高速公路视频联网监控平台的研究与设计

关键词： 视频 高速公路 引言 监控

高速公路视频联网监控平台的研究与设计（精选5篇）

篇1：高速公路视频联网监控平台的研究与设计

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高速公路视频联网监控平台的研究与设计作者：屈立成 王俊 段玲 李鹏

来源：《现代电子技术》2011年第10期

篇2：高速公路视频联网监控平台的研究与设计

早期的视频监控系统在高速公路的建设初期，各项目中机电系统的管理基本都独立进行：监控、收费、通信（分）中心--收费站、通信站。

视频监控系统作为图像监视的惟一手段分别服务于机电系统中的监控系统、收费系统，为相对独立的两套视频监控系统。监控系统中的视频监控系统主要是完成对特殊区域（如互通立交、特大桥、隧道等）的设备状况、交通状态等进行监视。收费系统中的视频监控系统主要是完成对收费亭、收费车道，收费站的主要设施及业务流程等的监视。

--系统构成

在系统的构成上，不论是监控系统、还是收费系统，基本上可划分为前端摄像机、传输链路、监控室控制／显示设备三大部分。

前端摄像机可以划分为监控系统用的道路沿线摄像机、隧道洞口的摄像机、隧道洞内摄像机和收费系统用的收费亭摄像机、收费车道摄像机、收费广场摄像机。根据前端摄像机性能特点的不同可分为遥控式摄像机、固定式摄像机。遥控式摄像机包括道路沿线摄像机、隧道洞口摄像机、收费广场摄像机，固定式摄像机包括隧道洞内摄像机、收费亭摄像机，收费车道摄像机。

在传输链路的选择上，主要是以点对点的方式进行传输，具体的传输介质根据传输距离的远近依次选择单模光纤、多模光纤或同轴电缆。在选用光缆后，还需选择与之相匹配的光端机。

监控室控制设备中的基本项包括视频控制矩阵、监视器、时滞录像机。另外，根据具体的使用需求，还可增加投影设备、视频分配器，多画面分割器等。

--系统功能

刚开始实施机电系统时，视频监视主要是以各条高速公路为单位相对独立进行，此时的视频监视系统的联网仅是局限于监控中心--监控分中心、或是收费（分）中心--收费站之间的联接，不论在哪一级的监控室内，都可将其所获得的视频信号进行实时／具体的显示、对全部或部分输入视频信号的存储，根据需要对某一区段的存储信息进行回放／稽查／取证。

除以上功能外，在最基层监控室还能实现对遥控摄像机的镜头控制、云台转动、雨刷、启、“闭”等功能外。对于上一级机构的监控室则根据不同的功能需求有不同的设计方案：

1、被动的监视模式：上一级机构的监控室只能被动地接收下级机构选择或以轮循方式上传的视频图像信息，对上传图像进行显示、录像等操作；

2、主动的监视模式：上一级机构的监控室能够自主选择基层监控室的任何一路视频信号，但无法实现对遥控摄像机的控制；

3、远程监控模式：上一级机构监控室能够实现的功能与基层监控室所具有的功能基本一样，不仅可任意选择需要显示的图像，还可完成对遥控摄像机的控制。

频监控系统的功能需求分析

随着我国高速公路建设里程的不断增长，各省市的高速公路网逐步形成，高速公路运营管理的线控模式也随之向面控过渡，这就不仅要求机电系统中监控、收费业务的计算机网络联网，还要求视频监视系统也能够从原来的各路分管的模式朝联网监控的方向发展。而且，从目前几个省的联网需求情况上看，大都要求实现远程监控功能。另外，对道路监控图像，收费监控图像有进行集中管理的趋势。

视频联网监控系统的解决方案 在视频联网监控系统设计中，需要考虑的重点问题主要是视频图像传输和视频联网控制两个方面。下面先介绍一下在这两方面可能的解决方案。

--视频图像传输方案

视频图像传输方案即根据需上传的视频信号路数、传输距离等工程状况选择一个能够保证图像质量的传输方案。根据CCTV业内目前技术手段，视频图像传输方案可分为模拟方式、数字方式两大类。

1、模拟视频传输：模拟视频传输是最传统的传输方案。对于视频传输距离在三、四百米以内的情况，一般都采用同轴电缆作为传输介质直接传输，但视频传输距离大于三，四百米时，模拟视频传输将以光纤作为传输介质，它主要是利用光纤带宽范围大，光信号的强抗干扰特性等，其中又可分为点对点方式，多节点方式。

点对点的模拟视频传输方案通过模拟视频光端机将模拟视频信号转换成光信号，通过光纤进行传输，然后再通过模拟视频光端机将光信号还原为模拟视频信号。由于这种传输方式可以在图像传输距离满足光端机的使用前提下可靠地保证图像质量，工程造价较低，因此使它不仅在交通行业，而且在其他行业的CCTV系统中都得到广泛的应用。但是，在要求传输较多路数的视频信号时，需要足够芯数的光纤支持，而且必须集中在某点上、下视频信号。多节点的模拟视频传输是近年出现的新技术，它同样利用光纤的连接带宽资源，采用WDM或FDM技术在单芯光纤上传输32路、64路或更多路的视频信号。该方案不仅大大地提高了光纤的利用率，而且在保证图像质量的前提下延长的视频图像的传输距离。另外，部分此类产品还可以特别提供网络管理功能，提高系统的可靠性。

