视频联网系统-20120113

高速公路视频联网系统

一、引言

突飞猛进的信息技术正在引发视频监控系统的新一轮变革，日益增加的车流量和视频监控点位，使高速公路视频监控系统对视频质量、视频数量都有了更高的要求，视频监控系统也随着技术的发展日新月异。

通信系统、收费系统、监控系统是现代化高速公路建设中必不可缺的三大系统。收费、监控两大系统中存在着大量的视频图像应用，尤其是监控系统，有着监控视频数量多，图像分布密集、管理集中等特点，更要求系统稳定，组网结构清晰。

高速公路视频监控系统大都采用省中心——路段分中心——收费站——外场监控点四级结构进行管理，有些省设有区域中心，有些省设置大站、小站模式，但视频联网的模式基本相同。省中心联网一般是统一规划，可在省高管局调看所有路段的视频图像，由于传输距离较长，一般会采取相同的编码方式，通过通信网络上传。路段的日常管理仍设置在路段监控分中心，外场视频从收费站到监控分中心的传输网络则有多种的组建方式。随着视频监控系统的技术发展，视频监控系统方案也由最初的模拟矩阵系统、编解码器系统，到现在正在广泛普及的视频传输平台系统，现在高清视频监控也一步步走入人们的视野。下面就各种系统组网方式做一简单介绍。

二、传统光端机+模拟矩阵方式组网

模拟矩阵+光端机方案是现在技术最成熟，最传统的组网方案，目前这种模拟矩阵+光端机模式的优势在于：

1.模拟矩阵和数字非压缩光端机技术比较成熟；

2.图像采用数字非压缩方式传输，图像清晰度高；

3.模拟矩阵现在一般都可实现三级级联，可以满足目前情况下小站、大站、

中心的视频联网问题；

4.模拟矩阵+数字非压缩光端机模式相对价格较低。

缺点在于：

1.视频信号经每节点时，均需进行A/D、D/A变换，联网级数有限；

2.当收费站距离监控中心较远时，光端机需要通过级联方式实现传输，增

加视频损失。还有联网级数的限制；

3.模拟矩阵一般采用输入多输出少的模式，当多个功能都需要视频输出时

（例如：大屏显示，内网浏览，外网浏览，交警卡口，视频调配等），

会带来资源竞争和成本遽增；

4.无法实现资源共享，当某一收费站或养护所需要调用其它收费站或监控

图像时，只能再增加光端机从中心矩阵输出反传；既加大矩阵的资源竞

争，又增加了视频模/数、数/模转换的次数；

5.矩阵、光端机、视频分配器、硬盘录像机分数不同厂家，管理起来比较

分散，而且有很多设备没有网管，给维护带来不便。布线方面也会随着

视频路数的增多，出现大量视频线缆需要标示，维护时比较麻烦；

6.采用点对点光端机实现传输，每个站都需要1-2芯主干光纤资源，需要

占用大量光纤资源；采用CWDM节点机实现视频传输，系统中继比较

简单，如果距离远增加中继过多会带来时钟不稳问题；

模拟矩阵+视频光端机模式技术成熟，在视频质量、设备管理、视频传输、组网方案等方面的提高空间已经十分有限，在管理维护上和系统灵活性方面存在着一定的问题。

三、压缩视频方式组网

非压缩视频的质量好，但是相对于压缩视频的缺点是需要单独占用1芯或多芯光纤，无法利用已经搭建好的通信系统网络。所以在某些对视频质量要求不是太高的场合，压缩视频的组网方式也非常常见。压缩视频采用以太网作为图像的传输通道，克服了传统方式灵活性不足的缺点，压缩视频组网方式有很多种，比较常见的有以下两类：

