shè)和管理的需要，同時(shí)降低建設(shè)和管理運(yùn)營(yíng)的費(fèi)用，結(jié)合基本網(wǎng)絡(luò)情況，編解碼器配置采用多編少解的原則。解碼器的配置原則：根據(jù)中心顯示設(shè)備的數(shù)量，基本按顯示設(shè)備和解碼器比例1:1配置。編碼器的配置原則：根據(jù)每各路段需要監(jiān)控的圖像的數(shù)量，基本按攝像機(jī)和編碼其1:1比例配置。3 系統(tǒng)整體功能需求1、 對(duì)系統(tǒng)中的所有圖像進(jìn)行集中控制，集中管理。各級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)需具有技術(shù)方案統(tǒng)一性，與其他系統(tǒng)

10、協(xié)作工作時(shí)具備結(jié)構(gòu)開(kāi)放性；2、 系統(tǒng)中各級(jí)中心可以依照權(quán)限調(diào)用任意一路監(jiān)控圖像，在圖像調(diào)用過(guò)程中各中心相互獨(dú)立，互不干擾，即各中心調(diào)用圖像時(shí)，不受其他中心調(diào)用圖像的影響，允許多個(gè)中心同時(shí)調(diào)用同一路圖像，同時(shí)依照權(quán)限判定對(duì)圖像進(jìn)行操作；3、 任何圖像以任何方式調(diào)用均只經(jīng)過(guò)一次編碼和解碼，不允許出現(xiàn)再編再解的情況；4、 利用軟件管理系統(tǒng)可以直接調(diào)用任意編碼器的視頻畫(huà)面到監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控；利用軟件管理系統(tǒng)可以調(diào)用任意編碼器的監(jiān)控視頻到指定的數(shù)字視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。5、 系統(tǒng)需要具備報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，當(dāng)有報(bào)警事件發(fā)生時(shí)，能夠按照預(yù)案自動(dòng)切換和調(diào)度圖像，存儲(chǔ)圖像。系統(tǒng)支持對(duì)各種事件設(shè)置處理預(yù)案，提高對(duì)各類(lèi)

11、事件的處理速度；6、 系統(tǒng)中一個(gè)中心發(fā)生故障時(shí)，不對(duì)其他中心造成任何影響，同時(shí)可以通過(guò)其他中心實(shí)現(xiàn)應(yīng)急中心的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)中心的功能；7、 系統(tǒng)提供多種控制優(yōu)先級(jí)供用戶(hù)選擇和定義，滿(mǎn)足各種情況下各中心對(duì)攝像機(jī)的獨(dú)立和并發(fā)控制要求；8、 系統(tǒng)支持圖像軟解碼，支持在PC桌面顯示監(jiān)控圖像；9、 所有編解碼器必須按照本設(shè)計(jì)方案提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼和封裝，用以實(shí)現(xiàn)不同廠家的編碼器之間可以互編、互解；10、 所有編解碼器必須依照本設(shè)計(jì)方案提出的控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)編解碼器進(jìn)行控制；使得軟件系統(tǒng)能夠方便的對(duì)不同廠家的編碼器和解碼器進(jìn)行控制；4 設(shè)備性能指標(biāo)要求4.1. 模擬視頻指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)要求視頻輸出幅度（17）（

12、mV）P-P700±20行同步幅度（17）（mV）P-P300±9色同步幅度（17）（mV）P-P300±9幅度特性（sinx/x）(dB)4.8MHz0.5, 0.55.00.5，1.05.50.5，2K因子（17）（）2T3亮度非線(xiàn)性（330）（）3DG（330）（%）±2DP（330）()±2色亮增益不等（17）（）±3色亮?xí)r延不等（17）（%）±20S/N加權(quán)值58行同步前沿抖動(dòng)（17）（ns）P-P104.2. 模擬音頻指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)要求幅頻響應(yīng)60Hz18KHzL0.5, 0.5R0.5, 0.5諧波失真L0.5R