2、数字视频传输：在电子技术不断向数字化发展的同时，视频传输技术也走上了数字化道路。根据对视频信号的采样方式可分为非压缩方式、压缩方式。

非压缩数字视频传输方式也是以光纤的带宽资源为保证，将模拟信号通过模数转换设备变成数字视频信号，由光纤进行传输，在目的地再经数模转换还原成模拟视频信号。在此过程中，丰富的带宽资源允许一路或多路的视频图像不经压缩就进行远距离传输，图像质量得到绝对的保证。

压缩数字视频传输方案则是将模拟视频信号按视频压缩标准（M-JPEG、H．261、H.263，MPEG1、MPEG2，MPEG4等）进行压缩编码后在以太网（LAN／WAN／INTERNET），光纤以及E1信道（G.703）上实现图像传输，对带宽的要求也从几十K到几兆不等。这种传输方案中图像的质量必须有足够的传输带宽来做保障，带宽过窄时，图像将模糊不清，另外还会出现“马塞克”现象。

--视频联网控制方案

对于视频联网控制部分，大体可分为以微处理器为核心的矩阵控制方式和以PC机为主的多媒体控制方式两类。

☆矩阵控制方式：矩阵控制方式作为传统的CCTV控制模式，因其可实现从系统配置、用户编程、视频切换、遥控摄像机控制，报警联动等强大的管理功能，在闭路电视监控系统中得到广泛的应用。另外，矩阵还配有网络接口或串行接口以便实现与PC机的连接，由PC机及配套的图形管理软件等完成部分控制、图像管理功能。

☆PC机控制方式：在电子计算机技术飞速发展的时代，市场上也出现了不少以PC机为基础的闭路电视控制设备，它主要通过软件设计实现视频切换、矩阵控制、报警联动等一系列的控制功能。另外，随着互联网的逐步建设，为实现网上视频浏览、控制功能的视频Web服务器也就孕育而生。

目前高速公路视频联网监控系统的构成

和高速公路机电系统的其他部分一样，视频联网监控系统的最终目的是便于高速公路管理。因此，视频联网监控系统各层次设备的配置应是与监控、收费系统的管理层次相对应。目前，各省、市高速公路管理体制上因高速公路里程、范围的不同而有所区别。高速公路总里程较长，范围较广的省份基本上采用省中心一区域中心一路中心三级管理模式：高速公路总里程不长的省份则采用省中心一路中心两级管理模式：部分省份因高速公路建设里程过少，采用直接集中管理的模式。对于收费系统的管理，大站管小站、多个站进行集中管理的模式已被认可并逐步地推广。不论采用何种管理模式，视频联网监控系统的实现都有逐级上传的视频传输通道和由上而下的控制路由。

根据前文中对目前视频联网监控系统中所有可能应用在高速公路中的视频图像传输技术、视频联网控制技术的分析，结合国内高速公路通信系统、计算机网络的建设现状及视频源的分布特点可以得出结论，当前我国高速公路视频联网监控系统的构成还是一个混合式（模拟视频+数字视频）CCTV系统。

--视频图像传输方案

•收费亭摄像机／收费车道摄像机／收费广场摄像机--收费点／站监控室、隧道区域的洞内／洞口摄像机--隧道站监控室、收费点图像--收费站监控室等图像传输因其所需传输距离较近、视频路数有限，所以采用同轴电缆或光纤进行模拟视频传输是性价比较高的方案。

•道路沿线（互通区域、特大桥区域、特殊路段）的道路安全监控摄像机--路中心监控室图像传输则应根据具体情况，或是先传到就近的收费站／收费点与收费图像统一上传到路中心监控室，或是直接以模拟／数字视频方式通过光纤传输到路中心监控室。

•收费站／隧道站监控室--路中心监控室的图像传输根据项目情况，如果只是对每个站的视频信号有选择地上传几路，则建议以多路视频复用方式进行传输：如果对收费站的图像需要集中监视、管理，即所有收费图像都需要上传到路中心监控室，则每路视频只经一次调制解调的多节点模拟视频传输方案是经济可靠的方案。

•路中心监控室--（片区中心监控室）--省中心监控室之间一般只是选择性的上传有限的几路视频图像，而且传输的距离比较长，往往大于光端机的无中继距离。另外，考虑到高速公路上通信系统所能提供的传输带宽，建议在此区间的视频图像传输采用数字视频压缩方式（其中监控视频图像宜采用MPEG2压缩编解码，每路图像至少应采用4Mbps的带宽）。除了这些视频传输方式外，还有无线传输方案。但是，在高速公路机电系统中有专门的通信系统为监控，收费的数据、图像及话音传输提供线缆或通道，因此在高速公路的视频监控系统中基本上不采用无线传输方案。