1.收费站级视频接入采用非压缩方式，在收费站进行编码后上传监控分中

心；

2.前端以编码器方式接入，直接通过光纤传输。

第一种方式与模拟系统在整体结构上无本质差别，不在前端进行编码的好处即在第一级节点（一般为收费站）可以得到较高的图像画质，但对于多级系统来说，这种方案仍然不能避免多级数/模、模/数转换以及视频压缩而带来的图像质量损失问题，无法保证图像的清晰度；而且设备的种类更加繁多，给统一管理调度造成不便。

第二种方式是纯IP的视频联网模式可以有效地解决多级传输的问题，在系

统灵活性和管理方面也有很大的提高。

这种模式的优点在于：

1.系统灵活性强，系统内图像可以任意调用，支持多点共享，多个客户端

可通过网络同时浏览同1路图像，不占用其它资源，有效解决了资源竞

争方面的问题；

2.视频传输不用再单独占用主干光纤资源；

3.通过SDH提供的IP端口实现视频传输，不受传输距离限制；

4.一级压缩解压缩实现多级传输；

5.支持软硬件浏览方式，实现内网浏览；

6.虚拟矩阵切换，无须单独配置矩阵。

缺点在于：

1.目前比较普遍的视频编码方式为H.264，但是各个公司的编解码器会有

一些私有协议，所以，各个省需要组织各个厂家进行产品互通互联方面

的测试。除此以外还要考虑和其他数字设备的兼容，如大屏幕控制器、

视频检测器等设备的兼容，也需要各产品厂商进行充分的沟通，否则系

统的优越性无法充分发挥。

2.图像传输采用压缩方式，传输是通过以太网方式进行传输，由于TCP/IP

协议的传输机制，无法避免的在传输过程出现延时，尤其是向省中心的

视频传输，前端视频经过收费站、监控分中心等多个系统的转发，延迟

现象将更加明显。

3.视频通过压缩方式传输，到中心再由解码器进行解码，压缩解压缩过程

不可避免的会有视频质量的损失，若通过大屏幕或液晶显示器显示，效

果较差。

4.如果路段较长、隧道较多的工程项目，则全程监控图像和隧道图像比较

多，那么监控分中心将承担几百甚至上千路视频的转发存储等工作，这

对监控分中心的视频以太网交换机来说，将是极大的负担，这样就需要

在工程设计阶段，充分考虑核心以太网交换机的交换能力、处理能力。

如果核心交换机的处理能力不足，则非常容易导致整个传输系统的堵塞，

甚至瘫痪，影响监控系统的正常使用。

四、非压缩数字视频传输平台组网

为了解决模拟矩阵+视频光端机模式的不足，提高系统整体的灵活性和管理上的易操作性，出现了非压缩数字视频传输管理平台。传输平台方案不仅充分利用光纤线路资源，提高远距离多级别图像传输质量，实现高速公路视频图像的远距离传输和多级管理，使收费监控与道路监控融合并达到联网监控的目的。另外可输出IP视频流，用于集中存储和录像，通过分配并发多个流，解决外网浏览问题。系统通过IP实现统一管理，降低系统的维护难度。

