鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

秦 勇 彭懷軍 祝凌曦

（北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044）

隨著鐵路的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在鐵路運(yùn)輸指揮、生產(chǎn)作業(yè)、公安保衛(wèi)等領(lǐng)域廣泛運(yùn)用，并逐漸成為鐵路安全生產(chǎn)、提高效率、強(qiáng)化管理的重要技術(shù)支撐。特別是鐵路客運(yùn)專線網(wǎng)絡(luò)、煤運(yùn)通道、西部鐵路建設(shè)的不斷推進(jìn)，既有鐵路技術(shù)改造的加快，視頻監(jiān)控的重要性、廣泛性以及共享性得到進(jìn)一步強(qiáng)化。目前，鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)由各級各業(yè)務(wù)部門分別進(jìn)行建設(shè)，在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)體制和運(yùn)用質(zhì)量等方面都存在著差異，無法實(shí)現(xiàn)圖像資源的有效共享，不能充分發(fā)揮綜合視頻監(jiān)控的全面優(yōu)勢。

為了鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)范建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的需要，滿足既有視頻系統(tǒng)間的視頻共享，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱“視頻系統(tǒng)”）互聯(lián)互通平臺，達(dá)到異構(gòu)視頻系統(tǒng)的互聯(lián)和視頻共享的目的。

1 互聯(lián)互通平臺的框架結(jié)構(gòu)

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻核心節(jié)點(diǎn)、視頻區(qū)域節(jié)點(diǎn)和視頻接入節(jié)點(diǎn)3類視頻節(jié)點(diǎn)組成。視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺通過對視頻節(jié)點(diǎn)中相關(guān)單元功能的實(shí)現(xiàn)，提供對所轄范圍的用戶和設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，用戶跨區(qū)域訪問的認(rèn)證、鑒權(quán)，視頻訪問信令的多級交換和視頻數(shù)據(jù)的跨域轉(zhuǎn)發(fā)等關(guān)鍵功能，最終完成異構(gòu)視頻系統(tǒng)之間互聯(lián)和視頻共享。

視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺的功能模塊包括認(rèn)證授權(quán)單元（AA）、接入網(wǎng)關(guān)單元（AGU）、目錄服務(wù)單元（DSU）、信令控制單元（SCU）、數(shù)據(jù)分發(fā)單元（DDU）和視頻系統(tǒng)代理（SA），組成如圖1所示。

視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通功能是通過區(qū)域節(jié)點(diǎn)中的AA、AGU、DSU、DDU和SCU 5個(gè)功能單元來完成。AA、SCU和DDU交互完成不同視頻系統(tǒng)中視頻資源訪問的信令和數(shù)據(jù)交換，通過AA和AGU來完成系統(tǒng)的管理、維護(hù)、注冊、認(rèn)證和鑒權(quán)等工作。

SA設(shè)置在視頻系統(tǒng)中，用來完成區(qū)域節(jié)點(diǎn)和視頻系統(tǒng)之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)視頻系統(tǒng)的互聯(lián)互通。SA要向區(qū)域節(jié)點(diǎn)上報(bào)收集到視頻系統(tǒng)內(nèi)的資源信息，要完成區(qū)域節(jié)點(diǎn)和視頻系統(tǒng)的信令交換，向區(qū)域節(jié)點(diǎn)的DDU轉(zhuǎn)發(fā)視頻系統(tǒng)內(nèi)的視頻相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)包括核心節(jié)點(diǎn)、區(qū)域節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)的多級視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以進(jìn)行從上至下的視頻監(jiān)控。多級節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)互通關(guān)系可用圖2表示。

核心節(jié)點(diǎn)與區(qū)域節(jié)點(diǎn)之間通過SCU、DDU和DSU完成信令和視頻等數(shù)據(jù)信息的交換。區(qū)域節(jié)點(diǎn)SCU、DDU和AGU與接入節(jié)點(diǎn)SA完成信令和視頻等數(shù)據(jù)信息的交換。

2 互聯(lián)互通平臺的實(shí)現(xiàn)

