時(shí)間:2011-05-23 14:52:48來源:caijuan
目前,中國(guó)的鐵路建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入到了高速發(fā)展的階段,在數(shù)字化監(jiān)控潮流的影響下,對(duì)圖像清晰度的追求已成為視頻監(jiān)控—個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì),高清攝像機(jī)及高清監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸被鐵路行業(yè)所重視,本文將就高清視頻監(jiān)控技術(shù)在鐵路建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用作初步的探討。
高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)
近幾年中國(guó)的鐵路建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期,為了保障鐵路的安全運(yùn)營(yíng),視頻監(jiān)控得到了大量應(yīng)用。同時(shí),人們對(duì)圖像的要求也越來越高,從最開始的能看到圖像,到現(xiàn)在的要看到清晰的圖像,再到今后的能進(jìn)行處理分析的高清晰圖像……等等。在數(shù)字監(jiān)控潮流下,對(duì)圖像清晰度的追求成為了視頻監(jiān)控一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì),高清攝像機(jī)及高清監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用也逐漸被鐵路行業(yè)所重視。
什么是高清攝像機(jī),什么樣的系統(tǒng)算是高清監(jiān)控系統(tǒng)昵9國(guó)際上,SMPTE(美國(guó)電影電視工程師協(xié)會(huì))定義的兩個(gè)HDTV標(biāo)準(zhǔn)是SMPTE296M和SMPTE274M。SMPTE2694(HDTV720P)定義的主要參數(shù)有:分辨率為1280×720像素、16.9格式的高保真色彩,逐行掃描頻率25/30Hz。SIVWrE274M(HDTV1080)則要求:分辨率為1920x1080像素、16:9格式的高保真色彩、使用25/30Hz和5ff60Hz的隔行或逐行掃描頻率。符合SMPTE標(biāo)準(zhǔn)的攝像機(jī)表示遵從HDTV質(zhì)量,并應(yīng)提供HDTV的所有分辨率、色彩保真度和幀速率優(yōu)點(diǎn)。參考國(guó)際上HDTV高清電視的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)目前國(guó)內(nèi)對(duì)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的需求,高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的定義為“錄像視頻分辨率達(dá)到或超過720P(1280×720,25fps),水平解析度達(dá)到或超過700線的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)”。而其它高分辨率的攝像機(jī)可稱為百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或MEGAIPC。從目前市場(chǎng)上發(fā)展趨勢(shì)上來看,HDTV的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)能夠獲得后端高清LCD、PDP,DLP,高清監(jiān)視器等更好的支持,從而獲得比MEGEIPC更好的顯示效果,是未來的發(fā)展趨勢(shì)。而高清監(jiān)控系統(tǒng)是指其傳輸?shù)拿恳宦穲D像都能達(dá)到高清分辨率,且視頻采集、編碼、傳輸、瀏覽、錄像、回放等全面高清,并能夠支持前端HIXFV高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。
高清視頻監(jiān)控在鐵路行業(yè)的應(yīng)用方案
在鐵路行業(yè),高清監(jiān)控系統(tǒng)帶來的不僅是更清晰的圖像和更好的效果,也帶來了更大的系統(tǒng)性能需求、遠(yuǎn)距離傳輸帶寬和存儲(chǔ)等問題。什么樣的高清系統(tǒng)才能適合鐵路行業(yè)多級(jí)調(diào)閱、遠(yuǎn)距離傳輸、監(jiān)控規(guī)模大的行業(yè)特點(diǎn)呢?
