有关高速公路视频传输及联网技术的探讨

2022-09-11

1 省域联网视频传输和控制技术

1.1 以大型联网矩阵为核心的模拟视频图像联网方案

矩阵控制方式作为传统的C C T V控制模式, 因其可实现系统配置、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及图像管理功能。

模拟视频传输和联网的实现方式比较简单, 工期较短, 容易被用户接受, 在小规模系统和高速公路发展初期的建设中, 可以作为快速实现远程实时察看的一种方案。缺点在于模拟视频的后续处理能力较差, 无法实现历史资料的有效存储, 大规模系统的建设复杂度呈指数性上升, 对现在已经逐步信息化的整个高速公路管理系统, 无法提供更有效的视频监控职能。

1.2 以矩阵和视频编码器相结合的模、数混合联网方案

随着高速公路建设里程的增加, 高速公路网的形成, 高速公路视频监控系统采集到的路段现场情况, 不但要传输到收费站, 同时还需要传输到路段 (区域) 中心、省中心, 有时还需要将相邻路段 (区域) 中心的监控图像相互交换。图像的路数和图像质量的清晰度要求越来越高。出于对原有投资的保护, 省域视频联网建设初期多采用以矩阵和视频编码器相结合的模、数混合联网方案。考虑到传输距离限制以及各级中心对视频监控的需求, 各个路段中心到上级省中心的链路采用数字化的视频, 在路段中心采用编码器对矩阵输出视频进行编码, 考虑到道路沿线的监控图像要在监控中心大屏幕上进行显示, 因此普遍采用M PEG-2标准进行压缩, 传输带宽均在3Mb/s以上, 通过路段 (区域) 中心到省中心的IP overSDH通道上传到省中心的服务器系统, 省中心在监控室配置解码器系统, 将解码后的视频投射到

DLP大屏和监视器上。

在以上视频传输的方式下, 视频的控制主要是通过各级中心的视频服务器内的软件实现视频切换、矩阵控制、报警联动等一系列的控制功能。

2 IP的数字视频图像传输和联网

在实际应用过程中, 随着管理手段的加强以及对外服务需求的提高, 各级管理部门对视频系统提出了更高的要求:视频资料的定期存储和回放;对各种用户的控制权限进行区分, 解决访问权限冲突;对多个用户同时监视的需求;将视频监控资料接入到办公网、业务网中, 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以便做出相应的决策, 社会各界人士需要通过登录交通系统的对外服务网站了解交通现状, 为交通出行提供方便。这些部门、人员位于不同的地理位置, 以往的监控系统难以满足这些需要, 且代价高昂。因此, 数字化、网络化是高速公路视频监控发展的必然趋势。具体方案如下。

前端图像采用基于嵌入式系统的网络摄像机、模拟摄像头+视频编码器、数字化快等数字编码设备, 输出数字编码视频流, 根据目前的技术发展, 前端的数字视频编码主要采用H.264技术, 通过IP over SDH或者RPR等环网, 或者通过IP over光纤接入到收费站]。收费站设置监控主机对接入的数字视频流直接解码输出到显示设备上, 同时直接转发到路段 (区域) 中心。路段 (区域) 中心将各个收费站的视频流汇聚到服务器系统中, 一方面提供本地的视频资料存储和信息化办公网以及对外服务网的视频浏览, 一方面转发给省中心的中心服务器系统;省中心的服务器系统和各个路段 (区域) 中心形成一个分级的数字视频服务器网络, 管理所有收费站和道路的数字化视频。

数字化的视频可以进行大规模的存储, 对事后的情况分析和重新取证具有重要意义, 使系统管理者可以利用这些资料进行重新的工作安排和值班调整及设备规划, 节省大量的人力物力。

3 各级管理机构的视频监控功能

(1) 收费站各收费站需要对本地的视频信号进行监控。各收费站所辖的摄像机信号全部引入本地视频监控系统, 收费站对本地所有图像进行监控管理, 主要行使值班和日常业务职能。主要职能:原始视频数据采集;对本地突发事件做出第一反应, 并及时上报路段 (区域) 中心;维护收费站所属监控设备的正常工作;利用监控系统对收费行为进行辅助和规范化;对路段的监控状况建立值班制度;接收上级中心的指令, 上传本地所属视频图像。

