鐵路綜合視頻監控系統平臺實現方案

■ 羅志強

鐵路綜合視頻監控系統平臺實現方案

■ 羅志強

網絡視頻監控業務是一種基于寬帶網絡為用戶提供圖像和各種報警信號遠程采集、傳輸、儲存、處理的一種全新業務。這是一個由前端、中間端、后端三部分組成的網絡視頻監控系統。前端由鏡頭、攝像機、云臺、報警開關、視頻編解碼設備、主機控制設備和監控軟件組成；中間端是中心服務平臺，中心服務平臺具有業務平臺的管理功能，并對傳送過來的圖像進行分發、存儲、行為分析、管理，對報警進行聯動處理；在后端用戶可在網絡的任何一個接入點，無論是監控現場，監控中心，或者是遠端，只要通過客戶端軟件，即可控制攝像機的角度、拉近拉遠鏡頭、控制遠端設備，并可接收報警信息。

1 系統基本原則

（1）統一性。統一框架體系結構；多層多級設計，每層功能又相對獨立；采用分布設計和統一管理相結合；支持組件式服務接口，支持參數化配置；面向接口編程模式；支持與外部系統信息交互；支持不同廠商設備。

（2）先進性、成熟性。采用國際最新的科技成果，從而保證整個系統在技術上處于領先地位，系統建成后一段時間內不會因技術落后而大規模調整，并能夠通過升級保持系統的先進性，延長其生命周期，同時又要保證先進的技術是穩定的、成熟的。要求系統具備監控領域新技術的應用，如行為分析技術、自動降幀動態調節等。

（3）實用性。充分考慮鐵路的特色需求，實現對鐵路客站、應急現場、鐵路線路、生產作業管理、設備集中維護和重點區域的視頻監視，滿足公安、工務、客運、電務、貨運、機務、車輛、運輸調度工作及安全監視的需要，同時滿足日常預警和應急指揮的需要，建成具有中國鐵路特色的網絡視頻監控平臺。

（4）開放性和靈活性。網絡視頻監控各地區平臺要求節點功能靈活轉換，滿足平滑擴容的要求。網絡視頻監控系統與其他系統之間的通信接口，應符合開放系統互聯標準和協議，以方便各級中心系統間的互聯。

（5）可擴展性。網絡視頻監控系統軟件的設計應采用分層的模塊化結構，以達到設置修改靈活，擴充方便，適應業務的發展變化。軟、硬件平臺應具有良好的可擴展能力，能夠方便地進行系統升級和更新，以適應各種不同業務的不斷發展。

（6）互聯互通性。支持不同視頻系統之間互聯與視頻共享，支持多級結構。

（7）安全性與可靠性。網絡視頻監控系統的應用軟件系統要能夠長時間不間斷工作。采用高可靠性的產品和技術，充分考慮整個系統運行的安全策略和機制。系統要具有較強的容錯能力和良好的恢復能力，主要設備采用雙機或鏡像備份工作方式，保證系統穩定運行。

2 系統結構

2.1 系統物理架構

系統的總體框架見圖1。主要包括視頻前端、客戶端以及視頻中心服務平臺，各部分均接入 IP 承載網。

2.1.1 視頻前端

視頻前端設備主要包括攝像機（也可為IP攝像機）和編碼器，負責完成音視頻信息采集、編碼、發送，告警信息的采集、發送等功能，并可接受來自服務層的控制指令（音視頻參數設置、編碼器狀態設置、TTL信息輸出、PTZ指令等）。

2.1.2 視頻客戶端

視頻客戶端包括視頻客戶端軟件、配置客戶端軟件、解碼器及大屏（數字或模擬）。

視頻客戶端軟件負責為客戶呈現系統所提供的服務，包括實時音視頻解碼播放（軟解碼/硬解碼）、輪巡、分組調看、歷史錄像的解碼播放和播放控制、告警信息實時提示和告警錄像查看、視頻上大屏等功能。

配置客戶端軟件負責設備（編碼器、攝像機、解碼器、服務器等）管理（包括設備添加、刪除、修改等）以及用戶管理、權限配置管理等。

2.1.3 中心服務平臺

中心服務平臺由視頻管理服務（VMS）、PTZ控制服務（PTZS）、視頻存儲服務（VSS）、流媒體分發服務（SDS）、告警管理服務（AMS）、接口服務（SIS）等幾部分組成。

