高速公路視頻監控系統傳輸方式的選擇

□周 洲 周林英

一、視頻傳輸方式

對于高速公路視頻監控系統而言，視頻傳輸方式大致分為3種：視頻電纜傳輸、光纜傳輸和IP方式傳輸。

1.同軸電纜傳輸系統

在視頻監控系統中，同軸電纜是傳輸視頻圖像最常用的媒介。同軸電纜是在內導體上用聚乙烯以同心圓狀覆蓋絕緣，外導體采用軟銅線編織物，最外層用聚氯乙烯

封包。同軸電纜對外界電磁波和靜電場具有屏蔽作用，導體截面越大，傳輸損耗越小，從而可以傳輸更遠的距離。電纜傳輸的主要缺點是，抗干擾能力差。根據同軸電纜的特性，屏蔽層對頻率越低的電磁波的屏蔽作用越差，所以同軸電纜容易受廣播和低頻電磁波的干擾。

圖像的質量與同軸電纜的質量有很大關系。視頻信號傳輸一般使用75歐姆特性阻抗的同軸電纜。頻率越高，傳輸損耗越大。特別是在傳輸視頻信號時，傳輸距離越長，高頻成分越小，結果使圖像的對比度惡化。

2.視頻光纖傳輸系統

光纖是一種能使光以最小的衰減從一端傳到另一端的透明玻璃和塑料纖維，它將視頻及控制信號轉換為激光信號在光纖中傳輸。在監控系統中，長距離的圖像傳輸一般使用光纖傳輸方式。光纖傳輸具有距離遠、容量大、抗干擾能力強等優點。其缺點是對于幾公里內監控信號傳輸不夠經濟；光熔接和維護需專業技術人員及設備操作處理、維護技術要求高，不易升級擴容。

光纖視頻傳輸系統主要有5種傳輸形式。

（1）傳輸圖像的基本形式。圖1為一路光纖視頻傳輸系統，一根光纖上傳輸一路視頻信號。

圖1 光纖傳輸基本系統

（2）多路視頻數字復用光纖傳輸。圖2為多路視頻復用傳輸系統，可在一根光纖上傳輸多路視頻信號。

（3）視音頻信號復用光纖傳輸。圖3為視音頻信號復用光纖傳輸系統，可在一根光纖上同時傳輸視頻和音頻信號。

圖2 多路復用光纖傳輸

圖3 音視頻光纖傳輸

（4）視頻與反向數據光纖傳輸。圖4為視頻與反向數據傳輸系統，一路正向傳送復合視頻信號供顯示，另一路反向傳輸RS422接口數據，實現經解碼器對云臺和鏡頭的控制。

圖4 帶云臺控制的光纖傳輸系統

（5）全光視頻綜合接入系統。圖5為鏈路式全光視頻綜合接入系統，現場視頻信號通過遠端節點光端機以光信號傳輸至數字視頻光傳輸交換平臺，由數字視頻光傳輸交換平臺輸出圖像信號至其他管理所或分中心。

3.IP方式視頻傳輸系統

IP傳輸方式通過視頻編碼器將視頻信號壓縮為數字信號，再通過IP網絡進行傳輸。如需還原視頻信號，通過視頻解碼器即可實現。采用IP傳輸方式時，需將各路圖像數據壓縮打成統一的IP包，并與收費數據、外場數據一起傳輸。其增刪數據源十分方便，只是變更地址而已（如圖6所示）。

圖5 全光網絡傳輸系統

圖6 IP方式視頻傳輸系統結構圖

圖6為采用IP方式傳輸視頻圖像的系統構成圖，外場攝像機圖像經過視頻編碼器編碼轉換成IP信號，經過通信系統提供的IP傳輸通道傳送至監控分中心的交換機，交換機接視頻解碼器解碼還原成視頻信號后上監視器墻顯示。當有多路圖像信號接入分中心交換機時，可通過分中心圖像控制終端切換某一路進解碼器解碼后顯示。IP視頻傳輸便于聯網、遠程調用、資源共享，可采用點播/組播方式，實現一點對多點的傳輸。各路圖像可用不同的壓縮編碼方式，只是監控終端需要多種軟件進行圖像解碼。

