地鐵監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控應(yīng)用研究

地鐵監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控應(yīng)用研究

1監(jiān)控圖像分辨率低視頻監(jiān)控系統(tǒng)是確保城市軌道交通組織和公共安全的重要工具。從用戶的角度來看，它通常分為兩類：特殊視頻監(jiān)控系統(tǒng)和公共視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其中,專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)為調(diào)度人員和車站值班員提供列車運行、設(shè)備室設(shè)備運行、客流情況等視頻信息,在一般情況下為運營指揮提供服務(wù),在突發(fā)情況下亦作為搶險防災(zāi)的重要手段;而公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控處理突發(fā)犯罪的系統(tǒng),為各級公安人員提供實時監(jiān)視畫面,以便及時發(fā)現(xiàn)和打擊違法犯罪行為。隨著近年軌道交通迅猛發(fā)展,客流不斷增大,傳統(tǒng)的模式攝像機視頻圖像分辨率已逐漸不能滿足使用需求,對視頻監(jiān)控圖像清晰度的需求已經(jīng)從看到變?yōu)榭辞?。地鐵空間作為人員集中、流動性較強的公共場所,急需利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)全過程、全方位的安全生產(chǎn)和防范。2數(shù)模結(jié)合的準(zhǔn)數(shù)字監(jiān)控與全數(shù)字視頻監(jiān)控視頻監(jiān)控按系統(tǒng)發(fā)展歷程基本可以劃分為3個階段,20世紀90年代之前采用模擬監(jiān)控、21世紀初出現(xiàn)數(shù)模結(jié)合的準(zhǔn)數(shù)字監(jiān)控和近些年興起的全數(shù)字視頻監(jiān)控,也稱IP視頻監(jiān)控。目前,隨著監(jiān)控技術(shù)發(fā)展,純模擬監(jiān)控系統(tǒng)已完全退出市場,模擬+數(shù)字監(jiān)控也已大幅萎縮,以高清720P和1080P的IP攝像機的大規(guī)模使用為代表的IP視頻監(jiān)控市場自2010年起開始迅速增長。2.1視頻模擬系統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)是以模擬標(biāo)清視頻信號為基礎(chǔ),大容量視頻矩陣和VCR為核心,輔以視頻分配器、字符疊加器等組成的模擬系列,其前端攝像機、車站組網(wǎng)、車站到控制中心間的視頻信號均采用模擬監(jiān)控方式。模擬信號通過視頻同軸電纜連接至視頻矩陣供車站人員調(diào)看,同時轉(zhuǎn)化為光信號傳輸至控制中心,還原成多路獨立的模擬信號,輸出到顯示設(shè)備上。2.2數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點是在一定距離內(nèi)圖像質(zhì)量保持得很好,而要遠距離、同步傳輸多路高清晰視頻和音頻信號,性價比最高的方法是將模擬信號進行數(shù)字化,經(jīng)壓縮后利用專用通道進行傳輸,在這種前提下,模擬+數(shù)字的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運而生。2.3數(shù)字攝像機及視頻全數(shù)字視頻監(jiān)控是相對準(zhǔn)數(shù)字視頻監(jiān)控而言,也被稱為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控,是以計算機局域網(wǎng)與視頻壓縮技術(shù)為核心,輔以數(shù)字傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控系列,各車站的組網(wǎng)方式均采用類似于計算機局域網(wǎng)的方式。其車站組網(wǎng)、錄像及車站至控制中心傳輸均采用數(shù)字方式,攝像機的采用方面IP網(wǎng)絡(luò)攝像機、半網(wǎng)絡(luò)HD-SDI/HDCVI攝像機均有應(yīng)用,目前新建線以IP網(wǎng)絡(luò)攝像機為主流。以采用IP攝像機為例,車站攝像機前端將圖像編碼后與控制信號一起送入本地以太網(wǎng)交換機供車站人員調(diào)看,同時通過傳輸系統(tǒng)提供的共線以太網(wǎng)通道連接至控制中心,控制中心通過解碼后轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號輸出到顯示設(shè)備上。其特點是組網(wǎng)簡單,便于維護,符合監(jiān)控系統(tǒng)高清化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。但網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)再先進,也有編解碼的延時,而且網(wǎng)絡(luò)自身易受攻擊,發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴影響較大,如圖2所示。