高速公路視頻監控系統的發展及應用研究

沈雄斌

（福建省高速公路監控中心安溪分中心，福建 泉州362400）

0 引言

為了實時、全面地監視高速公路的狀況，視頻監控點會越來越密集，即實現所謂全程監控，這意味著高速公路的監控網絡將越來越龐大。

到目前為止，泉州高速公路共經歷了三代監控視頻傳輸方式，從泉三高速泉州段的全模擬矩陣，到南惠高速的光傳輸交換平臺，到目前金安、晉石高速等最新的全數字高清IP組網系統，視頻監控系統正一步步趨于成熟，規模越來越大，性能進一步穩定和提高。作為一名高速公路機電系統的維護人員，筆者將結合系統構成和維護經驗，簡要分析這幾個系統的優劣，并提出解決方案。

1 模擬視頻矩陣

以前的高速公路視頻監控系統，往往運用視頻光端機＋模擬視頻矩陣＋DVR的手段加以實現，例如泉三高速泉州段。對這種單純一條路段的監控視頻來說，這種組網方式能夠滿足運營管理要求。但實際上，該系統擴展能力差，不能滿足大網絡監控要求。基于此原因，光平臺得以產生。

2 光傳輸交換平臺

光傳輸交換平臺也稱光矩陣，屬于視頻監控系統的一種新產品。光傳輸交換平臺不屬于模擬矩陣，其包含有傳統（視頻、數據）光端機＋模擬矩陣＋視頻編解碼器＋視頻綜合管理軟件＋光端機網管軟件等許多功能的一類設備，它的交換不經過模擬開關，而是主要運用全數字光纖傳輸交換的手段實現。

南惠高速公路視頻系統就采用了中威VAR光傳輸交換平臺，組網方式與泉三高速完全不同，代替光端機＋模擬視頻矩陣＋DVR的監控實現方式，不僅使得系統集成度及其性能指標大大強化，還讓系統的可維護性得以增強。

中威VAR光傳輸交換平臺的視頻傳輸采用了非壓縮編解碼傳輸方式，在前端接入模塊，對視頻實施數字采樣編碼，然而視頻信號不用通過壓縮技術進行處理。這種編碼手段提升了量化精度，減少了量化誤差，通過一次A／D變換的進行，促使模擬視頻信號變成標準的BT656分量數字視頻，同時這種信號還能實施壓縮編碼，讓反復進行視頻碼流轉換產生的損耗變少，還讓端對端的視頻質量有了極大提升，在滿足大屏顯示應用要求的同時，也使視頻分析應用要求得以滿足，其能給全程及全網無縫數字化平臺提供一個合理的基礎。

3 純數字壓縮編碼傳輸（純IP網絡傳輸模式）

對于數字壓縮編碼而言，其主要經由編碼器接入，就視頻實施合理的數字采樣及編碼之后，通過視頻壓縮算法對其實施壓縮處理（即IP網絡視頻）。H．264主要由ISO及ITU（國際電信聯盟）雙方一起提出，其屬于繼MPEG4之后的一種數字視頻壓縮格式，具有之前壓縮技術的優勢，同時也包含別的壓縮技術不能相比的優越性。主要優勢不僅有網絡適應能力強、碼率低，同時圖像本身質量及其容錯能力也高。與MPEG4 ASP、MPEG2壓縮技術對比，通過合理分析，在圖像質量一樣的前提下，采用H．264這一技術進行合理壓縮之后的數據量只占MPEG4的1／3，同時達到 MPEG2的1／4。在互聯網以及3G網絡中，H．264的視頻文件能容易地進行傳輸。但是H．264解碼算法與MPEG2技術以及MPEG4技術對比起來較為繁瑣，計算的要求也高。數字壓縮編碼手段促使視頻數據碼流一直降低，壓縮高清HD－SDI視頻數據往往為8 Mb／s。和非壓縮對比起來，占據的帶寬有所減少，然而視頻清晰度及實時性沒有非壓縮編碼手段好。