13、0.5S/NL70R70左右聲道串?dāng)_L > R70R > L70左右聲道電平差0.5左右聲道相位差54.3. 視頻編碼參數(shù)項(xiàng)目技術(shù)要求視頻格式ISO/IEC 13818 MPEG-2 4:2:0MPML系統(tǒng)層TSTS碼速率1.515Mbps可調(diào)視頻制式支持NTSC、PAL視頻格式D1、HD1、SIF、QSIF可選幀結(jié)構(gòu)I、IP、IBP、IBBP可選幀速率25Hz、30Hz可選圖像分辨率720×480（NTSC）、720×576（PAL），向下兼容4.4. 音頻編碼參數(shù)項(xiàng)目技術(shù)要求音頻格式MPEG-1/2可選 音頻路數(shù)兩個(gè)單聲道、一路立體聲音頻壓縮碼率64384K

14、bps4.5. 業(yè)務(wù)接口項(xiàng)目技術(shù)要求視頻輸入接口模擬復(fù)合視頻（CVBS）接口模擬Y/C分量視頻（S-Video）接口音頻輸入接口模擬平衡或非平衡音頻接口支持1路立體聲，或2個(gè)單聲道信號(hào)輸出接口IP輸出接口（100M）RJ45網(wǎng)管接口100/10Base-T以太網(wǎng)接口 RJ45控制接口RS232/485/4224.6. 功能要求項(xiàng)目技術(shù)要求發(fā)送方式單播，組播組播協(xié)議IGMP v2TS流包長(zhǎng)188IP打包方式UDP（TS數(shù)目可以自由設(shè)定）設(shè)備控制協(xié)議SNMP控制接口100/10Base-T以太網(wǎng)接口 RJ455 視頻傳輸管理軟件的功能要求視頻傳輸管理軟件同監(jiān)控系統(tǒng)軟件一樣統(tǒng)一采用C/S架構(gòu)，各中心

15、視頻傳輸管理器全部通過(guò)SNMP協(xié)議對(duì)編解碼器設(shè)備進(jìn)行控制。視頻傳輸管理軟件要求與編解碼器參數(shù)配置軟件獨(dú)立開(kāi)來(lái)。對(duì)設(shè)備本身參數(shù)的各項(xiàng)設(shè)置由各個(gè)編解碼器廠家提供的控制軟件完成，視頻傳輸管理軟件只對(duì)包括設(shè)備IP地址、發(fā)送和接收地址等在內(nèi)的部分參數(shù)進(jìn)行配置和修改。這樣做既方便了控制管理、又防止了誤操作，同時(shí)也大大降低了軟件的集成難度。通過(guò)視頻傳輸管理軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：5.1用戶(hù)管理與權(quán)限配置視頻傳輸管理軟件可以依照用戶(hù)的需求隨意添加監(jiān)控總中心、各區(qū)域監(jiān)控中心、各道路監(jiān)控中心、各監(jiān)控站。每級(jí)監(jiān)控中心和監(jiān)控站下可以任意的添加攝像機(jī)（每個(gè)攝像機(jī)對(duì)應(yīng)1臺(tái)編碼器）和監(jiān)視器（每個(gè)監(jiān)視器對(duì)應(yīng)1臺(tái)解碼器）?？梢詫?duì)

16、攝像機(jī)和監(jiān)視器進(jìn)行分組，能夠定義和修改攝像機(jī)、監(jiān)視器和組的名稱(chēng)。各級(jí)中心以、監(jiān)控站以及所屬的攝像機(jī)和監(jiān)視器需要以樹(shù)形列表的方式顯示。能夠添加和刪除用戶(hù)，能夠定義用戶(hù)的權(quán)限。可以隨意定義該用戶(hù)可以觀看的圖像，可以定義到每臺(tái)攝像機(jī)和監(jiān)視器能否被該用戶(hù)使用。能夠定義用戶(hù)的性質(zhì)為操作員還是觀察員，操作員可以執(zhí)行可管理圖像范圍內(nèi)的全部操作，觀察員只能夠軟解碼觀看圖像和軟解碼圖像切換。用戶(hù)登錄時(shí)，系統(tǒng)軟件采用所見(jiàn)即為所能夠操作的原則，界面上只顯示用戶(hù)能夠觀看和操作的各級(jí)中心、監(jiān)控站和設(shè)備，界面上只顯示用戶(hù)能夠使用的操作項(xiàng)，該用戶(hù)沒(méi)有被賦予的操作項(xiàng)為不可見(jiàn)。5.2設(shè)備參數(shù)配置和管理可以設(shè)定每一臺(tái)攝像機(jī)（編碼