視頻系統(tǒng)的互聯(lián)互通主要通過相應(yīng)的功能單元實(shí)現(xiàn)，各模塊具體功能如下。

2.1 認(rèn)證授權(quán)單元

具有對所轄范圍的視頻用戶接入的訪問認(rèn)證和鑒權(quán)功能，實(shí)現(xiàn)視頻系統(tǒng)用戶終端（以下簡稱“視頻終端”）訪問鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)的單點(diǎn)登錄和統(tǒng)一認(rèn)證。

2.2 接入網(wǎng)關(guān)單元

（1）具有編碼標(biāo)準(zhǔn)化和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他應(yīng)用系統(tǒng)間的信息交互。

（2）對既有視頻系統(tǒng)的接入進(jìn)行控制協(xié)議轉(zhuǎn)換和圖像調(diào)用。

2.3 目錄服務(wù)單元

（1）以目錄的形式統(tǒng)一存儲用戶、視頻資源等信息，提供用戶信息和目錄信息服務(wù)。

（2）對系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶詳細(xì)信息、資源及狀態(tài)信息、系統(tǒng)日志和告警信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

（3）提供管理服務(wù)，對鐵路視頻系統(tǒng)的用戶信息、視頻資源以及系統(tǒng)內(nèi)部各服務(wù)器進(jìn)行管理和控制。管理服務(wù)具有下列功能。

1）統(tǒng)一管理維護(hù)視頻用戶信息，主要包括編碼信息、個(gè)人基礎(chǔ)信息和分類角色信息等。

2）管理維護(hù)用戶視頻資源訪問權(quán)限，為用戶角色分配視頻資源訪問列表，賦予視頻資源訪問的功能權(quán)限。

3）管理視頻資源詳細(xì)信息，包括攝像機(jī)編號、位置、廠商、型號、編碼格式和所屬系統(tǒng)等。

2.4 數(shù)據(jù)分發(fā)單元

（1）具備建立各類信息轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸通道，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)臓顩r，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂频裙δ堋?/p>

（2）為視頻用戶或節(jié)點(diǎn)間的視頻訪問提供實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)、云鏡控制命令、歷史視頻數(shù)據(jù)和控制命令、報(bào)警信息等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（3）具有視頻數(shù)據(jù)復(fù)制與分發(fā)功能，滿足多個(gè)視頻用戶同時(shí)請求同一路實(shí)時(shí)視頻資源的要求。

2.5 信令控制單元

（1）為視頻用戶訪問提供標(biāo)準(zhǔn)信令控制與交換服務(wù)，采用SIP協(xié)議，遵循RFC3621標(biāo)準(zhǔn)。

（2）支持4類視頻訪問信令：實(shí)時(shí)視頻訪問信令、云鏡控制信令、歷史圖像資源調(diào)用信令和報(bào)警信息獲取信令。

（3）具有統(tǒng)一的視頻訪問信令接入功能，實(shí)現(xiàn)視頻資源的定位與多級節(jié)點(diǎn)的信令交換。

（4）具有視頻訪問資源授權(quán)與能力協(xié)商功能。（5）應(yīng)實(shí)現(xiàn)與既有視頻系統(tǒng)間的視頻訪問控制信令傳遞與處理。

2.6 視頻系統(tǒng)代理

SA應(yīng)滿足下列功能要求。

（1）自注冊功能：啟動時(shí)主動發(fā)送信息，到指定的區(qū)域節(jié)點(diǎn)注冊。

（2）目錄資源上報(bào)功能：匯總視頻系統(tǒng)的視頻資源，向區(qū)域節(jié)點(diǎn)上報(bào)。

（3）信令接收與處理功能：接收并處理區(qū)域節(jié)點(diǎn)SCU的實(shí)時(shí)視頻訪問、云鏡控制、歷史圖像訪問、報(bào)警信息預(yù)約與獲取等信令，并返回處理結(jié)果。

（4）媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能：將請求成功的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給區(qū)域節(jié)點(diǎn)的DDU。

3 關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1 視頻資源信息的統(tǒng)一管理

按照鐵路視頻相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系對各視頻系統(tǒng)的視頻資源信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。各視頻系統(tǒng)需上報(bào)的視頻資源信息，由SA匯總后向SCU發(fā)送。SA在系統(tǒng)初始配置并注冊成功后，上報(bào)整個(gè)視頻系統(tǒng)的視頻資源信息，視頻資源信息發(fā)生變化時(shí)，上報(bào)更新信息。