系统优点：

1.一般情况下，视频传输平台可取代原有模拟矩阵+视频光端机模式中的

各级光端机，视频编解码器，视频分配器、码分配器、视频切换矩阵等设备，大大简化了视频传输系统的构成，集接入、传输、调度、管理集为一体，有利于系统的维护与管理；

2.视频传输平台提供的视频图像清晰，避免了模拟矩阵+光端机模式中多

次数模转换带来的图像质量损失，尤其在多级系统中尤为明显；在各个节点输出的视频图像，只需在前端一次采样，并在输出端还原为模拟视频，可保证得到最佳的图像输出效果；

3.并发数字总线，全网信号共享，克服了模拟矩阵级联时的总线瓶颈问题；

大带宽的数字视频总线全网共享，任一节点经过配置授权均可任意下载图像，各前端视频接入数量不受限制；

4.通过数字总线分配，插入不同的视频编码板就可以同时并发多个视频流

用于存储（H.264）、内网浏览（MPEG-2/H.264）和外网浏览（H.264）和省中心（MPEG-2）上传（省中心上传也可提供模拟视频接口，采用原

有联网编码器上传）。提高系统的管理能力；

5.录像存储用的IP视频流可通过SDH传输到大站或路段中心存储。录像

传输可选择通过数字光纤网络平台或SDH传输。

系统缺点：数字非压缩视频平台，有效的组织了非压缩视频的采集、显示和存储，但是对高清视频的支持就不是十分灵活。高清视频只能通过标清模拟视频的前端模块提供的以太网通道传输至中心端，由以太网交换机外接高清视频解码设备进行高清视频的解码；由于高清视频和标清视频接口的不统一性，标清视频和高清视频不能进行统一的切换控制，这对用户的操作带来一定的障碍。

五、纯高清视频监控系统方案

非压缩视频相对于编解码系统来说，图像质量相对清晰，无延迟，但是相对于近年才兴起还没有大规模使用的高清视频（1080p或720p）来说，在图像质量、清晰度上还有很大差距。高清视频的优势在于可以提供更清晰的图像，给视频分析和实时监控提供更优质的视频画面。

高清视频一般分为2类，一类为非压缩视频，接口为HD-SDI，HD-SDI是根据SMPTE（摄影与电视工程师协会）202M，在1.485Gb/s的信号速率条件下传输的接口规格，HD-SDI视频拥有最佳的视频质量，是广电行业标准的高清接口。一类为压缩视频，接口一般为DVI或HDMI，压缩方式一般采取H.264，通过以太网进行传输，传输带宽在4M-8M。

HD-SDI接口的非压缩高清视频所占带宽为1.485G，是标清视频的10倍还要多，目前市面上已经有了HD-SDI的非压缩光端机，通常为一芯光纤传输1路或2路高清视频，最大的可达4路，但是非压缩高清视频占用带宽非常大，传输设备费用昂贵，中心的HD-SDI切换矩阵现阶段还无法实现大规模的处理能力，目前HD-SDI矩阵的处理能力最大仅为100路左右，而且价格较高，所以HD-SDI视频传输不适合大规模的系统应用。

一般的高清网络视频都会选用H.264编码方式，分辨率为1080P或720P，码流为4M~8M。组网方式和光纤编码器的组网方式基本相同。高清编解码器的的价格和标清编解码器相比相差也在几倍以上。另外高清视频占用大量的以太网带宽，给通信网络带来了很大的压力，有可能会影响到网络中其他数据的传输。

所以使用专用设备，搭建一个视频专网，才能更加有效的对高清视频进行传输。

六、高标清兼容数字视频平台

高清摄像机视频将成为未来发展的趋势，随着车流量的增加，我们首先考虑在高速公路的某些重要点位布设高清摄像机，主要考虑如下几个方面：

1.事故易发路段：车流量集中地段，地形复杂路段容易发生交通事故，在

该路段设置高清摄像机；

2.附近有村庄：如果高速公路附近有村庄，可能会经常有人上路，容易发

生险情，在该处设置高清摄像机；

3.立交、桥梁：立交和桥梁附近路况较复杂，路段范围较大，在该处设置

高清摄像机；

4.服务区：服务区的人多密集地区容易引发事故，考虑设置高清摄像机；

5.收费广场：对于较大的收费站，收费广场范围较大，标清摄像机不易清

晰的监控，可设置高清摄像机。

对高清图像还需事件监测系统支持。检测事件如：抛洒、停驶、慢行、逆行、非机动车、倒车、烟雾探测等；有很多高清摄像机支持事件监测，高清的事件监测准确率会更高。

由于纯高清视频监控系统所需占用大量的带宽，从而带来设备成本上的巨大负担，而且在某些场合，标清视频已经完全满足视频监控的需要。所以，虽然高清视频将是未来视频监控发展的趋势，但是在现阶段，标清视频仍然是视频监控系统中不可缺少的重要组成部分。