--视频联网控制方案

根据我国高速公路机电系统运营管理模式需求，并且考虑保护已有的投资，采用以矩阵控制为主、PC机（多媒体计算机）控制为辅的方式较适合。视频控制矩阵之间可以直接通过通信系统提供的数据通道，或是由与矩阵相连的多媒体计算机通过以太网完成控制信号传输。由于不同厂家视频控制矩阵之间的兼容性较差，因此在实施各省、市的视频联网控制系统工程时，应尽可能地选用同一品牌的产品，避免因各厂家产品的兼容问题影响整个闭路电视系统联网控制功能的实现。另外，由于办公自动化、对外服务局域网的建设，在此两个局域网上的视频浏览功能也将提到议事日程上。相关公路管理部门、领导可通过内部办公局域网的终端根据权限范围浏览道路运营状况（从道路安全监控的角度考虑，在此应只设置浏览范围的权限，完全屏蔽控制权限），社会各界人事可通过登录交通系统的对外服务网站了解交通现状。

篇3：高速公路视频联网监控平台的研究与设计

随着全国高速公路建设的推进,视频监控系统在整个监控系统中所占比重和复杂程度日益增加,由于在高速公路建设初期全国各省基本上都没有全省高速公路视频资源联网监控的方案规划,已建成的高速公路采用的视频监控方案、技术指标、设备型号和接口标准等方面现实存在着不同程度的差异。随着高速路网的逐步形成,各条高速公路上相互独立的视频监控系统已逐渐不能满足管理的需要,省级管理部门也无法对整个运营路网的交通运行状况有一个全面的掌握,异常非富的视频监控资源不能在全省各职能管理部门之间联网共享,甚至出现同一重点监控区域重复建设的情况。对视频监控资源共享的迫切需求正推动着各省大力推进视频资源联网监控系统的建设,如何采用国际标准的视频编解码协议[1,2]和开放的网络流媒体访问协议[3,4],对于现有的监控资源进行整合提升,使视频监控系统与其他各子系统间实现无缝连接,并在统一的操作平台上实现管理和控制,实现省内交通视频资源的联网共享并为交通应急指挥提供强有力的支撑已成为当前路网运营管理的当务之急。

1 系统联网模型

省级高速公路交通监控网络结构复杂,不利于对整个监控网络的规划和系统资源的整合,也不利于全省范围内视频联网监控机制的实现。通过对交通管理层次[5]和路网建设运营现状的分析,结合交通设施设备“属地管理”的原则,在现有高速公路视频监控系统之上抽象出“交通监控域”的概念,对省级交通视频监控联网监控平台进行统一的模块化设计,简化相应的控制和数据流程,以最为简洁的模块化方式对全省范围内的视频监控资源进行统一的整合。所谓交通监控域是指“处于一定的地域范围,拥有一定量的交通监控资源,处于相同的联网节点逻辑结构之内,可以按照相同的联网规则控制的交通监控资源极其相应的道路基础设施的集合”。

有了交通监控域的概念,可分别按照全省视频资源联网监控规则的要求,对各个交通监控域内的监控资源和基础设施进行重新的整合。通过调研现行高速公路系统的建设与规划现状,根据路网运营管理中的行政隶属关系,将各高速路段公司划分为相对独立的监控域。监控域由视频监控资源和视频监控管理系统组成,通过视频监控管理系统操纵和控制域内所有的视频监控资源,如图1所示。每一个交通监控域就是一个独立的自治单元,可自行完成各自域内视频资源的管理与控制,并可在全省统一视频资源联网监控规则要求下与相关监控域联网组成更大的交通监控域,从而实现省内、省际乃至全国范围内的交通视频联网监控平台。

2 资源统一命名与标识

2.1 交通监控域的命名

视频联网监控平台内的每一个交通监控域都会被赋予一个名称,参照Internet网络上的域名系统(DNS)[6],其域内的资源根据一定的规则来统一命名,由本域内的资源服务器进行域名的解析。当多个交通监控域之间根据其管理职能形成树型结构时,交通监控域的名称就可根据其树型结构以域名的形式来表示,各个交通监控域的名称之间以“.”符号连接。

2.2 监控资源的命名

交通监控域内资源的命名采用资源名称加交通监控域名的方式,以“@”符号连接。资源名称建议采用英文字母和汉语拼音。采用此种命名方式可有效避免不同域内资源重名的问题,并且利于网络寻址的实现。

2.3 监控域的数字标识

根据各级监控域的隶属关系,对监控域及其域内资源进行统一的分类编号,使用较为精简的数字ID来标识每一个监控域,以方便计算机信息系统的交换、识别、存储与处理。

各级监控域使用固定长度的数字ID来识别,用9位10进制数字表示,由省级识别码、监控域识别码和资源预留三部分从高到低顺序构成。

2.4 监控资源的数字标识

监控资源ID使用监控域ID的编码规则,使用监控域ID中的资源预留部分,定义资源的类型和识别码,与监控域ID一起构成完整的资源ID,编码规则可适用于所有的各级监控域、用户、编码器和摄像机等资源。

3 资源访问权限

3.1 权限的定义

交通监控域内的所有用户和资源均需要设置相应的权限,用以区分用户的访问级别,约束用户对资源的访问。权限的设置应尽可能方便灵活,便于验证与修改。通过对系统功能和用户级别的分析,可将权限分为调看、控制、修改和网管4种权限。这四种权限之间是完全独立的,分别对应于不同的操作,定义如表3所示。

