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1、高速公路数字视频监控系统方案设计王德旭中铁一局集团电务工程有限公司，陕西西安，7 1 0 0 5 4【摘要】介绍了编解码视频监控系统的设计思想，对其图像和信号采集系统、图像组播系统、网络系统、虚拟矩阵系统等各分项系统进行了详细的设计叙述，阐述了编解码视频监控系统与其他系统之间的关系，和传统监控系统在多个技术方面进行了对比。指出了传统监控系统的不足和编解码视频监控系统的优势。【关键词】高速公路编解码视频监控系统组播技术一、概述编解码视频监控系统是一种以计算机为中心，以数字视频处理技术为基础，依据图像数据压缩的国际标准(M P E G 一1 或M P E G 4)，综合利用图像传感器、计算机网络、
2、自动控制和人工智能等技术的新型监控系统，数字化视频监控系统实现基于I P 的网络视频实时广播和监控、远程遥控摄像、远程录像等强大功能，可以将监控信息直接转变为数字信号，通过计算机网络传输，使其在桌面计算机上显示出视频信息。二、系统设计思想高速公路数字监控系统能够向管理者和运营商提供最为即时、直观、全面的路况信息和管理依据，使得管理者能够根据实际情况做出客观及时的决策。因此，数字监控系统应用I P 组播技术传输视频数据、采用数字视频存储系统和与其他系统的整合是系统建设的核心。其设计总体思想为：应用I P 组播技术和应用一体化的综合系统管理软件。公路监控系统需要监控的内容源众多，并且需要接收监控视
3、频的监控中心分为2 3 级，在克服编码、解码、编码等的反复过程中，应用I P 组播技术可满足系一2 2 一统的需要。此外，I P 组播技术可简化网络结构，节省设备投资，方便升级扩容等。一体化的系统管理软件可对整套监控系统有着宏观的管理优势，使每一个软件模块都成为整套监控系统有机的一部分，体现出一种全新的区域管理理念。三、系统结构设计数字监控系统按工作流程分为：前端图像及信号采集系统、图像组播系统、网络系统、虚拟矩阵切换系统、电视墙监控系统、数字存储系统、报警联动系统和P C 软解码系统，各个视频系统的功能全部通过视频传输管理器控制实现。其系统结构图如图1 所示。图1 高速公路数字监控系统结构图
4、 万方数据1、图像以及信号采集系统图像以及信号采集系统处于最前端，主要负责视频信号的采集以及图像控制信号的传输。对于距离编码器安置地点较远的摄像机而言，视频信号通过光端机发送到编码器所在地点，将模拟信号编码后发送，其中可以根据需要在接收光端机之后集连一个视频分配器，其中一路视频信号接人编码器，另一路信号接人事件检测系统或者其他系统。对于距离编码器较近的摄像机而言可以直接通过视频线接人编码器。对于遥控摄像机，还需要传送控制信号，编码器上面提供了R S 2 3 2、R S 4 2 2、R S 4 8 5 等接口，提供了控制信号的传输通道。编码器将视频信号和控制信号分别封装为I P 数据包，这样能够
5、防止由于编解码延迟造成的不必要的控制信号的延迟。2、图像组播系统高速公路所承载各种业务的网络主要为I P 网络，I P 网络具有多方面的优势，除了有较好的灵活性、稳定性，实时性，传输容量大，承载业务种类多等各种优点外，在高速公路监控系统中还特别适用于和编解码器相配合，共同实现对数字视频信息、控制信号和报警信号的传输。为了进一步优化对数字视频信息传输的需要和进一步增进监控的可管理性，I P 组播技术逐步成为现今高速公路监控的一个必然趋势。2 1 单播和组播I P 单播是I P 组播的一种特殊形式，它只将一个特定的数据包从一个源传送到一个目的地，只有一个接收者才能收到此数据包，是一对一的关系。I
6、P 组播(也称多址广播或多播)技术，是一种允许一台或多台主机(组播源)发送单一数据包到多台主机(一次的，同时的)的T C P I P 网络技术，是一对多的关系。组播能使一个或多个组播源只把数据包发送给特定的组播组，而只有加入该组播组的主机才能接收到数据包，是多点通信中节省网络带宽的有效方法之一。利用I P 组播技术，监控中心可直接控制观看前端监控节点，无需通过下级中心转发，实现真正的监控中心功能；利用此技术的系统具备了优异的扩展性和升级功能，中心无需添加任何硬件设备就完成整套系统的扩容。同单播相比，组播效率非常高，因为任何给定的链路至多用一次，可以节省网络带宽和资源。例如，建立一个主机发送者和