視頻管理服務，負責平臺的視頻管理。包括編碼器、客戶端、其他服務器的狀態管理、信令轉發（PTZ和告警除外）、數據更新、視頻請求管理等；VMS的數據更新功能使得整體平臺具有在線更新升級能力；管理服務器支持分布式應用。

PTZ控制服務，負責將客戶端PTZ指令轉發到對應的前端編碼器，達到控制云臺運動的目的。PTZS同時負責對指令進行優先級別判斷、鎖定、解鎖等。

流媒體分發服務，負責音視頻請求、接收、分發。并可實現多級級聯和分布式部署。

視頻存儲服務，負責視頻存儲、快速檢索回放。系統支持計劃存儲、告警存儲等多種靈活存儲方式。

告警服務，負責告警信息（視頻分析告警、觸發信息告警、其他系統告警等）獲取、存儲和轉發。

接口服務，負責和外部系統的交互，包括外部信息的接入和信息輸出兩部分。

2.2 系統分層結構

鐵路綜合視頻監控系統總體上分成3級（見圖2）。

核心節點主要包括VMS，PTZS，DB SERVER，VSS，AMS，SDS，SIS，以及為主管領導和相關業務部門配備的監視終端（CU），進行重要視頻數據的存儲和備份。核心節點負責全部視頻的綜合調度，通過鐵路視頻專網接入各中心節點的視頻業務。不同中心節點需要業務互通時，也需要將請求提交核心節點，由核心節點負責進行權限判斷和聯通。

中心節點主要由VMS，PTZS，VSS，AMS，SDS，SIS以及其他相關的配套設備組成。中心節點負責本級所有視頻業務的調度和管理，通過視頻專網接入各站/段視頻業務，為整個鐵路綜合視頻監控系統的核心平臺，對站段視頻數據進行集中存儲和備份。

接入節點負責本站/段視頻業務接入，并將現場視頻信息上傳給相應中心節點。站/段負責本地視頻存儲。

現場前端子系統，包括音頻采集設備、視頻采集設備、報警輸入輸出設備、云臺設備、云臺解碼器設備及網絡視頻編碼設備等。主要實現音視頻信息、報警信息的采集，網絡傳輸以及輔助設備（如云臺、矩陣等）的控制。

3 關鍵技術

3.1 統一的編碼器接入接口

在實際的工程應用中，要求監控系統支持不同的編碼器設備，而各編碼器設備的外部開發接口千差萬別，對監控系統的規范性、穩定性提出了嚴峻的挑戰，鐵路綜合視頻監控平臺通過統一的編碼器接入接口，實現了平臺功能與不同設備接口的有效隔離，保證了平臺主要功能的設備無關性，接入新的編碼器設備，只需要開發符合統一接入接口規范的設備接口代理組件，就可以在基本不更改平臺軟件的情況下完成新設備的接入。編碼器接入接口邏輯示意圖見圖3。

3.2 流媒體數據塊存儲技術

視頻圖像的存儲是海量存儲，鐵路綜合視頻監控平臺采用流媒體數據塊存儲技術，以保證存儲系統的長期穩定高效運行。

流媒體數據塊存儲技術將磁盤空間劃分為固定大小的數據塊空間，在存儲視頻圖像時將流媒體數據寫入預先分配的數據塊空間，并根據存儲覆蓋策略進行數據塊空間的回收再分配，從根本上避免了視頻存儲空間的磁盤碎片的產生，提高了存儲性能，降低了磁盤損耗。

3.3 自適應網絡分發技術

鐵路綜合視頻監控平臺采用了RTP/ RTCP協議進行視頻數據發送，通過統計丟包率，對分發幀率進行自動調整以適應網絡狀況。

丟包率是通過計算接收包數量和發送包數量的比率得到的，丟包率獲得的整個流程是：發送方每間隔一定時間讀取每個發送通道的發包數量和數據長度，組成一個此通道的RTCP報文發送給接收方，同時將發送數據包計數清零；接收方收到RTCP包后，讀取接收通道接收到的包數量，并計算出丟包率，通過一個RTCP接收匯報包發送給發送方，同時對接收數據包計數清零。

責任編輯王小紅

羅志強：北京國鐵華晨通信信息技術有限公司，副總工程師，北京，100070