根据每一种权限的作用范围,再细分出高级、中级和低级三个级别,如表4所示。

3.2 权限的分配

监控域内的用户和资源可根据其具有的管理类型和访问级别来分配相应的权限。系统新加入的用户和资源不具有任何的权限,需要由授权用户对其分配权限后方可进入系统进行访问和操作。

权限的分配应由具有授权权限的用户来完成,每一个监控域应设置少量具有授权权限的授权用户,可随时更改其作用范围内的用户与资源的注册信息,授予和收回用户与资源的系统权限。对于没有授权权限的用户,即使其为最高级的调看或者监管用户,仍无法对普通用户进行授权。

平台的4种权限之间是完全独立的,不具有任何的交叉隐含关系,域内每一个用户和资源均可具有多种权限类别和级别,这些权限级别之间互相独立、互不干扰。权限分配时,可以分配和收回其中的一个或多个权限,对某一种权限的修改不会影响其他的权限。对于系统中的一般用户可授予其调看的权限,对于有资源控制需求的较高级用户,可授予其控制的权限;对于最高级别的用户可赋予其监管的权限,所有授予的权限仅在其作用范围内部起作用。

3.3 权限的验证

权限的验证由域内的资源管理服务器来完成,用户登录系统和访问资源时均需要向资源管理服务器发起权限验证请求,以获得访问该资源的权限。只有通过权限验证获得了访问许可的用户才可以进入系统使用资源。

权限的验证包括访问类别验证和级别验证。用户在请求使用资源时,资源管理服务器根据用户请求操作的类型来决定验证哪一种权限类别。然后查看该资源所要求的权限级别,并与用户的权限级别进行比较,如果符合则赋予用户访问资源的权力,如果不符合则拒绝用户使用资源。

对资源的控制权限通常只能赋予一个用户,当多个用户同时需要控制一个资源时,可根据用户控制权限级别的高低来决定哪个用户将获得资源的控制权力。在突发事件或者紧急情况下,高级别的用户可以“抢夺”低级别用户的控制权。

4 资源跨级访问

在新的监控网络模型中,所有交通监控域在逻辑上都是独立和完整的,每个监控域负责本域内全部用户和资源的管理与维护,监控域与邻接域之间开辟数字化视频传输通道,形成与行政隶属关系相匹配的树型结构,完成与上级域以及其他监控域之间的视频联网共享。对于监控域内部的视频访问可按照原有系统的要求来操作,直接根据权限来访问,由视频资源所在的流媒体服务器向视频编码器获取媒体流,并进行媒体转发至用户调用计算机上回放再现;如果所访问的视频资源不是本域的资源,即用户需要跨域资源访问,调看外域视频信息时,则需要通过路由查找算法寻找到邻接域的流媒体服务器并向其发出访问请求,由邻接域的流媒体服务器来继续完成视频流的获取任务。通过这样的方式就可以设计出一种递归式的资源访问规则,流媒体发布服务器通过向其邻域服务器和本地用户提供一种统一的资源访问算法来对视频监控资源进行访问和寻址,其算法流程如图2所示。

step1:客户向流媒体发布服务器发送“开始调看命令”。

step2:流媒体发布服务器通过TCP/IP网络收到调用客户发出的“开始调看命令”

step3:判断流媒体发布服务器到所请求调看的视频是否已有连接,若没有连接进入step4执行,否则进入step11执行。

step4:根据所请求调看视频资源的域名,判断是否为本域内部视频资源,若是则连接前端编码器和摄像机并进入step5执行,否则不是本域内部资源进入step7执行。

step5:连接本域内部视频编码器,准备接收视频流。

step6:判断连接编码器成功与否,若连接成功进入step11执行,否则连接失败进入step10执行。

step7:通过路由表查找请求视频所属的外域流媒体发布服务器。

step8:连接外域流媒体发布服务器,准备接收视频流。

step9:判断连接外域流媒体发布服务器成功否,若连接成功,则进入step11执行,否则连接失败,进入step10执行。

step10:连接失败,填写相关错误信息。

step11:将命令信息记入调看表并更新发送表,准备发送视频流。

step12:向客户发送开始调看命令响应,流程结束。

通过以上的资源访问方式,用户就可以跨多级流媒体服务器访问监控系统中的视频监控资源。这种递归式的资源访问方法简单有效,而且在多个上级服务器访问同一个监控设备的时候还能节省带宽,这对于视频图像的传输来说是十分重要的。

5 系统联网的原则与要求

交通视频联网监控平台构建于现有视频监控系统的基础之上,各区段高速公路的设计建设时间不同,视频监控采用技术标准不同,系统预留接口不统一,对视频联网监控的统一管理带来困难,结合目前路网建设运营现状,交通视频联网监控平台的联网建设应遵循“保持现状、提供接口、向下兼容、政策指导”的原则。所谓保持现状,是指现有的监控网络上的所有系统,尽量不去进行改动,保护原有功能与投资;提供接口是指对于需要用到的原有系统,要为其提供必要的数据传输接口,方便数据的传输与交换;向下兼容是指尽量采用国际标准的成熟的技术与方案,为后续的系统维护与改造提供便利条件;政策指导是指对于现有的监控系统应提出其联网监控的指导性意见,各参与联网的部门在此意见的指导下,根据自身实际情况来具体实施。