如圖1所示,在整個(gè)傳統(tǒng)鐵路行業(yè)視頻監(jiān)控方案中,其中心是流媒體服務(wù)器,這種方式常見于車站監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)中。前端的編碼器或者IPC輸出的單播流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒职l(fā)/存儲(chǔ)服務(wù)器,由分發(fā)/存儲(chǔ)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)單播轉(zhuǎn)多播、按需分發(fā)、按需存儲(chǔ)。整個(gè)數(shù)據(jù)流如圖1所示。在全標(biāo)清系統(tǒng)的情況下,該方案還能基本滿足多用戶操作的需求,但是如果此方案應(yīng)用于高清系統(tǒng),則流媒體分發(fā)方式的弊端將會(huì)凸顯出來:
1.服務(wù)器規(guī)模隨著監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的增加成等比例上升尤其是高清IFC想要得到較好的應(yīng)用效果,輸出碼流一股莊6M-SM,是傳統(tǒng)標(biāo)清的3-4假分發(fā)/存儲(chǔ)服務(wù)器數(shù)量將會(huì)大增,并且必須增加服務(wù)器的檔次,因?yàn)榉?wù)器的性能成為了方案中的性能瓶頸。
2.系統(tǒng)存在著較多的局部故障點(diǎn),當(dāng)其中某臺(tái)分發(fā)/存儲(chǔ)BR務(wù)器發(fā)生故障時(shí),將會(huì)影響其所管理的多路視頻圖像的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)監(jiān)看,不符合交通行業(yè)對(duì)安防系統(tǒng)高可靠性的要求。雖然可以通過冗余服務(wù)器解決該問題,但是每個(gè)車站配置冗余服務(wù)器從成本角度考慮,現(xiàn)實(shí)工程中很少被實(shí)際采用。
3.前端IPC輸出單播流,造成存儲(chǔ)流和實(shí)時(shí)流占用同樣帶寬,如果為了得到高清系統(tǒng)帶來的良好圖像質(zhì)量,那么磁盤陣列將會(huì)面臨較大的壓力,尤其是成本將會(huì)大幅提高:若是為了減小磁盤成本的壓力,增大存儲(chǔ)流壓縮比,又會(huì)大大降低高清監(jiān)控圖像的清晰度。
4.大量的服務(wù)器及其設(shè)備機(jī)架不僅占據(jù)了大量設(shè)備的空間,不符合綠色環(huán)保的要求,更致命的是增加了系統(tǒng)的不可靠性,增多了故障點(diǎn)。當(dāng)面對(duì)突發(fā)事件出現(xiàn)多個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域的時(shí)候,大規(guī)模突發(fā)的流量很容易導(dǎo)致整個(gè)服務(wù)器群的癱瘓。
在圖2中,則代表了目前比較先進(jìn)的一種視頻監(jiān)控解決方案,它采用電信領(lǐng)域比較成熟的軟交換架構(gòu):NGN架構(gòu)。管理服務(wù)器僅負(fù)責(zé)處理設(shè)備管理、信令分發(fā)、會(huì)話的建立,且不參與到實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)流之中(實(shí)時(shí)流和存儲(chǔ)流)。在圖2中,存儲(chǔ)流和實(shí)時(shí)流均是通過網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)酱疟P陣列、解碼器或監(jiān)控客戶端,如此解決了此前的服務(wù)性能和可靠性瓶頸的問題。當(dāng)有多個(gè)用戶同時(shí)調(diào)閱同一路圖像實(shí)時(shí)視頻時(shí),則通過網(wǎng)絡(luò)組播提供支持,如圖2中標(biāo)號(hào)①的視頻流所示:解碼器和監(jiān)控客戶端同時(shí)調(diào)閱同一路圖像,此時(shí)因?yàn)榍岸薎PC輸出的是組播流,則由網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)提供類似碼流復(fù)制的功能,解決對(duì)前端IPC大規(guī)模同時(shí)調(diào)閱而帶來的性能和帶寬的沖擊問題。這種解決方案在高清系統(tǒng)中帶來了較多的優(yōu)點(diǎn):
1.監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的規(guī)模和服務(wù)器數(shù)量不存在強(qiáng)相關(guān)性,視頻管理服務(wù)器僅參與會(huì)話的建立過程,而不參與視頻流的分發(fā),因此系統(tǒng)不存在系統(tǒng)瓶頸問題。單臺(tái)視頻管理服務(wù)器可以滿足幾千路的標(biāo)清高清圖像監(jiān)控。
