視頻監(jiān)控承載網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與人們安全意識(shí)的提高，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求也越來越高。文章在分析目前視頻監(jiān)控發(fā)展中所存在的問題的基礎(chǔ)上，對(duì)IP視頻監(jiān)控承載網(wǎng)——EPON的優(yōu)點(diǎn)與在實(shí)際應(yīng)用過程中必須要注意的問題進(jìn)行探討，從而建立安全可靠的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；承載網(wǎng)；EPON

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）18-0088-02

視頻監(jiān)控是一種應(yīng)用比較廣泛的綜合系統(tǒng)，不僅具有豐富的信息內(nèi)容，還具有較強(qiáng)的安全防范能力。隨著被監(jiān)控范圍的變大與被監(jiān)控區(qū)域的分散，所需要布置的監(jiān)控點(diǎn)也越來越多，從而要求監(jiān)控系統(tǒng)必須擁有較強(qiáng)的上行帶寬與網(wǎng)絡(luò)承載。傳統(tǒng)的安全防范系統(tǒng)一般以LAN為架構(gòu)，LAN架構(gòu)的覆蓋面積往往比較小，而且要進(jìn)行維護(hù)和管理起來比較困難，其監(jiān)控的視頻質(zhì)量也不夠好，因此整體的可靠性偏低。而IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)雖然擁有成本低、安全性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，但是也存在一些問題。本文在分析目前視頻監(jiān)控存在問題的基礎(chǔ)上，運(yùn)用先進(jìn)、科學(xué)的寬帶輸入方式，建立一個(gè)低成本高效能的安全防范系統(tǒng)。

1 在IP視頻監(jiān)控中引入EPON作為承載網(wǎng)

1.1 EPON在IP視頻監(jiān)控中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

EPON作為一種先進(jìn)的、新款寬帶傳輸方式，在如今網(wǎng)絡(luò)資源不充分和有限度的寬帶資源條件下，在一定程度上可以穩(wěn)定系統(tǒng)和視頻監(jiān)控圖像的質(zhì)量，另外還能提高網(wǎng)絡(luò)寬帶的有效利用。缺少EPON的IP視頻監(jiān)測(cè)存在著很大的問題，很大程度上制約了IP視頻監(jiān)測(cè)的應(yīng)用和發(fā)展。很明顯IP視頻監(jiān)控本身也是具有多方面的優(yōu)勢(shì)，更是安防監(jiān)控的發(fā)展方向，有了EPON的IP視頻監(jiān)控?zé)o疑是錦上添花、如虎添翼。EPON可通過無源光纖進(jìn)行點(diǎn)對(duì)多個(gè)點(diǎn)的傳輸，可以多個(gè)監(jiān)控中心同時(shí)查看一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，另外EPON作為接入網(wǎng)技術(shù)，其接入上下行對(duì)稱寬帶可以高達(dá)1.25～10Gbps，而接入范圍也可以達(dá)到20km，從而可以全方位接入監(jiān)控視頻圖像以及語音數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)其超長(zhǎng)超遠(yuǎn)距離傳輸，同時(shí)可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。歸納起來EPON在IP視頻監(jiān)控中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)是非常突出的，具體有：（1）可以和現(xiàn)有的設(shè)備兼容，兼容性很強(qiáng)，各網(wǎng)之間不用格式轉(zhuǎn)化或者協(xié)議限制，無縫連接；（2）EPON以無源光纖作為傳輸媒介，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的視頻圖像和語音數(shù)據(jù)傳輸，并且可以進(jìn)行特長(zhǎng)特寬遠(yuǎn)距離的傳送；（3）視頻圖像全部數(shù)字化，全數(shù)字化可便于利用計(jì)算機(jī)管理和迅速搜索，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問題并自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)的警示，另外可以壓縮存儲(chǔ)，減少存儲(chǔ)空間；（4）長(zhǎng)遠(yuǎn)距離的接送，其接入上下行對(duì)稱寬帶可以高達(dá)1.25～10Gbps，接入范圍特長(zhǎng)也可以達(dá)到20km，可以確保系統(tǒng)穩(wěn)定性，不易被干擾；（5）EPON還能設(shè)置不同的權(quán)限級(jí)別來提高系統(tǒng)的安全可靠性；（6）無需復(fù)雜協(xié)議實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)的精確傳送，用戶可以低成本、高質(zhì)量、高效率地監(jiān)控；（7）無需使用有源設(shè)備，EPON具有比較簡(jiǎn)單的構(gòu)架，這就大大降低了其整個(gè)系統(tǒng)的故障發(fā)生率和因?yàn)橄到y(tǒng)意外事故而導(dǎo)致停機(jī)的可能性，同時(shí)，EPON構(gòu)架還具備遠(yuǎn)程操控的功能，通過遠(yuǎn)端的操控即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)EPON系統(tǒng)的監(jiān)控、維護(hù)以及升級(jí)，因此就無需再另外單獨(dú)設(shè)置機(jī)房和供電設(shè)施等設(shè)備，減少了整個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)用。