视频联网监控平台功能特点与系统联网要求如下:

(1) 视频多级联网监控。各级联网监控平台自成一体,可在本域内部完成全部的监控工作,同时也可与相邻域、上级域组成更大的联网监控域,通过对域内资源的统一域名标识,随时随地定位使用域内资源。

(2) 网内资源统一标识。结合省级联网监控主体的行政级别与业务归属关系,在交通监控域的概念下对域内资源进行统一命名与授权,包括用户标识、角色标识、机构标识等,方便各个信息系统之间用户信息共享与交换,实现资源管理的本地化和资源访问的全局化,提高省域范围内的视频资源管理的统一性和一致性。

(3) 网内资源统一访问。省级高速公路视频资源联网监控平台中,建立起统一命名规则的认证管理规范,制定域内外资源权限控制规则与授权访问流程,构建统一身份认证与管理体系,实现统一入口、统一认证和统一访问控制的目标。

(4) 用户授权全网漫游。多级联网监控中,使用基于用户、用户组、业务和角色相结合的身份控制系统,授权用户只要在其注册域内完成授权认证就可访问域内任一处资源,而无需关心此资源处于哪一级子域之中;可对特定用户和摄像机的权限进行提升或下降修改,甚至回收其权限(紧急情况时);对用户权限和资源权限的升降修改漫游通知全网并立即生效。

(5) 网络资源合理使用。位于各个子域中的媒体发布服务器之间使用最短路径连接,实时监测评估各个连接之间的网络连接情况,动态调整合并各个连接之间的网络连接数量,尽可能的在本域内部使用组播技术,最大限度避免媒体流的重复传送,以最优化的媒体转发方式使用子域之间宝贵的网络资源。

(6) 兼容多种编码格式。省级高速公路视频资源联网监控平台可有效的将建设于不同时期、使用不同监控技术的相对分散独立的道路视频监控资源整合集中于省级平台,支持MPEG-4[7],H.264[8]等多种视频编码格式[9],支持多个厂家的视频编解码器,支持KALATEL,AB,AD等多种矩阵控制协议,系统配置灵活多样。

6 结 语

高速公路视频监控资源非常丰富,需要对其进行综合管理与利用。通过使用交通监控域的概念简化省内庞大复杂的监控系统联网模型,制定统一的联网规则与访问流程,在更高的层次上整合交通领域的公共视频资源,提升了各级交通运营管理部门联网共享视频资源的能力。构建省域范围内的多级交通视频联网监控平台,使得省内各相关营运管理部门能够联网共享交通视频资源,并为交通应急指挥与救援系统提供良好的业务支撑。在整个省域交通路网内为交通运输状况进行统一的协调、指挥、调度、救援等作业提供了可靠的保障,提高了交通路网的运营能力和服务水平,并为路网的运营管理和进一步建设提供依据。在省域范围内通过统一的视频联网监控平台,更可以将视频资源联网监控的范

围延伸至内河、海洋、铁路、航空、运输等各个交通领域,从而实现省内、省际乃至全国范围的交通视频联网监控平台。

参考文献

[1]刘峰.视频图像编码技术及国际标准[M].北京:北京邮电大学出版社,2003.

[2]计文平,郭宝龙.数字视频压缩编码的国际标准[J].计算机应用研究,2003(4):1-5.

[3]Anon.RFC 1889 a transport protocol for realtime applica-tions[S].[S.l.]:[s.n.],1996.

[4]Anon.RFC 2326 real time streaming protocol[S].[S.l.]:[s.n.],1998.

[5]范双成.高速公路全程视频监控模式及技术研究[D].西安:长安大学,2001.

[6]Anon.RFC 1035 Domain names-implementation and specifi-cation[S].[S.l.]:[s.n.],1987.

[7]ISO.ISO/IEC 14496-2 information technology coding of au-dio visual objects[S].[S.l.]:ISO,2004.

[8]ISO.ISO/IEC 14496-10 information technology coding ofaudio visual objects[S].[S.l.]:ISO,2008.

篇4：异构视频监控平台联网系统设计

【摘 要】随着城市多平台视频监控系统的飞速发展，异构视频监控平台联网系统的设计与实现已经势在必行。针对异构视频监控平台联网系统的特点，提出异构视频监控平台联网系统的设计原则，系统总体设计方案以及主要功能设计，并提出关键技术指标，为异构视频监控平台联网系统的研究做出了积极探索。

【关键词】异构视频；监控平台；联网；系统设计；关键技术

近年来，公安部开展了一系列的科技强警示范城市建设工程，全国各城市都在公共区域建立了数目众多、标准各异的监控系统[1-2]。随着跨区域经济活动和人员流动的日益频繁，在各类安全事件处理中，出现了更多跨地市、跨部门、跨行业协同响应的需求[3-5]。然而，在实际的应用过程中，由于各种平安工程监控系统产品不兼容，给后期视频监控资源的共享带来了阻碍。