視頻資源上報(bào)的信息存入本節(jié)點(diǎn)目錄服務(wù)單元，如果是區(qū)域節(jié)點(diǎn)再通過復(fù)制的方式向核心節(jié)點(diǎn)復(fù)制，實(shí)現(xiàn)視頻資源統(tǒng)一管理。

視頻資源按照規(guī)定的原則進(jìn)行統(tǒng)一編碼，便于管理和維護(hù)，也利于視頻訪問過程資源定位、信令交換和處理。

3.2 用戶的權(quán)限分配和認(rèn)證鑒權(quán)

通過目錄服務(wù)單元的管理功能，對視頻用戶進(jìn)行全路范圍的視頻資源訪問權(quán)限管理。資源訪問權(quán)限分4類功能權(quán)限：實(shí)時(shí)視頻瀏覽、錄像回放、云鏡控制和告警信息。目錄服務(wù)單元通過目錄存儲的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)用戶資源權(quán)限的管理，相關(guān)的內(nèi)容包括用戶、角色、視頻資源和功能權(quán)限。權(quán)限管理模型如圖3所示。

視頻用戶也按照規(guī)定的原則進(jìn)行統(tǒng)一編碼，根據(jù)用戶編碼可以通過AA快速定位用戶所屬的節(jié)點(diǎn)，獲取用戶信息，實(shí)現(xiàn)登錄認(rèn)證和權(quán)限的鑒別。用戶登錄完成后，由AA生成視頻資源訪問列表，視頻終端根據(jù)資源訪問列表進(jìn)行視頻資源訪問權(quán)限的控制。

3.3 信令交換的實(shí)現(xiàn)

視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)信息傳輸時(shí)，傳輸過程應(yīng)遵循本標(biāo)準(zhǔn)要求及TCP/IP協(xié)議簇標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的通信協(xié)議，通信協(xié)議的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

系統(tǒng)建立兩個(gè)邏輯傳輸通道：信令通道和數(shù)據(jù)通道。信令通道用于建立會話并傳輸控制命令；數(shù)據(jù)通道用于傳輸視音頻數(shù)據(jù)。

信令通道采用SIP協(xié)議（RFC3621）。主要功能如下。

（1）統(tǒng)一視頻訪問信令接入。

（2）實(shí)現(xiàn)視頻資源的定位與多級結(jié)構(gòu)的信令交換。

（3）資源授權(quán)與能力協(xié)商。

（4）與視頻系統(tǒng)間的信令傳遞與處理。

SIP協(xié)議中需要承載SIP標(biāo)準(zhǔn)之外的內(nèi)容，采用XML來擴(kuò)展。

根據(jù)RFC3621 SIP規(guī)范，通信流程如圖5所示。

視頻訪問信令包括4類：實(shí)時(shí)視頻訪問信令、云鏡控制信令、歷史圖像資源調(diào)用信令和報(bào)警信息獲取信令。

4 總結(jié)

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用可靠，整合了既有視頻監(jiān)控資源，做到合理布局、互聯(lián)互通、資源共享，滿足異構(gòu)視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通和視頻共享的需要，適用于全國鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)。目前此平臺已通過鐵道部質(zhì)檢中心組織的鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的公開測試，實(shí)現(xiàn)了與參與視頻功能測試的12家視頻廠商系統(tǒng)的互聯(lián)互通，是全路目前唯一通過測試的視頻節(jié)點(diǎn)互聯(lián)互通設(shè)備。

[1]鐵道部運(yùn)輸局 運(yùn)基通信[2008]630號.鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）[S].

[2]鐵道部.鐵路圖像通信設(shè)計(jì)規(guī)范（報(bào)批稿）[S].

[3]鐵道部.鐵路車務(wù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)條件（報(bào)批稿）[S].

[4]中國電信集團(tuán) 中國電信[2006]178號.中國電信網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)范（V2.0）[S].

[5] GA/T 669《城市監(jiān)控報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第五部分：信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求[S].

[6] Rosenberg J，Schulzrinne H，Camanilo G.SIP：Session Initiation Protocol；IETF RFC326 1，[S].

[7] Camarillo G.SIP揭密[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[8]凌慶華.基于SIP的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2007，33（2）：261-263.