7、远端网络的通信，网络中有N 个用户对于监控视频图像，一个视频信息流需占用4 M b i d s 的带宽。在一个单播环境里，视频服务器依次送出N 个信息流，由网络中的用户接收，共需要N x 4 M b i f f s 的带宽；如果服务器处于1 0 0 M b i f f s 的以太网内，2 5 个信息流就占满了带宽，所以主干网与设备接口间的容量是一个巨大的瓶颈，从而造成网络阻塞。在一个组播环境里，不论网络中的用户数目有多少，设备发出的一个视频流，由网络中的路由器或交换器同时复制出N 个视频流，组播到每个特定的用户，仅需4 M b i f f s 的带宽。因此，网络是畅通的。可见，I P 组播能够
8、有效地节省网络带宽和资源，管理网络的增容和控制开销，大大网络主干网的负荷，从而高性能地发送信息。另外，组播传送的信息能同时到达用户端，时延小，且网络中的服务器不需要知道每个客户机的地址。所有的接收者使用一个网络组播地址，可实现匿名服务，并且I P 组播具有可升级性，与新的I P 和业务能相兼容。这些优点决定了未来高速公路的发展趋势。2 2 视频组播传输在高速公路监控视频传输系统中，前端对图像进行压缩编码的编码器可以对后端所有的解码器实施组播功能，只要对解码器的接收参数稍做更改，所有解码器便可以同时接收到前端图像的数字视频信息数据，具有了一对多的逻辑关系；同理，对图像进行压缩编码的编码器也可以对
9、后端所有的解码器实施组播功能，解码器也可以同时接收到不同编码器发送来的图像的数字视频信息数据。即可实现一台编码器发送，多台解码器接收的视频组播传输机制。2 3 传统监控和数字组播监控对比传统监控和组播监控结构对比图如图2 所示，从图中可以很明显的看到，在实现相同功能的基础下，组播监控比传统监控结构更加简单，并且比传统监控所使用的设备的要少。因此，可以把组播监控的优点归纳概括为以下几点：一2 3 万方数据(1)由于使用的设备要少，组播监控系统的架构更加简单，从而使整套系统的稳定性更高，整套系统的投资更少，满足了管理者和运营商对于成本控制的需要和需求。(2)传统监控在实现多级监控时，都需要用解码器
10、把前端所发送来的数字视频数据解码输出模拟视频后，再利用编码器对此模拟视频进行编码后向上级进行传输，此种方式不仅使用了多余的设备，造成了资金的浪费；而且下级切给上级哪路图像上级才能看到那路图像，造成了在管理上有诸多的鸿沟和盲点；最重要的一点是出现了再编再解的现象发生。与此相比较的是，组播监控系统的编码过程只使用了一次，无论几级监控，各级监控的解码器直接从网络中接收I P 组播信号，避免了再编再解的现象；并且在管理性上有大幅度的提高，可以利用视频控制管理器控制解码器接收前端任意一路视频，而不受下级监控中心的影响。图2 视频信号选择电路图总之，数字视频监控系统可以在计算机网络上传输图像数据，系统结构
11、简单、不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；可利用计算机网络联网，网络宽带可复用，无须重复布线；数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。3、网络系统无论通信链路的网络拓扑结构如何，对于视频传输系统而言都将其视为一个透明的传输链路，前端的一2 4 一各个编码节点和各个中心都可以作为一个独立的模块接人整个网络当中。采用这种方案对于新建的道路前端节点或各级中心而言都可以无缝的直接接入网络当中，无论对于扩容、扩建、还是升级而言都非常的方便，而且不会对原系统造成任何的影响，不会产生任何额外的浪费。由于视频传输需要通过主播功能实现，因
12、此通信链路和交换设备需要具备以下功能：信链路必须支持组播功能，交换机必须支持i 层组播协议P I M S M、P I M D M、I G M PV 2；支持二层组播I G M PS N O O P I N G；单个交换机最大支持2 5 5 个组播组。在没有解码器接收信号的时候，编码器信号不在通信链路上传输，交换机直接将信号拦断。4、虚拟矩阵系统所谓虚拟矩阵就是不通过实物矩阵而是通过计算机操作控制来实现矩阵功能的软件系统。它不但具备实物矩阵具备的功能而且操作更为简单，功能更加强大，而且更加节省成本，是专门针对I P 链路量身设计的系统。监控中心要轮流监控视频图像，采用虚拟矩阵系统只需要解码器即可