因此进行异构视频联网系统的设计与实现势在必行，本文探索综合应用视音频监控、通信、计算机网络、系统集成等技术，在城市、大型场所范围内构建的具有信息采集、传输、控制、显示、存储、处理等功能的能夠实现不同设备及系统间互联、互通、互控的综合网络系统，实现平安城市视频监控资源以及社会监控资源的共享，解决原有建设存在的问题，具有重要的现实意义。

1.系统设计原则

1.1满足要求、符合标准

按照异构视频监控平台联网系统技术要求，本方案设计严格按照公安部、省级公安厅有关文件、技术标准、规范、指导意见进行建设。在采用成熟技术和适用装备的基础上，充分考虑系统功能与性能的先进性和长远发展，确保系统高效运行，实现视频资源共享，确保建成后的视频监控系统兼容性强、安全可靠、便于扩展和维护[6-7]。

1.2采用主流平台，满足“良好的前端兼容性”要求

满足异构视频监控平台联网系统技术要求“视频监控平台兼容业界主流的前端设备，能够很好地保障前端厂家快速接入视频监控平台，且保证有稳定良好的接入质量”[8]。本方案采用主流的视频监控联网共享平台，通过联网网关将异构视频平台接入视频监控联网共享平台，实现视频资源共享、互联互通互控。

1.3满足先进、可靠、安全、实用、易维护要求

采用了业界领先的主流产品和业界领先的技术，满足技术要求关于“技术先进性”、“高可靠性”、“高安全性”、“高可用性”、“易维护性”的要求。

2.系统设计

2.1 系统总体方案设计

按照系统设计原则和 《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB/T 28181）、公安部GA/T669.4等标准规范，制定异构视频平台联网方案如图1所示。

2.2系统功能设计

对现有异构视频监控应用场景进行需求分析，总结现有的异构视频监控系统提供的各类功能的基础上，设计异构视频监控平台联网系统主要有如下功能：

（1）实时图像点播：包括视频采集、传输交换、控制和显示四个主要环节，实时图像通过UDP承载，在管理员的控制下，将摄像头的图像实时在视频监控客户端和解码器后的电视上播放出来。

（2）远程控制：视频监控客户端软件选择一个具有控制功能的摄像头后，可以进行远程控制。首先系统会判断用户对摄像头是否有控制权限，如果没有，视频管理服务器会拒绝用户的控制请求，并在视频监控客户端上提示出来。

（3）历史图像检索和回放：视频管理服务器上的数据库中记录了设备、通道、时间、报警同图像存储物理位置的对应关系，通过设备、通道号和时间段（可选），或通过报警信息，用户可以检索到已经录制的历史图像列表，双击即可播放。

（4）远程控制：在监控客户端上可以用图形化方式显示存储计划执行情况，正常录制、没有录制、无需录制等各种信息通过不同的颜色以柱状图的方式显示出来，对正常录制的部分双击即可播放。

（5）报警管理：当应急指挥系统启动布防时，一旦编码器检测到告警检测装置的开关量输入，系统将通过图像输出、视频、音频以及GIS地图等方式报警联动。

（6）人机交互界面：视频监控客户端支持图形化的配置界面，所有的增删改查操作全部可以通过图形化的操作完成，所见即所得。系统对设备、监控关系、报警、巡检结果等提供报表功能，整网设备运行情况一幕了然。

（7）分层分级管理功能：对于所有网络、视频资源进行分层分级的管理原则，管理本辖区内的各项资源；同时，上级能够对下级的资源进行调度。

（8）轮切业务：基于实时监控，对多路实况进行轮流查看的业务。

（9）多画面业务：视频监控客户端上，可以实现多画面的显示，多个画面之间的操作相互独立，比如：可以显示多路实况，可以显示多路回放，也可以部分画面显示实况、部分画面显示回放。

（10）视频存储管理功能：本系统支持对分布式异构视频资源的备份存储功能，实现统一的存储配置管理。

（11）共享功能：对于本部门所辖的视频资源可根据共享策略，在公安信息网中进行全警种的视频资源共享；对于与其他单位交换过来的视频资源可根据共享策略共享公安视频专网中的视频资源。

（12）运行监控功能：对于所有的视频资源、链路、设备等能进行全面的跨网监控管理。

3.关键技术指标

（1）图像质量：联网系统内视音频信息的显示、存储、播放应具有原始完整性，即在色彩还原性、图像轮廓还原性（灰度级）、事件后继性等方面均应与现场场景保持最大相似性，最终显示图像应不低于四级图像质量。

（2）摄像机容量：设计全网可管理视频摄像机数量可以达到50万路以上。

（3）用户容量：设计全网可管理用户数可达10万个以上。

（4）媒体解码标准：视频编码标准采用H.264标准。

（5）异构视频平台互联通信协议：采用SIP协议，详细要求符合《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB/T 28181）标准。