3智能分析技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)前的城市軌道交通視頻監(jiān)控正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化的方向發(fā)展。對用戶而言,最迫切的需求就是智能化和高清化,一是隨著監(jiān)控點位的增長,運營工作人員有限,難以實時發(fā)現(xiàn)突發(fā)事件,而基于全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻智能分析技術(shù)恰恰能夠協(xié)助工作人員提升處理能力;二是圖像清晰度,圖像越清晰,智能分析等應(yīng)用業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確度也就越高。從2008年開始推行高清概念,圖像分辨率從以往主流的4∶3變換為16∶9,主要有準(zhǔn)高清D4/720P(1280×720)、半高清D3/1080i(1920×540)、全高清D5/1080P(1920×1080)等幾種分辨率。3.1模擬攝像機的不足網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(也稱IP攝像機)從2010年左右開始興起,經(jīng)過2007~2008年的新技術(shù)高價期后,現(xiàn)在已經(jīng)成為通用產(chǎn)品,價格也和傳統(tǒng)的模擬攝像機沒有太大區(qū)別。數(shù)字高清視頻是前端攝像機將圖像成像、視頻編碼,網(wǎng)絡(luò)接口及內(nèi)置程序集成到一起,通過交換機網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)傳送至機房,然后再分發(fā)給存儲和調(diào)看終端,同時通過傳輸通道傳送至控制中心實現(xiàn)調(diào)看和存儲冗余。相對于傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控的技術(shù)優(yōu)勢明顯。因為原理不同,導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不同,網(wǎng)絡(luò)化是其最基本的特征。系統(tǒng)主要由前端網(wǎng)絡(luò)高清攝像機、交換機、網(wǎng)絡(luò)存儲以及各調(diào)看終端組成。3.2hdcvi/hdsti生產(chǎn)由于網(wǎng)絡(luò)高清主要依賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù),而延時、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等影響在某些極端需要安全和高效超快速監(jiān)控的業(yè)務(wù)中不能接受,或者既有線改造難度較大。為了增加監(jiān)控畫面的實時性,降低改造項目成本,出現(xiàn)模擬高清(也稱作“同軸高清”),模擬高清主要有兩種方式:HD-SDI和HDCVI/HDTVI。其中HD-SDI是基于電影與電視工程師協(xié)會(SMPTE)串行鏈路標(biāo)準(zhǔn),通過同軸電纜來傳輸未壓縮數(shù)字視頻的一種實時無壓縮的高清廣電級攝像機,經(jīng)HD-SDI攝像機采集的圖像不需要經(jīng)過任何壓縮,只進行簡單模擬數(shù)字數(shù)轉(zhuǎn)換后便進行傳輸,能滿足無損和超快速監(jiān)控響應(yīng)的需求。在圖像到達機房滿足本地實時監(jiān)控需求后,再編碼進行存儲和向上一級轉(zhuǎn)發(fā),這部分和網(wǎng)絡(luò)高清一樣,所以確切來講還是半網(wǎng)絡(luò)高清。HDCVI由國內(nèi)廠商在2012年首次提出,2014年被收入國標(biāo),為我國國產(chǎn)化知識產(chǎn)權(quán)的解決方案。與HD-SDI的數(shù)字高清不同的是,HDCVI/HDTVI原則上來講仍然是模擬攝像機,只是其TVL已經(jīng)達到1000線以上,圖像清晰度不輸于網(wǎng)絡(luò)高清,但其傳回至機房的信號仍然是傳統(tǒng)的模擬視頻信號,從而減少信號轉(zhuǎn)化所需的時間,做到實時顯示。HDCVI/HDTVI較HD-SDI相比,優(yōu)勢為傳輸距離遠(HDCVI/HDTVI可做到500m及以上的距離內(nèi)可靠傳輸,HD-SDI傳輸距離為150m);可在同軸線纜上傳輸方向控制信號。劣勢為圖像質(zhì)量會隨傳輸距離增大而下降;另外在傳輸時要經(jīng)過模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換,也會增加視頻信號的損耗。3.3數(shù)字高清視頻解決方案兩種解決方案各有利弊。數(shù)字高清視頻解決方案中,數(shù)字信號通過網(wǎng)線傳輸,組網(wǎng)相對復(fù)雜;傳輸距離約100m,長距離傳輸需要多層交換機實現(xiàn);圖像編解碼時容易出現(xiàn)延時、暗區(qū)馬賽克等問題。但是數(shù)字化信息可以更好的應(yīng)用,在后期編碼處理和綜合分析上優(yōu)勢明顯,這也是視頻監(jiān)控發(fā)展的方向。適用于對應(yīng)用分析場景要求較高的新建項目。模擬高清視頻解決方案中,模擬信號可通過同軸線纜傳輸,組網(wǎng)簡單,對既有模擬視頻系統(tǒng)升級時,改造成本較低;信號傳輸距離較數(shù)字高清長;圖像可實時調(diào)用,解決了延時問題,但信號分析和存儲時仍需要進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換。適用于項目成本有限的改造項目。