13、，而且不需要实物矩阵就可实现。具体实现方式如下：(1)虚拟矩阵软件系统通过修改解码器的接收组播I P 地址可以对前端任意一路图像进行解码观看。每台解码器可以解码输出相同的图像也可以输出不同的图像，然后接入监视墙。(2)当需要切换图像的时候，不再需要实物矩阵而是直接修改解码器的接收组播I P 地址。可以在解码器前面板进行修改，同时可以在计算机上进行自动和手动的修改。(3)能够按照用户预先的设定，方便的实现自动或手动轮训功能和可编程切换等功能。(4)可以充分的节省带宽：当带宽过小的时候传输通道中不必传输2 0(0 视频流，而只需要传输4 0+视频流即可。该软件系统可以让前端编码器只编码但是不发送，
14、而当虚拟矩阵设定解码器接收哪一路图像的时候再通知前端的那路编码器输出，这样就可以保证哪些图像需要被观看，哪些图像才会在链路中传输。M S T P 多业务传输平台总带宽为6 2 2 M，每路视频编码后 万方数据需要4 5 M 左右，这样就只需要4 5 4 0=1 8 0 M 1 i 0 可完成监控传输需要。各级中心全部通过视频传输管理控制器管理和控制视频监控系统。整个软件系统是基于C S 架构的，各个中心在视频传输管理控制器上安装客户端，在中心服务器上安装服务器端。视频传输管理器判断切换请求中对应的编码器并向中心服务器发送请求，中心服务器判断权限后发送认证，视频传输管理器获得认证后向编码器发送命
15、令通知其编码并发送，同时改变发送中心所在的解码器的解码I P 地址，使之与前端的编码I P 地址对应，解码输出模拟视频后，在电视墙上显示并观看。5、编解码视频监控系统与其他系统之间的关系编解码视频监控系统作为高速公路机电监控系统的重要组成部分，既要完成自身的功能，又要与其他系统协调工作，完成整个系统的各项功能。监控系统总体软件作为编解码视频监控系统的上层软件，用来完成整个监控系统的各项功能。监控系统总体软件的功能之一就是完成各类报警系统的报警警号搜集和处理，制定相应的预案，依照预案向编解码视频监控系统发送指令，编解码视频监控系统按照(上接第5 0 页)2 2 加强对防火门产品质量和安装质量的监
16、督。一是防火门质量要严格把关。消防监督机构在对防火门产品的抽样检验时，最好是到在建工程的安装现场进行抽样，确保被抽样产品的真实性。二是建议经常使用的楼梯间的防火门设计成常开式的，与火灾报警系统联动控制。三是防火门的五金配件也应按消防产品的要求严格把关，特别是闭门器和顺位器。凡是疏散通道出口的防火门，不论门开启角度的大小，均不能定位，应一步到位，且闭门力度与门的宽度、开启角度相适应。顺位器寿命较短，原因是不能牢固安装，因此顺位器的底部应加宽，使之安装牢固。2 3 防火卷帘不应设在安全出口上，防烟楼梯间前室或合用前室严禁用防火卷帘代替防火门。指令将一路或几路图像切换到显示器上供观看。四、总结数字视
17、频监控系统使用视频服务器和视频控制软件，完全取代了模拟视频监控系统中必需的视频矩阵、切换器、画面分割器、字符盈加器等硬件设备，简化了网络结构，提高了整个系统的稳定性和可靠性，减小了E t 后系统维护的难度。另外，由于视频监控系统采用标准的T C P I P 协议，在宽带网可达的任何地方，对联网的视频信息实现了权限允许范围内的按需访问，提高了施工效率，方便了高速公路管理，有着显著的经济效益和社会效益。【参考文献】【1】1 宁书勤，斐加林数字视频监控系统在高速公路机电系统中的应用【刀中国交通信息产业2 0 0 6，6：9 9-1 0 1【2】汤永成论高速公路交通监控中视频监控技术】广东科技2 0
18、0 7，3：2 9 9 3 0 0 3 1 韩冰数字视频组播监控系统是发展的必然趋势】中国交通信息产业2 0 0 7 6：4 4 4 5【4 1 冉权江视频监控领域的数字化发展历程及趋势【I】中国安防2 0 0 7，7：3 5-3 7 四、结束语总之，高层建筑的安全疏散是一个复杂的系统，其设计也是一个需要考虑多方面因素相互制约的复杂分析过程，既要考虑人为主观因素，又要兼顾客观实际条件，这就要求我们在今后的工作中继续共同努力研究，使高层建筑安全疏散这门科学更加完善。【参考文献】f 1】阮志大高层民用建筑设计中的几个主要问题U】建筑学报，1 9 9 8【2 1 高层民用建筑设计防火规范中华人民共和国国家标准G B 5 0 0 4 5-9 5(2 0 0 5 年版)【3】周竹虚硝防技术与产品信息1 9 9 9 一2 5 万方数据