（6）媒体实时传输协议（RTP）与实时传输控制协议（RTCP）遵守以下国际规范：

RFC1889：RTP： A Transport Protocol for Real-Time Applications。

RFC1890：RTP： Profile for Audio and Video Conferences with Minimal Control。

RFC3550：RTP： A Transport Protocol for Real-Time Applications。

RFC3551：RTP Profile for Audio and Video Conferences with Minimal Control。

RFC3984：RTP Payload Format for H.264 Video。

（7）封包格式：1、媒体数据包传输采用UDP协议；

2、RTP包头：padding =0；extension =0； payload type =96；

3、H264分割包的包头约定：nal_unit_type=28；

（FU-A， Fragmentation unit）；

4、其它包分割参数填写约定按RFC3984规定。

（8）可靠性：核心的管理控制服务器采用双机热备，管理软件应能保证当某一子系统、子网络发生故障时，不影响其他子系统、子网络的运行。

4.结语

本文探索异构视频监控平台联网系统设计，综合应用视音频监控、通信、计算机网络、系统集成等技术，提出系统设计原则，设计异构视频监控平台联网系统设计方案以及主要功能，提出该系统设计的关键技术指标，实现异构视频平台媒体数据流的实时格式转换和转发。利用该系统，可对需要防范和监控的目标实施有效的视音频转换处置，并可为城市应急体系建设提供相应的图像声音信息平台，为保障城市和人类安全提供可靠技术手段，具有强大的社会效益。

参考文献：

[1]西刹子.天下安防—智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学，2010：4.

[2] 楚瀛.智能视频监控中的多特征融合问题研究[D].武汉：华中科技大学，2012.

[3] Lucas，B.and Kanade，T.An iterative image registration technique with an application to stereo vision[C].In Proceedings of the International Joint Conference on Artificial Intelligence，2009：674-679.

[4] 张剑.基于内容的智能视频关键监控技术及在公共安防中的应用研究[D].杭州：浙江大学，2012.

[5] 刘学军，徐鹏编著.交通地理信息系统[M].北京：科学出版社，2006.

[6] Anderson C，et al.Change detection and tracking using pyramid transformation technique[J].SPIE-Intelligent Robots and Computer Vision，2010，579：72-78.

[7] 宋波涛.智能视频监控系統的设计与实现[D].吉林：吉林大学，2009.

[8] J.Steffens，E.Elagin，and H.Neven，Person spotter-fast and robust system for human detection，tracking and recongnition[C].in Proc.IEEE Int.Conf. Automatic Face and Gesture Recognition，2011：516-521.

作者简介：

张杭，女，硕士，湖南大学信息科学与技术学院。 研究方向：计算机通信技术

篇5：高速公路视频监控系统联网设计

我国的高速公路经过20余年的建设,到2007年底已建成4万多千米,高速公路的发展极大提高了中国公路网的整体技术水平,优化了交通运输结构,对缓解交通运输的瓶颈制约发挥了重要作用,有力地促进了国家的经济发展和社会进步[1]。

在高速公路建设中,视频监控系统作为安全监视的一个重要组成部分,在监控系统和收费系统中发挥着重要的作用,监控系统中的视频监控主要完成对特殊区域(如互通立交、特大桥、隧道等)的设备状况、交通状态等进行监视,方便监控人员实时掌握交通运行情况,以便及时、准确地做出控制决策[2]。收费系统的视频监控主要完成对收费亭、收费车道和收费站的主要设施及业务流程等的监视。

根据2005年2月发布的《国家高速公路网规划》要求,到2010年底实现“东网、中联、西通”的高速公路建设目标。在东部沿海,高速公路网正逐步形成,视频监控联网的需求日益增高。

1 高速公路视频监控系统联网现状

视频联网监控系统的目的是便于高速公路管理。目前各省、市高速公路管理体制因高速公路里程范围的不同而有所区别。高速公路里程较长、范围广的省份基本采用省中心-区域中心-路中心3级管理模式;高速公路里程不长的省份基本采用省中心-路中心2级管理模式。不论采用何种管理模式,视频联网监控系统的实现都有逐级上传的视频传输通道和由上而下的控制路由。

收费站、道路监控图像到监控中心的视频上传多采用模拟视频光端机或数字非压缩视频光端机传输,路段监控到省监控中心由于传输距离较长,往往大于光端机的无中继传输距离,另外考虑到通信系统所提供的传输带宽,视频图像的上传则采用数字压缩方式传输。

视频控制目前多采用以矩阵控制为主、多媒体计算机控制为辅的方式。视频控制矩阵之间直接通过通信系统提供的数据通道,或是由与矩阵相连的多媒体计算机通过以太网完成控制信号传输。

当前联网方式存在的主要问题有:① 资源的充分共享和统一管理难度大;② 跨级、跨路段图像调用存在再调制、二次编解码的情况,设备浪费严重;③ 无法实现办公局域网内的图像浏览;④ 不适应数字化、网络化的发展趋势。

2 视频监控系统联网的实现

2.1 系统简介

视频信号、音频信号经过数字压缩编码处理后在网络环境下进行传输,视音频流传输在网络层采用IP协议,传输层支持UDP单播、UDP组播和TCP传输等多种传输方式,在UDP和TCP协议上采用RTP/RTCP协议保证实时视音频流的有效传输[3]。系统联网图如图1所示。

视频存储与转发服务器提供接入认证、码流分发、业务控制、系统管理以及网络录像储存功能;

网络视频编码器实现监控点信号的输入、编码、本地存储、传输以及摄像机、云台、矩阵等外设的控制;

网络视频解码器作为电视墙解码单元将远程视频监控图像解码输出到监视器等显示设备;如果在中心不需要还原模拟视频,则不需要配置视频解码器,视频显示可以通过计算机软解码实现。