17、其）和監(jiān)視器（解碼器）的設(shè)備IP地址、組播發(fā)送IP地址、組播接收IP地址、設(shè)備端口號(hào)?？梢蕴砑?、刪除和修改設(shè)備的參數(shù)，可以定義設(shè)備的名稱(chēng)、可以對(duì)設(shè)備的屬性進(jìn)行描述。5.3圖像的切換與調(diào)度該軟件需要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換、方案切換和組切換（輪詢(xún)）功能。能夠使前端任意一路圖像在任意一臺(tái)或多臺(tái)顯示器上播出。手動(dòng)切換。采用拖曳的方式，將前端任意一臺(tái)攝像機(jī)拖曳到監(jiān)視器上，達(dá)到切換的目的。方案切換。手動(dòng)切換對(duì)于小規(guī)模的圖像切換比較靈活，但是對(duì)于需要大規(guī)模圖像切換的情況操作起來(lái)比較麻煩。因此該軟件需要具備方案切換的功能，所謂的方案就是用戶(hù)預(yù)先定義多個(gè)攝像機(jī)和監(jiān)視器之間的關(guān)系，用戶(hù)只需要點(diǎn)擊1下制作的方案，監(jiān)視器就自動(dòng)

18、按照方案定義的對(duì)應(yīng)關(guān)系瞬間完成多個(gè)監(jiān)視器的圖像切換。用戶(hù)可以按照需要制作多個(gè)方案，可以對(duì)方案進(jìn)行添加、修改、刪除和命名等操作。組切換即輪訓(xùn)功能。每個(gè)組可以包含多個(gè)方案，可以定義各個(gè)方案之間的間隔時(shí)間，用戶(hù)只需要點(diǎn)擊1下制作的組，系統(tǒng)就能夠按照預(yù)先的定義，按照用戶(hù)定義的時(shí)間間隔，在各個(gè)方案之間輪詢(xún)切換。用戶(hù)可以按照需要制作多個(gè)組，可以對(duì)組進(jìn)行添加、修改、刪除和命名等操作。5.4攝像機(jī)和云臺(tái)的控制編碼器上需要具備RS232/485接口，攝像機(jī)控制信號(hào)通過(guò)該接口進(jìn)行傳輸，視頻傳輸管理軟件上，操作員可以對(duì)前端的攝像機(jī)或云臺(tái)進(jìn)行控制。能夠?qū)υ摂z像機(jī)或快球具備的所有功能進(jìn)行集成和操作。操作員可以在軟解碼界

19、面上對(duì)應(yīng)著圖像進(jìn)行攝像機(jī)和云臺(tái)控制。5.5軟解碼監(jiān)視和控制該軟件需要具備軟解碼觀看功能，最多支持4畫(huà)面MPEG-2 每畫(huà)面720*576分辨率。軟解碼每個(gè)畫(huà)面相當(dāng)于1個(gè)監(jiān)視器，需要支持手動(dòng)、方案切換和組切換功能。5.6優(yōu)先級(jí)判定和控制軟件在有多個(gè)客戶(hù)端控制同一個(gè)云臺(tái)時(shí)，能夠按照用戶(hù)的要求進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的判斷。5.7報(bào)警聯(lián)動(dòng)與預(yù)案響應(yīng)當(dāng)各類(lèi)報(bào)警系統(tǒng)有報(bào)警情況發(fā)生時(shí)，總體監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)按照提前制作好的預(yù)案，向編解碼圖像監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)動(dòng)命令，通知編解碼圖像監(jiān)控系統(tǒng)切換輸出哪些圖像。5.8觸發(fā)圖像存儲(chǔ)操作員可以通過(guò)該軟件任意錄制前端的任意一路圖像。5.9日志記錄和查詢(xún)?cè)撥浖軌蛴涗浢恳还P操作和設(shè)備的每一種狀態(tài)