二、高速公路視頻傳輸方式的選擇

傳統高速公路視頻傳輸采用光端機、交換采用模擬矩陣的模式，視頻傳輸采用光端機（一般是點對點數字非壓縮視頻光端機或數字非壓縮級聯光端機），視頻切換采用模擬矩陣。由于視頻監控系統需要大量的中間接入設備（如光端機、矩陣、視頻分配器等），這些設備有不同的品牌、不同的型號及不同的性能，導致整個系統過于復雜，無法做到統一、方便和有效的管理。同時，這些設備之間完全靠模擬視頻互連，多次連接過程有損視頻信號的質量，而且現在的光端機幾乎都已采用數字非壓縮技術，為與模擬矩陣連接，在整個聯網系統的視頻傳輸過程中視/音頻信號需要經過多次的A/D、D/A轉換，圖像質量無法得到保證，并且模擬視頻信號每經過一次傳統模擬矩陣都會產生一定的損耗。

數字視頻光傳輸交換系統以數字非壓縮視頻光纖傳輸技術為基礎，集數字視頻光纖傳輸網絡和數字視頻矩陣功能于一體，把數字視頻綜合光纖傳輸網絡與數字視頻交換網絡（數字矩陣）進行無縫連接與融合，整個傳輸與交換平臺由統一的“數字視頻綜合傳輸交換管理軟件平臺”進行管理。此系統具有全數字、大容量、高品質圖像、高擴展性、完善的視頻管理及網絡管理能力，可為視頻監控高端用戶提供專業的綜合解決方案，特別適合于對多級傳輸、交換高質量視頻、多種業務接入的用戶需要。

三、工程實例

西漢高速公路分為西安至戶縣段、戶縣—洋縣—勉縣段、勉縣至寧強段和寧強至棋盤關段建設。根據陜西省高速集團的規劃，2009年將西漢高速公路劃分為西漢分公司和漢寧分公司管理，其中西漢分公司負責管轄西安至金水段，漢寧分公司負責管理金水至陜川界（棋盤關）。西漢分公司管轄路段全長約為164公里（K1101+000～K1265+500），全段共新增道路監控攝像機53套，對本路段進行全天候監視，及時發現事故跡象，盡早處理。全線日常運營分為3個管理所管理，分別為戶縣所、秦嶺所（七畝坪）、寧陜所，負責各自路段的道路監控及收費業務管理。

1.路段內的視頻及數據傳輸

原有外場監控攝像機至所屬管理所的視頻傳輸方式不變，建立以數字視頻傳輸交換平臺為核心的信息傳輸系統，解決路段內新增監控外場設備至監控分中心的監控系統視頻、數據傳輸，并負責已匯集至管理所的原有外場設備圖像、數據向監控分中心的傳輸。各數字視頻數據傳輸平臺之間采用波分復用設備，以減少光纖占用，各節點傳輸平臺依線形方式串接，以減少使用光中繼次數。

在七畝坪虛擬監控分中心設置數字視頻光傳輸交換平臺局站設備（視頻需要接入接出），虛擬分中心數字視頻光傳輸交換平臺除了與其他傳輸平臺相連，還具備模擬視頻接入、模擬視頻切換輸出、視頻低碼流編碼、攝像機遙控信號輸出、以太網通道提供、E1通道提供等功能。

在高速大廈監控分中心設置數字視頻光傳輸交換平臺支站設備（視頻只需要輸出），該傳輸平臺與戶縣傳輸平臺相接，具有模擬視頻切換輸出、閉路電視遙控鍵盤接入、以太網通道提供、E1通道提供等功能。