4 光平臺視頻監控方案

基于上面對光平臺以及數字壓縮編碼實現方式的介紹，我們更加深刻地了解到：光平臺系統可以更好地滿足高速公路領域的視頻聯網監控要求。在外場→收費站／隧道所→路段分中心的視頻監控應用方案中，有時會使用數字非壓縮光平臺方案，有時使用數字全壓縮光平臺方案，有時也采用數字非壓縮與壓縮混傳光平臺方案。

4．1 數字非壓縮光平臺

該方案的核心為數字非壓縮光平臺，收費站／隧道所、路段分中心分層設計。該設計中，收費站、隧道所能實施控制、調度及存儲，視音頻信號還能針對對應的需求，被傳輸至上級路段監控站，同時基于對應的權限，上級路段分中心實施嚴格控制并進行對應管理。在路段分中心，在使用平臺管理軟件之前要進行正確的設置，確保全網視音頻全面調度的有效實施，也確保管理工作的順利開展。路段分中心以上級別的視頻傳輸一般使用數字壓縮編碼手段，主要經由通信網絡傳送到每個省中心。其屬于行業典型的“路段非壓縮接入、集中壓縮編碼方式”。

此項方案往往具有以下特征：

（1）視頻信號進行傳輸時不用壓縮，不會出現網絡傳輸丟包和阻塞現象，可靠性高；

（2）傳輸延遲不大，進行實時監控屬于最好的；

（3）模擬升級到高清較簡單，能利用已有線路，僅進行前后端設備的改換就行，不用再次布線，使用便捷；

（4）非壓縮信號有助于智能檢測這些業務的順利開展；

（5）使用非壓縮接入方式能便捷地兼容傳統模擬／數字矩陣模式，實施協調控制；

（6）網絡帶寬占用較大，特別是高清視頻，必須有較多的光纖資源才能傳輸。

4．2 數字全壓縮光平臺

此項方案不管是收費亭還是車道，抑或隧道或道路中的視音頻這些外場信號，都要經由前端綜合接入模塊（此處即為編碼器），通過環型（或星型、鏈型）組網接到附近的收費站／隧道所，收費站／隧道所可以進行調度，還可以進行存儲及控制，與此同時，視音頻信號還能基于要求，被傳輸到上一級路段監控中心，然后路段分中心按照自身權限合理實施管控。路段分中心在利用平臺管理軟件前要對其進行正確的設置，實施全網視音頻的統一調度，還要進行嚴格控制，最后進行對應的解碼輸出。路段分中心以上的壓縮視頻數據，主要經由通信網絡被傳送到每個省中心。其屬于行業典型的“全數字IP組網方式”。

4．3 數字非壓縮與壓縮混傳光平臺

然而，非壓縮視頻的實時性和高畫質不可或缺，而帶寬瓶頸問題又需要解決，有沒有一種魚與熊掌盡量兼得的方案呢？我們自然會想到“數字非壓縮與壓縮混傳光平臺解決方案”，具體如下：外場→收費站／隧道所，使用數字非壓縮編碼，在確保傳輸實時性的同時，更能確保高清晰度；更重要的是將存儲以及智能事件檢測功能設置到收費站／隧道所，主要針對非壓縮接入的視頻信號實施合理壓縮存儲，并對其實施智能事件檢測，從而提升系統的可靠性，也讓所有節點的設備安裝得以簡化。收費站／隧道所由于就全部視頻信號實施壓縮存儲，所以由收費站／隧道所→路段分中心便能實施壓縮信號傳輸，進而減少所需光纖資源。存儲和智能事件檢測功能要在收費站／隧道所實現，此時路段分中心主要功能是：完成視頻在電視墻的調度顯示這一任務，需要上傳的視頻信號并不是太多，有需要的時候也能使用非壓縮信號加以傳輸。

5 結語

綜上所述，每個方案均有其自身的獨特性，實際采用何種組網方案，主要根據具體要求而定。考慮到以后高速公路里程的進一步延長，對監控網絡的要求以及條件必然日益提高，數字非壓縮與壓縮混傳光平臺這一方案更具有普適性。