2.由于采用了先進(jìn)的軟交換NGN(業(yè)務(wù)流和控制流相分離)架構(gòu),管理月盼器發(fā)生故障不會(huì)中斷監(jiān)控實(shí)時(shí)流,存儲(chǔ)流也不受影響,保障了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)仍然正常的記錄,從架構(gòu)上極大地保證了系統(tǒng)的高可靠性,整個(gè)系統(tǒng)無局部故障點(diǎn)。
3.前端IPC通過輸出雙碼流(存儲(chǔ)流和實(shí)時(shí)流),兩路視頻流可以單獨(dú)設(shè)置碼流大小,能夠最大限度地發(fā)揮高清監(jiān)控帶來的高清晰效果,同時(shí),又能顯著降低存儲(chǔ)的代價(jià)保障用戶的投資。
4.當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件或事故、出現(xiàn)多個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域的時(shí)候,大規(guī)模突發(fā)的流量通過組播技術(shù)由交換機(jī)來進(jìn)行復(fù)制、分發(fā),從而輕松解決大規(guī)模多用戶的問題,滿足了公安和企業(yè)管理方在緊急情況下對(duì)高可靠性的調(diào)度要求。
上面所示場(chǎng)景主要應(yīng)用于車站內(nèi)監(jiān)控,它不可避免地面臨上級(jí)調(diào)度中心遠(yuǎn)程共享調(diào)閱的問題。傳統(tǒng)的流媒體分發(fā)方案應(yīng)該說能方便實(shí)現(xiàn)多級(jí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控,而如果僅采用軟交換NGN架構(gòu),組播模式的方式在鐵路行業(yè)廣域網(wǎng)、低寬的情況下將遇到較大的麻煩,因此還必須對(duì)圖2進(jìn)行—定的改進(jìn)。
如圖3所示,傳統(tǒng)方案由于流媒體轉(zhuǎn)發(fā)的特性,天然具備支持多級(jí)的架構(gòu),此時(shí)車站內(nèi)的流媒體服務(wù)器除了負(fù)責(zé)分發(fā)和存儲(chǔ),還負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)的功能,這勢(shì)必又增加了服務(wù)器的性能壓力。但是這種方案解決了對(duì)鐵路廣域網(wǎng)無法實(shí)現(xiàn)組播、帶寬有限的問題。它將本車站內(nèi)的視頻圖像轉(zhuǎn)發(fā)給上—級(jí)流媒體服務(wù)器,由上—級(jí)流媒體服務(wù)器完成分發(fā)功能,解決了多用戶同時(shí)調(diào)閱同—路圖像的問題。
而采用圖2的方式,由于鐵路多級(jí)監(jiān)控中,網(wǎng)絡(luò)往往無法開啟組播的功能,若采用前端IPC單播直接發(fā)送到上級(jí)平臺(tái),必然會(huì)消耗有限的廣域網(wǎng)帶寬,同時(shí)也受限于IPC的分發(fā)能力。那么,如何對(duì)圖2的方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?,使其能獲得高可靠性、大容量、高性能的特點(diǎn),同時(shí)又能適應(yīng)鐵路行業(yè)廣域網(wǎng)的共享調(diào)閱呢?
其實(shí)相應(yīng)的解決辦法也很簡(jiǎn)單,也就是借鑒傳統(tǒng)方案的經(jīng)驗(yàn),在車站一級(jí)的監(jiān)控平臺(tái)上增加一臺(tái)媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器,便可解決上述問題,如圖4所示。但必須注意,此時(shí)在車站一級(jí)的監(jiān)控軟件平臺(tái)必需能同時(shí)支持前端視頻流單播、組播方式,且能夠根據(jù)不同的調(diào)閱需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)單播/組播切換功能。這樣的解決方案才能適應(yīng)未來高清系統(tǒng)在鐵路行業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用,并能保證整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)高效可靠的運(yùn)行。相信高清監(jiān)控系統(tǒng)必將在鐵路行業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用,而如何應(yīng)對(duì)高清監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有解決方案的沖擊是值得大家共同重視的課題。
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