4主流解決方案目前,監(jiān)控行業(yè)采用的視頻編碼技術(shù)主要有MPEG-1/2、MPEG-4、H.264、H.265。國際上制定視頻編解碼的標(biāo)準(zhǔn)組織有兩個:一個是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO),制定的標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等;另一個是國際電聯(lián)(ITU-T),制定的標(biāo)準(zhǔn)有H.261、H.263、H.264、H.265等。其中,H.264標(biāo)準(zhǔn)在各項指標(biāo)上均有較好表面,是現(xiàn)在市場的主流解決方案。H.265在H.264的基礎(chǔ)上進一步改進了碼流、編碼質(zhì)量、延時和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系,節(jié)約編碼壓縮帶寬,是未來的發(fā)展趨勢。5速度設(shè)定的挑戰(zhàn)隨著高清視頻監(jiān)控的發(fā)展,存儲數(shù)據(jù)量和調(diào)用速度都有更高的要求,這對存儲方案也提出新的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段視頻監(jiān)控存儲系統(tǒng)主要有兩種,即IPSAN直存方案和云存儲方案。5.1視頻存儲方案IPSAN存儲方案是通過網(wǎng)絡(luò)(IP網(wǎng)絡(luò)),將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)封包的一種存儲標(biāo)準(zhǔn)。IPSAN存儲采用成熟的存儲硬件平臺和安全穩(wěn)定的存儲管理系統(tǒng),有效保證系統(tǒng)運行的安全性和可靠性;采用RAID技術(shù)、部件冗余保證系統(tǒng)的高可用性以及快速的數(shù)據(jù)恢復(fù)從而保證數(shù)據(jù)的安全;可以通過多種技術(shù)手段兼容各類型的前端視頻接入。目前的IPSAN存儲設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)將視頻監(jiān)控平臺管理軟件嵌入到存儲器內(nèi)部運行,變成一體化的應(yīng)用存儲平臺。可取消原有視頻圖像存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、回放都需要經(jīng)過的視頻服務(wù)器,減少系統(tǒng)節(jié)點,提高整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。對用戶而言,在視頻存儲業(yè)務(wù)中,不再需要流媒體服務(wù)器、存儲轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器。在圖片直存業(yè)務(wù)中,不再需要圖片服務(wù)器,大量減少交通接入服務(wù)器。5.2視頻存儲支持視頻監(jiān)控云存儲系統(tǒng)架構(gòu)采用分布式集群技術(shù):由云存儲管理集群、存儲陣列集群網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一應(yīng)用的API接口,通過虛擬化、云結(jié)構(gòu)化和高精確視頻應(yīng)用存儲構(gòu)成。運用集群構(gòu)架、負載均衡、對象存儲等技術(shù),結(jié)合視頻、圖片數(shù)據(jù)特點,面向應(yīng)用地滿足視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)高可靠性、不間斷的海量存儲需求。采用分散存儲技術(shù)加速大數(shù)據(jù)智能分析快速提取和分析效率。通過離散算法將同一通道的數(shù)據(jù)分散到不同的存儲節(jié)點。然后在數(shù)據(jù)讀取時各個存儲節(jié)點即可同時并行發(fā)送數(shù)據(jù),大幅提高數(shù)據(jù)讀取時的吞吐量。5.3存儲方案對比IPSPN與云存儲對比如表1所示。綜上所述,IPSAN存儲方案和云存儲方案各有利弊,云存儲作為新技術(shù)是行業(yè)發(fā)展方向,但IPSAN的高穩(wěn)定性和較高的性價比也一直受到客戶青睞。6準(zhǔn)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的局部升級改造用戶需求的發(fā)展總是引領(lǐng)著技術(shù)的更新?lián)Q代,高清視頻監(jiān)視技術(shù)的使用,大大提升了視頻的清晰度,更容易實現(xiàn)更多的智能分析業(yè)務(wù)功能擴展,實現(xiàn)精準(zhǔn)化的智能分析,運營、公安人員可從海量數(shù)據(jù)中解脫出來,提升效率。而隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,掀起數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化浪潮,數(shù)字高清視頻監(jiān)控更符合視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢,能夠滿足目前軌道交通視頻監(jiān)控需求,而針對一些改造難度較大的老線,采用模擬高清技術(shù)進行改造,也是一種節(jié)約成本并行之有效的方案。準(zhǔn)數(shù)字視頻監(jiān)控系