20、和反應(yīng)，以供記錄和查詢(xún)。6 編解碼視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)解決方案6.1 系統(tǒng)建設(shè)總體思想高速公路CCTV系統(tǒng)能夠向管理者和運(yùn)營(yíng)商提供最為即時(shí)、直觀、全面的路況信息和管理依據(jù)，使得管理者能夠根據(jù)實(shí)際情況作出客觀及時(shí)的決策。系統(tǒng)的建設(shè)要考慮到今后幾年甚至幾十年業(yè)務(wù)的發(fā)展情況和系統(tǒng)現(xiàn)狀。根據(jù)當(dāng)前情況和建設(shè)目標(biāo)，應(yīng)用IP組播技術(shù)傳輸視頻數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)字視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)和與其他系統(tǒng)的整合是系統(tǒng)建設(shè)的核心所在?？紤]到圖像監(jiān)管系統(tǒng)的特殊性和重要性，對(duì)系統(tǒng)的建設(shè)提出以下總體思想：1、應(yīng)用IP組播技術(shù)需要監(jiān)控的內(nèi)容源眾多，并且需要接收監(jiān)控視頻的監(jiān)控中心分為2-3級(jí)，在克服再編再解的前提下，只有應(yīng)用IP組播技術(shù)才能滿(mǎn)足系統(tǒng)的

21、需要。從另一個(gè)方面應(yīng)用組播可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)省設(shè)備投資，升級(jí)擴(kuò)容更加方便。2、應(yīng)用一體化的綜合系統(tǒng)管理軟件應(yīng)用一體化的系統(tǒng)管理軟件，可以對(duì)整套監(jiān)控系統(tǒng)有著宏觀的管理優(yōu)勢(shì)，使每一個(gè)軟件模塊都成為整套監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)的一部分，體現(xiàn)出一種全新的區(qū)域管理理念。6.2 系統(tǒng)整體組網(wǎng)圖該系統(tǒng)按工作流程分為：前端圖像及信號(hào)采集系統(tǒng)、圖像組播系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、虛擬矩陣切換系統(tǒng)、電視墻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字存儲(chǔ)系統(tǒng)、報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)和PC軟解碼系統(tǒng)，各個(gè)視頻系統(tǒng)的功能全部通過(guò)視頻傳輸管理器控制實(shí)現(xiàn)。以下便是整個(gè)數(shù)字組播監(jiān)控調(diào)度存儲(chǔ)系統(tǒng)的組網(wǎng)圖 6.3 圖像以及信號(hào)采集系統(tǒng)該系統(tǒng)處于最前端，主要負(fù)責(zé)視頻信號(hào)的采集以及圖像控制信號(hào)

22、的傳輸。對(duì)于距離編碼器安置地點(diǎn)較遠(yuǎn)的攝像機(jī)而言，視頻信號(hào)通過(guò)光端機(jī)發(fā)送到編碼器所在地點(diǎn)，將模擬信號(hào)編碼后發(fā)送，其中可以根據(jù)需要在接收光端機(jī)之后集連一個(gè)視頻分配器，其中一路視頻信號(hào)接入編碼器，另一路信號(hào)接入事件檢測(cè)系統(tǒng)或者其他系統(tǒng)。對(duì)于距離編碼器較近的攝像機(jī)而言可以直接通過(guò)視頻線(xiàn)接入編碼器。對(duì)于球形攝像機(jī)而言除了要傳送視頻信號(hào)之外，還需要傳送控制信號(hào)，編碼器上面提供了RS232接口，提供了控制信號(hào)的傳輸通道。編碼器將視頻信號(hào)和控制信號(hào)分別封裝為IP數(shù)據(jù)包，這樣能夠防止由于編解碼延遲造成的不必要的控制信號(hào)的延遲。6.4 圖像組播系統(tǒng)高速公路所承載各種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)主要為IP網(wǎng)絡(luò)，IP網(wǎng)絡(luò)具有多方面的優(yōu)