1.2 EPON在IP視頻監(jiān)控中應(yīng)用必須要解決的問題

1.2.1 必須要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的時(shí)間同步。視頻監(jiān)控系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，其時(shí)鐘源和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生小誤差。視頻監(jiān)控需要隨時(shí)查看和記錄一些突發(fā)事件，需要精確度ms級(jí)別的時(shí)間。對(duì)此，我們可以通過以下方案來進(jìn)行解決：首先通過對(duì)外服務(wù)器，獲取互聯(lián)網(wǎng)中的時(shí)間，然后再結(jié)合對(duì)外服務(wù)器的實(shí)踐來對(duì)系統(tǒng)控制中心的時(shí)間進(jìn)行校對(duì)和同步，接著再實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中心和所有系統(tǒng)設(shè)備的時(shí)間同步。這個(gè)方案的具體操作方法如下：首先，我們利用需要進(jìn)行時(shí)間同步的設(shè)備來給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送一個(gè)時(shí)間協(xié)議的數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器在接收到數(shù)據(jù)包之后就會(huì)給系統(tǒng)設(shè)備反饋相應(yīng)的信息，最后通過結(jié)合設(shè)備發(fā)出時(shí)間數(shù)據(jù)包那一刻的時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收到時(shí)間協(xié)議數(shù)據(jù)包那一刻的時(shí)間、服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)包那一刻的時(shí)間以及設(shè)備再接收到數(shù)據(jù)包那一刻的時(shí)間，通過結(jié)合這四個(gè)時(shí)間就可以算出數(shù)據(jù)包在傳輸?shù)臅r(shí)候所存在的時(shí)間誤差，從而進(jìn)行設(shè)備的時(shí)間校準(zhǔn)。

1.2.2 必須要實(shí)現(xiàn)視頻的多點(diǎn)傳輸。多點(diǎn)傳輸會(huì)占用網(wǎng)絡(luò)的寬帶，會(huì)在傳輸過程中丟失數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致圖像的不完整。解決方案：通過組播去減小網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力。組播技術(shù)可以將每一個(gè)編碼作為組播源，可以對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行遏制粘貼和轉(zhuǎn)發(fā)IP放棄圖像。這樣一來整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)可以不計(jì)規(guī)模大小和用戶數(shù)的多少，都可預(yù)算出數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于網(wǎng)絡(luò)寬帶的要求，并根據(jù)此要求來對(duì)點(diǎn)傳輸采取進(jìn)一步的管理和控制。

1.2.3 必須要實(shí)現(xiàn)多級(jí)多域管理。就一般的情況而言，客戶對(duì)于大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的需求都是比較復(fù)雜和多變的，因此，為了滿足客戶的這些需求，就要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立劃分，將其劃分成數(shù)個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，再利用這些子系統(tǒng)來獨(dú)立進(jìn)行對(duì)應(yīng)區(qū)域的監(jiān)控任務(wù)，同時(shí)也可以利用域間接口來實(shí)現(xiàn)對(duì)其他區(qū)域的業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)控。為了可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)多域管理，我們可以通過配置域間路由來實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，每一個(gè)區(qū)域都必須要獨(dú)立、統(tǒng)一配置對(duì)應(yīng)區(qū)域的ID，而且還要配置一條可以從上級(jí)區(qū)域通達(dá)下級(jí)區(qū)域的路由，而對(duì)于是否可以通達(dá)下級(jí)區(qū)域，還需要過向上級(jí)區(qū)域注冊(cè)才可以判斷，而上下級(jí)之間的信息交換也可以由路由來實(shí)現(xiàn)。

1.2.4 必須要解決OLT發(fā)送數(shù)據(jù)包的安全性。通過點(diǎn)到多點(diǎn)的傳輸，可以實(shí)現(xiàn)ONU對(duì)任何一個(gè)OLT數(shù)據(jù)包的接收，因而，其安全性并不高，造成了在上行方向的ONU之間不可以通信。在下行方向，因?yàn)槭菑V播傳輸數(shù)據(jù)，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳時(shí)必須要認(rèn)證，否則是不允許上傳的。除此之外，還必須要通過加密的方法對(duì)不同的用戶之間進(jìn)行限制，保證用戶的安全。