(2) 路段 (区域) 中心一个路段中心负责对本路段进行管理, 或一个区域中心直接对所辖区域内的几条高速公路进行统一的监控和管理。高速公路的收费站根据路段 (或区域) 监控中心的要求上传图像, 路段 (区域) 中心对各收费站上传的图像进行集中监控和管理, 主要行使日常管理和主要业务职能。主要职能:对所辖的收费站进行监管, 进行设备巡查和人员检查;定期发布管辖内重要路段交通状况, 提供给决策者和出行者参考意见;负责辖区内重要交通地段如隧道、桥梁的集中监控, 建立日常的巡查制度;存储交通监控资料, 作为交通行为分析的素材和交通违章的证据;接入高速公路信息化网络, 与信息化业务和办公系统结合, 建立远程实时监控查询和历史视频资料调阅系统;上报重要视频信号给省中心, 与省中心建立应急处理预案。

(3) 省中心路段 (区域) 中心将各所辖范围内的监控信号有选择地上传给省中心, 由省监控中心根据需要对全省内的高速公路进行统一监控、管理和调度, 主要行使监查管理职能。主要职能:省中心对各路段 (区域) 中心行使监督管理职权, 定期对重要视频资料进行巡查;对整个高速公路实施应急处理职能, 可以直接垂直到收费站行使应急处理预案。

4 系统构成

视频联网系统由以下4个层次构成:视频采集编码层、视频传输网络层、视频解码层以及系统应用层。

(1) 视频采集编码层包括摄像头、视频编码器等, 主要过程包括视频信号的采集、编码。

(2) 传输网络层包括外场的光纤一级专用系统的IP通道, 设备包括远端网络接入设备、光分路器、光纤、近端网络接入设备、I P通道传输接入设备等。

(3) 视频解码层包括视频解码工作站 (解码矩阵) 、电视墙、大屏幕等, 主要过程包括视频信号解码和显示。

(4) 系统应用层包括各级中心管理系统、监控服务器、视频转发服务器、存储系统、用户和设备管理系统、权限分配和事件联动系统Ⅲ。

5 软件配置建议

基于硬件设备的核心是视频编解码期, 而目前主流采用的编解码器都是采用统一的芯片。而各级中心各类服务器的配置需要根据系统规模进行确定, 因此这里不再对硬件设备进程陈述。由于数字化视频联网控制的核心是软件, 因此从系统实用性的角度出发, 提出服务器软件支撑平台的选型建议。

(1) 视频管理服务器操作系统选型目前使用最广泛的网络操作系统主要包括U N I X、Linux、Windows系统等。建议采用开放式的Linux操作系统。Linux经过10多年的不断完善发展, 以其稳定可靠、运行速度快、方便定制、高效管理C P U电源、内存和磁盘空间资源等特点, 迅速占领市场。

基于Linux系统是完全开放式的网络操作系统, 使用Linux没有商业软件要求的“许可证”的限制, 一套软件可以在任意数量上的服务器上安装, 不受限制, 从而可以节约成本;Linux系统稳定可靠, 被称为“永远不会崩溃”的系统;Linux系统具有与Unix相同的完美性能;且有众多的硬件支持。因此建议视频管理服务器采用Linux操作系统。

(2) 数据服务器的数据库选型数据库是企业信息化中不可或缺的重要基础平台, 如果企业选择了Linux操作系统, 那么在数据库的选择上就必须考虑其对Linux的兼容性问题。数据信息繁多、数量大、查询频繁时, 建议选择Oracle大型数据库:Oracle log的Linux版本。由于视频管理服务器保存的信息主要是历史录像数据、操作、事件、报警等日志, 数据量不大, 用户数量数千个, 并发查询量又不大, 可选择MySQL数据库的Linux版本。

(3) Web服务器软件目前Web服务器软件系统有多种选择, 基于A p a c h e服务器在Linux操作系统环境下运行非常稳定, 效率很高, 并且免费, 能够满足系统需求, 因此选择Apache做Web服务器软件最为合适。