从安全和稳定性等方面考虑，监控视频的传输建议使用视频专网。从管理维护方面考虑，视频监控传输系统需要一个整合性强，维护性强，可同时兼容高清/标清视频，同时兼容非压缩/压缩视频的视频传输设备，作为我们用户来说，更需要一个界面亲和、功能强大、操作简单的视频管理平台软件。在多方面因素的影响下，这样的产品也随着科技的发展应运而生。

下面是高标清视频传输平台组网的示意图：

高标清视频传输系统有以下特点：

1.高标清/视频管理平台可实现视频传输系统的基本功能，通过该平台，

既可以传输非压缩视频，从而保证标清视频的质量，又可以传输压缩的高清视频，从而给视频检测系统更加优质的视频源。整体视频传输系统可通过高标清视频传输平台由光纤建立一个视频传输专网，保证了视频在传输过程的安全性和稳定性。网络拓扑支持通过光纤实现环形（自愈）、网孔形（自愈）、星型、链型、树型及混合型等多种结构；

2.可实现多种信号的接入：高清/标清数字压缩视频、高清/标清数字非压

缩视频、低速数据、音频、以太网、E1等。视频接入方式可支持多种：光纤、以太网、模拟、高清（HD-SDI/SDI、DVI、HDMI）等。用户可根据实际需要，采用一种或多种接入方式；

3.可实现多种信号的输出：高清/标清数字压缩视频、高清/标清数字非压

缩视频、低速数据、音频、以太网、E1等。可支持音视频信号同步切换输出。可支持多种视频输出方式：光纤、以太网、模拟、高清（HD-SDI/SDI、DVI、HDMI）等；

4.可实现各种输入输出之间的相互转换，尤其是高标清视频之间的相互转

换，各种信号可由相应的板卡转换为适合输出的方式进行显示输出，从而提高了产品的适应性和灵活性。具体实现方式统计如下表：

标清非压标清压缩高清非压高清压缩

标清非压√可实现√可实现√可实现

√可实现，但无

实际意义

标清压缩√可实现

√可实现，没有

视频转换，属网

络之间的转发

√可实现

√可实现，但无

实际意义

高清

非压

√可实现√可实现√可实现√可实现

高清压缩√可实现

√可实现，但无

实际意义

√可实现

√可实现，没有

视频转换，属网

络之间的转发

5.具备大屏控制器功能，可取代原有系统中的多屏幕拼接屏控制器，支持

高标清视频统一上墙的视频拼接、叠加、任意缩放、跨屏、拖拽等功能，视频无需再进行输出为模拟视频，就可以直接完成大屏控制功能，减少了视频的损失；

6.所有视频可通过视频管理客户端或网络控制键盘进行视频切换输出，所

有非压缩/压缩视频可进行统一编码。该平台可以说是光端机、视频模

拟矩阵，视频分配器、高清视频解码器、大屏控制器和以太网传输设备

的完美替代，它集接入、传输、调度、管理为一体。极大的简化了系统

结构，减少了线缆数量和中间连接环节，不但降低了系统建设成本，同

时减少了系统故障点，更为用户的施工和后期维护带来便利，在多级大

型联网项目中尤其明显；

7.系统集成度高，组网能力突出，网管功能可覆盖至摄像机侧，全网设备

统一管理，故障自动识别告警，极大的方便了系统的维护；

8.软件平台采用B/S结构，即服务器/浏览器模式。对于用户来说，只要办

公网络和是联通的，就可以通过浏览器访问管理服务器，对系统进行访

问，随时调看路段视频。

七、结语

综上所述，前面讲述了现阶段五种不同的视频网络组网方案，通过对比可以看出，现在视频监控系统不但要求非压缩视频的无延迟、清晰可靠，又要求高清视频高质量图像，视频传输系统的发展趋势是将是多样化的。在实际应用中，我们还需根据项目的不同需求，选择与之相符合的视频组网、传输方式，以便整体提高高速公路的视频联网的管理能力和技术水平。