23、勢(shì)，除了有較好的靈活性、穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)性，傳輸容量大，承載業(yè)務(wù)種類(lèi)多等各種優(yōu)點(diǎn)外，在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中還特別適用于和編解碼器相配合，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字視頻信息、控制信號(hào)和報(bào)警信號(hào)的傳輸。為了進(jìn)一步優(yōu)化對(duì)數(shù)字視頻信息傳輸?shù)男枰瓦M(jìn)一步增進(jìn)監(jiān)控的可管理性，IP 組播技術(shù)逐步成為現(xiàn)今高速公路監(jiān)控的一個(gè)必然趨勢(shì)。6.4.1 單播和組播IP組播是利用一種協(xié)議將IP數(shù)據(jù)包從一個(gè)源傳送到多個(gè)目的地，將信息的拷貝發(fā)送到一組地址，到達(dá)所有想要接收它的接收者處，是一對(duì)多的關(guān)系。IP組播是將IP數(shù)據(jù)包“盡最大努力”傳輸?shù)揭粋€(gè)構(gòu)成組播群組的主機(jī)集合，群組的各個(gè)成員可以分布于各個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)上。IP組播群組中成員的關(guān)系是動(dòng)

24、態(tài)的，主機(jī)可以隨時(shí)加入和退出群組，群組的成員關(guān)系決定了主機(jī)是否接收送給該群組的組播數(shù)據(jù)包，不是某群組的成員主機(jī)也能向該群組發(fā)送組播數(shù)據(jù)包。IP單播是IP組播的一種特殊形式，它只將一個(gè)特定的數(shù)據(jù)包從一個(gè)源傳送到一個(gè)目的地，只有一個(gè)接收者才能收到此數(shù)據(jù)包，是一對(duì)一的關(guān)系。單播和組播具體示意圖如下圖所示：同單播相比，組播效率非常高，因?yàn)槿魏谓o定的鏈路至多用一次，可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源。舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明，如下圖所示，建立一個(gè)主機(jī)發(fā)送者和遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)的通信，網(wǎng)絡(luò)中有N個(gè)用戶(hù)，對(duì)于監(jiān)控視頻圖像，一個(gè)視頻信息流需占用4Mbit/s的帶寬。在一個(gè)單播環(huán)境里，視頻服務(wù)器依次送出N個(gè)信息流，由網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)接收，共需要

25、Nx4Mbit/s的帶寬；如果服務(wù)器處于100Mbit/s的以太網(wǎng)內(nèi)，25個(gè)信息流就占滿(mǎn)了帶寬，所以主干網(wǎng)與設(shè)備接口間的容量是一個(gè)巨大的瓶頸，從而造成下圖所示的網(wǎng)絡(luò)阻塞。在一個(gè)組播環(huán)境里，不論網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)數(shù)目有多少，設(shè)備發(fā)出的一個(gè)視頻流，由網(wǎng)絡(luò)中的路由器或交換器同時(shí)復(fù)制出N個(gè)視頻流，組播到每個(gè)特定的用戶(hù)，僅需4Mbit/s的帶寬。因此，在如下圖所示的系統(tǒng)環(huán)境中主干網(wǎng)是暢通的?？梢?jiàn)，IP組播能夠有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源，管理網(wǎng)絡(luò)的增容和控制開(kāi)銷(xiāo)，大大網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)的負(fù)荷，從而高性能地發(fā)送信息。另外，組播傳送的信息能同時(shí)到達(dá)用戶(hù)端，時(shí)延小，且網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器不需要知道每個(gè)客戶(hù)機(jī)的地址。所有的接收者使用一