在戶縣、寧陜管理所各設置1套數字視頻光傳輸交換平臺支站設備（視頻需要接入），該傳輸設備與其他傳輸平臺相接，具有模擬視頻輸入、攝像機遙控信號輸出、以太網通道提供等功能。圖7、圖8分別為七畝坪虛擬分中心綜合監控視頻控制系統圖和戶縣管理所視頻傳輸圖。

圖7 七畝坪虛擬分中心綜合監控視頻控制系統圖

圖8 戶縣管理所視頻傳輸圖

本項目道路沿線的新增遙控攝像機圖像采用節點光端機上傳至臨近的監控管理所（虛擬監控分中心），接入該站點的數字視頻傳輸交換平臺，最終全部傳入監控分中心。

收費管理所攝像機圖像接入監控分中心的分為兩類，即收費廣場攝像機和收費亭（收費車道）固定攝像機，廣場圖像在收費管理站經視頻分配器分配一路進入收費管理所視頻控制矩陣，另一路通過視頻傳輸平臺(或遠端模塊)傳至監控分中心。收費亭（收費車道）固定攝像機圖像在收費管理所內經收費監控系統視頻控制矩陣切換輸出4路視頻圖像，再通過收費管理所視頻傳輸平臺（或遠端模塊）傳至監控分中心。治超攝像機圖像處理方式與收費系統攝像機圖像相同。

服務區攝像機圖像通過節點光端機提供的傳輸通道傳至監控分中心。在監控分中心設置視頻網管工作站，負責路段分公司范圍內綜合監控視頻圖像的調度管理。

收費系統、治超系統的可遙控攝像機圖像在經過視頻分配器分配后，接入同址設置的數字視頻光纖傳輸交換平臺或遠端傳輸模塊。這些遙控攝像機的控制信號來自初級視頻矩陣的控制信號輸出端口，通過平臺設備對初級視頻矩陣的控制來實現監控分中心對上述遙控攝像機的遠程控制。

2.監控分中心——省監控中心的視頻及數據傳輸

監控分中心向省監控中心上傳8路符合H.264碼流編碼標準的高碼流（2M）及低碼流（200K）H.264編碼圖像。上傳的圖像包括本路段內的道路監控圖像、隧道監控圖像、收費系統圖像、治超系統圖像。

高碼流圖像通過高速公路通信專網提供的網絡平臺上傳至省監控中心、集團公司監控中心、廳應急辦等處，也可還原到監視器、大屏幕投影上清晰顯示。低碼流圖像在計算機顯示，均可對路段內圖像實現調控。

視頻監控系統圖像傳輸所需的七畝坪虛擬監控分中心至省監控中心1路以太網通道由西漢高速公路干線通信系統提供，實際帶寬為30M，滿足高低碼流視頻圖像傳輸、呼叫服務系統、監控數據傳輸以及其他擴展預留業務的需求。

設置在虛擬監控分中心的視頻發布服務器、IPSAN提供H.264編碼的200K低碼流錄像或實時圖像流媒體圖像，高速公路綜合監控網中的授權終端可遠程瀏覽低碼流視頻圖像，監控分中心視頻發布服務器配合監控分中心視頻交換機提供視頻組播，可根據網絡帶寬控制瀏覽數量。

3.監控分中心——管理所的視頻及數據傳輸

管理所主要負責收費業務的運營管理，仍保留原收費所級監控設施，監控外場視頻、數據在管理所匯集后上傳路段監控分中心。管理所所需的監控視頻主要通過計算機網絡采用軟解壓方式從路段監控分中心獲取，所需監控數據取自監控分中心計算機系統。管理所原則上不增加視頻顯示和記錄設備，保留原管理所內已配置監控設施，可進行適當的監控視頻圖像監視作為計算機遠程查詢終端的補充。

高速公路視頻監控系統傳輸方式的選擇需要根據傳輸距離、傳輸容量、周圍環境影響綜合考慮，結合未來高速公路視頻監控技術的發展趨勢，根據不同的需要制定合理、經濟的傳輸方案。