客户端计算机可兼顾管理客户端和监控客户端功能,是远程图像集中监控和维护管理的应用平台,实现用户向监控中心管理服务器的认证、多画面监控、呼叫、录像、告警监控以及权限的远程维护功能。

系统可实现实时视音频调阅、云镜控制、历史视频检索、远程视频回放、视音频对讲、图像集中监控和维护管理等主要功能。

2.2 主要功能的实现

实时视音频调阅:省监控中心能够调阅收费站监控系统的任意一路视音频预览、存储。当省监控中心调阅某路图像时,省监控中心向路段监控中心发出调阅请求,路段监控中心将被调阅的视音频流向省监控中心发送。当省监控中心下达停止调阅请求后,路段监控中心回复停止响应,并停止视音频流的发送。当跨路段进行视音频调阅时,路段1监控中心发出的调阅请求通过省监控中心转发至路段2监控中心,路段2监控中心将被调阅的视音频流直接向路段2监控中心发送,而不需要省监控中心进行转发。当路段1监控中心下达停止调阅请求后,路段2监控中心回复停止响应,并停止视音频流的发送。实时视音频流调阅过程如图2所示。

云镜控制:省监控中心向路段监控中心发送控制请求,监控站回复指令响应,通过编码器反向数据通道,省监控中心即可实现控制前端的云台转动、调整摄像机的视场、镜头和焦距等参数。

历史视频检索、回放:省监控中心向路段监控中心发出检索请求,路段监控中心根据省监控中心的检索条件检索指定的存储设备,首先将检索到的视频文件总数返回监控中心,然后将所有视频文件的信息分页向省监控中心发送结果。省监控中心选择某路视频回放,对视音频流的播放、暂停、停止、快进、快倒、逐帧播放的远程控制。在回放过程中,媒体的访问方式为单播。

视音频对讲:省级监控中心和路段监控中心都能主动发起音视频对讲的请求,以省监控中心发起请求为例,描述双向音视频对讲的流程:省监控中心向路段监控中心发出对讲请求;路段监控中心返回对讲响应,并向省监控中心开始发送音视频流;省监控中心收到路段监控中心的对讲请求,向路段监控中心开始发送音视频流;省监控中心或路段监控中心都能主动发出停止对讲请求,并停止发送音视频流;接收到停止请求的一方返回停止响应并停止发送音视频流。

集中监控和维护管理:每个编解码器设备,视频存储与转发服务器设备都向服务器注册,上报性能/配置/告警。通过客户端计算机可方便实现系统的集中监控和维护管理。

2.3 系统特点

数字化传输:视频、音频、数据全数字化。效率高、抗干扰能力强。既能满足实时视频图像的需要,又能进行语音和控制信号的传送,达到综合利用的目的。

网络化监控:通过IP网络真正做到任何时间、从任何地点、对任何现场进行实时监控;可充分利于IP网络的优势,实现大规模、大范围、全方位监控;

网络化存储:系统可以实现本地、远程的录像存储及录像查询和回放;

优异的图像质量:系统采用先进的MPEG-4/H.264等视频编码算法,可实现清晰流畅的图像效果,实时性好;

操作管理简单:系统具备良好的用户界面,采用C/S或B/S架构,操作使用非常简单;

业务功能强大:系统为用户提供了灵活的监控画面选择,电子地图使用,对云台、变焦的行控制,预置位和镜头的轮巡,以及实现图像抓拍、录像和录像回放、报警和报警联动功能;

系统信息安全性高:充分利用防火墙/VPN、加密、权限管理、安全认证、实时时钟等技术,保证监控系统和录像资料不被越权使用和破坏。

3 系统对当前机电系统的适应性

视频监控系统联网的信息传输需要利用通信系统的传输信道,目前高速公路常用的通信传输方式为SDH和IP网络,对于SDH传输系统可以提供G.703 E1接口,这时只需要增加E1转10/100的网桥设备便可以组成以太网网络。新建设的通信系统大多数是基于SDH的MSTP传输网,可以直接提供10/100 Mbps接口,只要根据需要在设备内部绑定相应的带宽即可方便组成以太网网络。对于IP网络的通信系统,视频监控系统联网直接利用其网络接口,根据需要划分独立的VLAN,组成监控系统网络。

不同分辨率格式下码流情况及带宽需求情况如表1所示。

注:分辨率数值为PAL制式时的分辨率。单路码流值为视频25帧/s,定码率编码情况下最大码流值。

4 结束语

数字视频网络化传输是视频联网监控系统的发展趋势,便于集中存储、网络共享以及统一网络管理,不仅可以在目前的通信环境下适应高速公路机视频联网的需求,提高高速公路的运营效率。同样,对于需要多级视频联网监控的其他应用环境,如公安、油田和电力等其他行业的监控系统也具有很高的参考价值。

参考文献

[1]陈启美,金凌.高速公路通信收费监控系统构成与发展[M].北京:国防工业出版社,2006.

[2]刘廷新.高速公路监控通信管理[M].北京:人民交通出版社,2005.

[3]陆化普,李瑞敏.智能交通系统概述[M].北京:中国铁道出版社,2004.