26、個(gè)網(wǎng)絡(luò)組播地址，可實(shí)現(xiàn)匿名服務(wù)，并且IP組播具有可升級(jí)性，與新的IP和業(yè)務(wù)能相兼容。這些顯而易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)決定了未來(lái)高速公路的發(fā)展趨勢(shì)。因此本方案中視頻傳輸方式多采用組播方式。6.4.2 視頻組播傳輸在高速公路監(jiān)控視頻傳輸系統(tǒng)中，前端對(duì)圖像1進(jìn)行壓縮編碼的編碼器可以對(duì)后端所有的解碼器實(shí)施組播功能，只要對(duì)解碼器的接收參數(shù)稍做更改，所有解碼器便可以同時(shí)接收到圖像1的數(shù)字視頻信息數(shù)據(jù)，具有了1對(duì)多的邏輯關(guān)系；同理，對(duì)圖像2、3進(jìn)行壓縮編碼的編碼器也可以對(duì)后端所有的解碼器實(shí)施組播功能，解碼器也可以同時(shí)接收到圖像2、3的數(shù)字視頻信息數(shù)據(jù)。即可實(shí)現(xiàn)1臺(tái)編碼器發(fā)送，多臺(tái)解碼器接收的視頻組播傳輸機(jī)制，如下頁(yè)前三副

27、圖所示。因此，有了這種視頻組播傳輸機(jī)制，就可以理解為后端的任意一臺(tái)解碼器可以接收到前端任意一臺(tái)編碼器所發(fā)送的數(shù)字視頻信息數(shù)據(jù)，如下頁(yè)最后一副圖所示，這樣的系統(tǒng)有以下兩個(gè)極大的優(yōu)點(diǎn)：1、若前端監(jiān)控點(diǎn)有100個(gè)編碼器輸出IP數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)建方法就需要100個(gè)解碼器接收這些IP數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)控中心只有20臺(tái)監(jiān)視器進(jìn)行視頻監(jiān)視，這樣就有80臺(tái)解碼器的使用出現(xiàn)了浪費(fèi)。但是利用了組播傳輸機(jī)制后，監(jiān)控中心只需要配備20臺(tái)解碼器就能完成相同的功能，大大減少了這方面80臺(tái)解碼器的投資預(yù)算。2、由于后端的任意一臺(tái)解碼器可以接收到前端任意一臺(tái)編碼器所發(fā)送的數(shù)字視頻信息數(shù)據(jù)，這樣就完成了傳統(tǒng)切換矩陣的功能，簡(jiǎn)化了網(wǎng)

28、絡(luò)的結(jié)構(gòu)，更加節(jié)省了設(shè)備的投資。6.4.3 傳統(tǒng)監(jiān)控和組播方式監(jiān)控對(duì)比下圖所示的便是傳統(tǒng)監(jiān)控和組播監(jiān)控之間結(jié)構(gòu)對(duì)比，可以很明顯的看到，在實(shí)現(xiàn)相同的功能基礎(chǔ)下，組播監(jiān)控比傳統(tǒng)監(jiān)控結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，并且比傳統(tǒng)監(jiān)控所使用的設(shè)備的要少。因此，可以把組播監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)歸納概括為以下幾點(diǎn)：1、由于使用的設(shè)備要少，組播監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)更加簡(jiǎn)單，從而使整套系統(tǒng)的穩(wěn)定性更高，整套系統(tǒng)的投資更少，滿(mǎn)足了管理者和運(yùn)營(yíng)商對(duì)于成本控制的需要和需求。2、傳統(tǒng)監(jiān)控在實(shí)現(xiàn)多級(jí)監(jiān)控時(shí)，都需要用解碼器把前端所發(fā)送來(lái)的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)解碼輸出模擬視頻后，再利用編碼器對(duì)此模擬視頻進(jìn)行編碼后向上級(jí)進(jìn)行傳輸，此種方式不僅使用了多余的設(shè)備，造成了資金的