2 應(yīng)用研究

2.1 系統(tǒng)需求

某學(xué)校設(shè)立監(jiān)控點(diǎn)多達(dá)185個(gè)，原系統(tǒng)存在較多問題，包括圖像失真、信號(hào)的信噪比低、同級(jí)的其他區(qū)域圖像無法獲得以及視頻服務(wù)器存在缺陷等問題。而由于該校擁有多個(gè)校區(qū)，分區(qū)的區(qū)域比較廣，且校區(qū)部分還跨越城際。因此，這就需要監(jiān)控終端可以通過一次性的編碼來提供全網(wǎng)使用的實(shí)時(shí)流。同時(shí)，此種數(shù)據(jù)流不能因?yàn)楦呤諗繉?duì)圖像質(zhì)量造成影響；不能只對(duì)單流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行提供，需要分出一路基于面向可靠連接的存貯流以促使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性，存儲(chǔ)流與實(shí)時(shí)流根據(jù)需求可以進(jìn)行編碼，且之間不會(huì)受到任何影響，能夠具備足夠的鏈路帶寬對(duì)監(jiān)控視頻流進(jìn)行傳輸。因?yàn)橐曨l監(jiān)控點(diǎn)的分布廣、距離遠(yuǎn)，傳輸系統(tǒng)需要具備公平性、可分路性及足夠的傳輸距離。系統(tǒng)的可擴(kuò)展性也非常重要，這樣就可以通過增加監(jiān)控設(shè)備和監(jiān)控點(diǎn)。對(duì)于監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)，要和相關(guān)通信行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的等級(jí)相符合，要達(dá)到1級(jí)或1級(jí)以上服務(wù)質(zhì)量。校園安防監(jiān)控系統(tǒng)建成之后，必須確保能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)校園的全方位安防管理。

2.2 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

通過EPON 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的前端接入和傳輸，同時(shí)，以校園光纖布置的特點(diǎn)作為依據(jù)。系統(tǒng)包括了校園主干光纜、分支光纜、同軸電纜等組成部分，并以這些組成的傳輸網(wǎng)絡(luò)方式在系統(tǒng)前端對(duì)嵌入式視頻服務(wù)器進(jìn)行了配置，前端攝像機(jī)的視頻信號(hào)接入視頻服務(wù)器，之后則接入到校園網(wǎng)，通過綜合管理平臺(tái)軟件與監(jiān)控中心將數(shù)字信號(hào)解碼還原成視頻信號(hào)后上電視墻。（1）采用前端到中心的網(wǎng)絡(luò)組播。組播實(shí)時(shí)流由前端攝像頭輸出后，經(jīng)組播優(yōu)化的交換機(jī)對(duì)視頻流進(jìn)行分發(fā)，單播存儲(chǔ)流由前端ONU輸出并寫入中心。（2）前端安裝的攝像機(jī)攝入圖像信號(hào)后，借助視頻編碼器將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，多個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)的IP 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)由EPON 分光設(shè)備進(jìn)行匯聚，之后通過光纜向監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸。

2.3 實(shí)踐效果

學(xué)校保衛(wèi)處作為本監(jiān)控系統(tǒng)指揮中心，實(shí)施了學(xué)校多媒體教室和公共機(jī)房的監(jiān)控，并將監(jiān)控?cái)U(kuò)展到學(xué)生宿舍以及學(xué)校的教學(xué)樓和辦公樓，在進(jìn)行了幾個(gè)主要位置的初步運(yùn)行測(cè)試之后，取得了令人滿意的結(jié)果。首先是監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)性能符合了相關(guān)通信行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了1級(jí)的服務(wù)水平。同時(shí)對(duì)于吞吐量和丟幀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，得到不同位置都比較相近的ONU下載變化速率，而平均的吞吐量也接近于整個(gè)系統(tǒng)的最大吞吐量，吞吐率接近于系統(tǒng)的最小吞吐率，過程中也沒有產(chǎn)生丟包的現(xiàn)象。對(duì)于在跨VLAN的情況下，單播流量正常，組播加入后同樣能夠接收到不帶TAG 的組播報(bào)文。監(jiān)控設(shè)備控制時(shí)，對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行控制及回放。按照IP地址規(guī)劃配置攝像頭，軟件上對(duì)任意一路攝像頭進(jìn)行拖動(dòng)，至窗格和監(jiān)視器經(jīng)過調(diào)整分辨率和碼率對(duì)圖像進(jìn)行觀察，回放觀看歷史視頻，至電視墻進(jìn)行圖像的上傳。指定動(dòng)作由云臺(tái)完成，使預(yù)設(shè)位轉(zhuǎn)動(dòng)更為準(zhǔn)確。

3 結(jié)語

以EPON作為承載網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控，具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，不僅降低視頻監(jiān)控建設(shè)的成本，也降低了施工的工作難度，還可以為用戶提供各種各樣的寬屏服務(wù)，EPON采用無源技術(shù)從而提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性。因此必須要加強(qiáng)對(duì)視頻監(jiān)控承載網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)的研究，不斷完善所存在的問題，建立具有經(jīng)濟(jì)性與安全性的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

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作者簡(jiǎn)介：田世中（1955-） ，男，天津人，中海油信息科技有限公司高級(jí)工程師，研究方向：電力纜通信（PLC）技術(shù)的應(yīng)用。