29、浪費(fèi)；而且下級(jí)切給上級(jí)哪路圖像上級(jí)才能看到那路圖像，造成了在管理上有諸多的鴻溝和盲點(diǎn)；最重要的一點(diǎn)是出現(xiàn)了再編再解的現(xiàn)象發(fā)生。與此相比較的是，組播監(jiān)控系統(tǒng)的編碼過(guò)程只使用了一次，無(wú)論幾級(jí)監(jiān)控，各級(jí)監(jiān)控的解碼器直接從網(wǎng)絡(luò)中接收IP組播信號(hào)，避免了再編再解的現(xiàn)象；并且在管理性上有大幅度的提高，可以利用視頻控制管理器控制解碼器接收前端任意一路視頻，而不受下級(jí)監(jiān)控中心的影響。在下面兩副圖里簡(jiǎn)要描述一下組播監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：在此IP網(wǎng)絡(luò)里有兩臺(tái)編碼器對(duì)圖像1和圖像2分別進(jìn)行編碼壓縮處理，并且這兩臺(tái)編碼器同時(shí)相IP網(wǎng)絡(luò)里發(fā)送IP組播信號(hào)。在第一副圖中，由于解碼器可以接收到前端所有編碼器所發(fā)送IP組播信息，因

30、此監(jiān)控中心的管理員可以通過(guò)視頻控制管理器控制解碼器選擇進(jìn)行解碼，當(dāng)前解碼器解碼并輸出圖像1。在第二副圖中，所有的硬件架構(gòu)和第一副圖沒(méi)有任何區(qū)別，只要監(jiān)控中心的管理員通過(guò)視頻控制管理器對(duì)解碼器進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)轉(zhuǎn)換后，解碼器便可以接收另外一臺(tái)編碼器所發(fā)送的IP組播信息，當(dāng)前解碼器解碼并輸出圖像2。6.4.4 跨網(wǎng)段/跨區(qū)域IP組播監(jiān)控在下面兩副圖里簡(jiǎn)要描述一下跨網(wǎng)段/跨區(qū)域組播監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：在這兩段IP網(wǎng)絡(luò)（跨網(wǎng)段）中的下級(jí)網(wǎng)絡(luò)中包括有兩臺(tái)編碼器對(duì)圖像1和圖像2分別進(jìn)行編碼壓縮處理，并且這兩臺(tái)編碼器同時(shí)相IP網(wǎng)絡(luò)里發(fā)送IP組播信號(hào)。另外，上下級(jí)兩個(gè)網(wǎng)段中都包括有一個(gè)監(jiān)控中心，每個(gè)監(jiān)控中心有一臺(tái)解碼

31、器以接收前端編碼器所發(fā)送的IP組播信息。在第一副圖中，由于下級(jí)網(wǎng)段中解碼器可以接收到同一個(gè)網(wǎng)段前端所有編碼器所發(fā)送IP組播信息，因此監(jiān)控中心的管理員可以通過(guò)視頻控制管理器控制解碼器選擇進(jìn)行解碼，當(dāng)前解碼器解碼并輸出圖像1。另外，上級(jí)網(wǎng)段和下級(jí)網(wǎng)段通過(guò)路由器進(jìn)行相連接，所有編碼器所發(fā)送的IP組播信息可以通過(guò)路由轉(zhuǎn)換在上級(jí)網(wǎng)段中進(jìn)行傳輸，因此上級(jí)監(jiān)控中心的管理員同樣可以通過(guò)視頻控制管理器控制解碼器選擇進(jìn)行解碼，當(dāng)前解碼器解碼并輸出圖像1。在第二副圖中，所有的硬件架構(gòu)和第一副圖沒(méi)有任何區(qū)別，同理，只要各級(jí)監(jiān)控中心的管理員通過(guò)視頻控制管理器對(duì)解碼器進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)轉(zhuǎn)換后，解碼器便可以接收任意其他一臺(tái)編碼

32、器所發(fā)送的IP組播信息，當(dāng)前上級(jí)監(jiān)控中心解碼器解碼并輸出圖像2，下級(jí)監(jiān)控中心解碼器解碼并輸出圖像1。6.5 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)論通信鏈路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何，對(duì)于視頻傳輸系統(tǒng)而言都將其視為一個(gè)透明的傳輸鏈路，前端的各個(gè)編碼節(jié)點(diǎn)和各個(gè)中心都可以作為一個(gè)獨(dú)立的模塊接入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，如整體組網(wǎng)圖所示。采用這種方案對(duì)于新建的道路前端節(jié)點(diǎn)或各級(jí)中心而言都可以無(wú)縫的直接接入網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中無(wú)論對(duì)于擴(kuò)容、擴(kuò)建、還是升級(jí)而言都非常的方便，而且不會(huì)對(duì)原系統(tǒng)造成任何的影響，不會(huì)產(chǎn)生任何額外的浪費(fèi)。由于視頻傳輸需要通過(guò)主播功能實(shí)現(xiàn)，因此通信鏈路和交換設(shè)備需要具備以下功能：信鏈路必須支持組播功能，交換機(jī)必須支持三層組播協(xié)議PIM-SM

33、、PIM-DM、IGMP V2；支持二層組播IGMP SNOOPING；單個(gè)交換機(jī)最大支持255個(gè)組播組。在沒(méi)有解碼器接收信號(hào)的時(shí)候，編碼器信號(hào)不在通信鏈路上傳輸，交換機(jī)直接將信號(hào)攔斷。6.6 虛擬矩陣系統(tǒng)6.6.1 虛擬矩陣原理傳統(tǒng)組網(wǎng)方式要想實(shí)現(xiàn)監(jiān)控切換調(diào)度等功能就需要使用模擬切換矩陣，并且必須先將前端傳輸?shù)街行牡乃袌D像先進(jìn)行解碼然后再輸出模擬信號(hào)到切換矩陣進(jìn)行切換。若是前端有200個(gè)點(diǎn)的圖像需要監(jiān)控，則就需要在監(jiān)控采集點(diǎn)和中心各需要200臺(tái)編碼器和200臺(tái)解碼器對(duì)圖像進(jìn)行編解碼，然后再通過(guò)切換矩陣切換輸出40路圖像給大屏幕。采用這種方式有以下缺點(diǎn)：1、大屏幕上只需要觀看40路圖像，而中

34、心卻要使用200臺(tái)解碼器，既造成了費(fèi)用的增加，又占用了過(guò)多的空間。2、需要購(gòu)買(mǎi)支持200路圖像輸入的矩陣，價(jià)格昂貴。所謂虛擬矩陣就是不通過(guò)實(shí)物矩陣而是通過(guò)計(jì)算機(jī)操作控制來(lái)實(shí)現(xiàn)矩陣功能的軟件系統(tǒng)。它不但具備實(shí)物矩陣具備的功能而且操作更為簡(jiǎn)單，功能更加強(qiáng)大，而且更加節(jié)省成本，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)IP鏈路量身設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。若是中心需要輪流監(jiān)控200路當(dāng)中的40 圖像，采用虛擬矩陣系統(tǒng)只需要40臺(tái)解碼器即可，而且不需要購(gòu)買(mǎi)實(shí)物矩陣就可實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)方式如下：1、虛擬矩陣軟件系統(tǒng)通過(guò)修改解碼器的接收組播IP地址可以對(duì)前端任意一路圖像進(jìn)行解碼觀看。每臺(tái)解碼器可以解碼輸出相同的圖像也可以輸出不同的圖像，然后接入監(jiān)視墻。

35、2、當(dāng)需要切換圖像的時(shí)候，不再需要實(shí)物矩陣而是直接修改解碼器的接收組播IP地址?？梢栽诮獯a器前面板進(jìn)行修改，同時(shí)可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)的修改。3、能夠按照用戶(hù)預(yù)先的設(shè)定，方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)輪訓(xùn)功能和可編程切換等功能。4、可以充分的節(jié)省帶寬：當(dāng)帶寬過(guò)小的時(shí)候傳輸通道中不必傳輸200個(gè)視頻流，而只需要傳輸40個(gè)視頻流即可。該軟件系統(tǒng)可以讓前端編碼器只編碼但是不發(fā)送，而當(dāng)虛擬矩陣設(shè)定解碼器接收哪一路圖像的時(shí)候再通知前端的那路編碼器輸出，這樣就可以保證哪些圖像需要被觀看，哪些圖像才會(huì)在鏈路中傳輸。MSTP多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)總帶寬為622M，每路視頻編碼后需要4.5M左右，這樣就只需要4.5 X 40 = 180