SVAC標準在地鐵視頻監控系統中的運用研究

冬萌

（天津交通職業學院軌道與航空學院，天津 300380）

地鐵視頻監控系統能夠將車站的客流情況、安全信息以圖像的形式，直接提供給控制中心的調度員、各車站值班員、列車司機等，成為地鐵列車正點運行、旅客疏導、防災救災以及社會治安等方面的重要工具。音視頻編解碼技術標準作為所有視頻信息最基本的“描述語言”，通常以追求最大數據壓縮率為目標，從而更好地解決動態圖像以像素形式表示數據量巨大，存儲空間和傳輸帶寬無法滿足的問題。

為了更好地適應地鐵行業的運用發展，保證視頻網絡安全，結合各城市地鐵視頻監控系統應用情況，科學合理地選擇音視頻編解碼技術標準尤為重要。

1 音視頻編解碼技術

衡量比較音視頻編解碼技術標準指標一般有：編碼速率、圖像質量、頑健性、時延、計算復雜性、算法的擴展性等。編碼效率是衡量音視頻編解碼技術標準的首要指標也是最重要的指標，直接關系到傳輸資源的有效利用和網絡容量的提高。而編碼效率的高低最直觀的體現則是表現為圖像數據的壓縮率。

國際上音視頻編解碼技術標準主要有ISO/IEC JTC1 制定的運動圖像壓縮的標準，即MPEG（Moving Pictures Experts Group）系列標準；ITU 針對多媒體通信制定的H.26x 系列標準，包括H.261、H.262、H.263、H.264、H.265、H.266；以及開放媒體聯盟（AOMedia）制定的AV1標準。SVAC是我國具有自主知識產權的音視頻編解碼技術標準。SVAC1.0，即《安全防范監控數字視音頻編解碼技術要求》（GB/T 25724-2010），由我國公安部、工業和信息化部聯合制定[1]，2011 年5 月1日正式施行；SVAC2.0（GB/T 25724-2017）是SVAC1.0的升級版，2017 年6 月1 日正式施行[2-3]。國內外主要音視頻編解碼標準壓縮率見圖1。

圖1 國內外主要音視頻編解碼標準壓縮率

2 應用分析

從圖1 可以看出，SVAC 標準雖然在數據壓縮率的表現不是最佳，但是SVAC2.0的數據壓縮率基本能夠達到H.265 的水平，滿足當前視頻監控系統對數據壓縮率的要求。目前地鐵視頻監控運用發展呈現出高清數字化、聯網標準化、識別智能化[4]等新的特點。與此同時，地鐵視頻監控技術創新發展伴隨的安全威脅與傳統安全問題相互交織，使得視頻網絡安全問題日益復雜隱蔽，面臨的網絡安全風險也不斷加大。構建基于國產商用密碼實現視頻加密保護目標的地鐵視頻網絡也成為未來發展趨勢。

2.1 業務需求

近年來，地鐵視頻監控業務需求朝著識別智能化方向發展，SVAC 針對地鐵視頻監控應用場景，具備在視頻圖像信息中插入視頻監控專用信息功能。該功能允許在視頻編碼形成的數據流中插入時間、報警、智能分析結果等各類專用信息。特別是對于人工智能在地鐵視頻監控[5-6]獲得廣泛應用的需求背景下，SVAC標準可以將地鐵視頻監控攝像機智能分析的結果信息插入到視頻流中，大大減輕了后臺集中進行視頻分析的壓力，為地鐵視頻監控識別智能化的業務需求發展提供了一種較好的解決方案。

2.2 聯網標準化

1）視頻監控系統和其他系統融合發展

基于數字網絡技術的視頻監控系統，可以和其他計算機軟件業務平臺基于通訊協議實現數據的交換和業務的整合。例如，視頻監控系統可以作為綜合監控系統（ISCS）的組成部分，向電力遠動（SCADA）、環控、屏蔽門、機電設備管理（BAS）等綜合監控系統集成的其他系統提供基礎的視頻資源，而不設立獨立的監控終端。未來隨著智能信息技術的發展，地鐵各業務系統對于視頻的使用會更加普遍，這種系統級的融合逐漸成為未來發展趨勢。統一運用SVAC 標準，有利于促進視頻監控和地鐵其他綜合管理系統融合的實現。

2）地鐵視頻監控系統融入公安監控體系

視頻監控技術是“智慧城市”的建設基礎，地鐵視頻監控系統融入公安監控體系成為未來發展趨勢。SVAC 標準由公安部主導編制，已在多地“智慧城市”建設以及公安視頻監控系統中運用。地鐵視頻監控系統建設方案需兼顧運營和治安兩方面的需求，與公安視頻監視系統同屬于地鐵安全防范監控報警聯網系統的組成部分。地鐵視頻監控系統運用SVAC標準不僅有利于解決地鐵安全防范監控報警聯網系統中音視頻解碼標準不統一的問題，而且也是地鐵視頻監控系統融入公安監控體系的技術前提。

2.3 網絡安全

《公共安全視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》（GBT 28181-2016）“6 交換要求”中第“6.2 媒體壓縮編解碼”規定：視頻編解碼采用H.264或MPEG-4，應優先采用SVAC。

《公共安全重點區域視頻圖像信息采集規范》（GB 37300-2018）“4 采集部位和采集種類”中第“4.1采集部位”明確了“城市軌道交通列車及車站出入口、車站通道、安檢區、車站站廳、站臺等開放區域”是重點行業、領域涉及公共區域的采集部位；“6.3 安全要求”中第“6.3.2 信息安全”規定：采集設備的安全等級應至少符合GB 35114-2017 中A 級前端設備的相關要求。

《公共安全視頻監控聯網信息安全技術要求》（GB35114-2017）（以下簡稱GB35114）“6 基本功能要求”中第“6.3 前端設備分級”見表1所示。

表1 《公共安全視頻監控聯網信息安全技術要求》（GB35114-2017）“前端設備分級表”

地鐵屬于國家關鍵基礎設施，根據《中華人民共和國密碼法》和《金融和重要領域密碼應用與創新發展工作規劃的通知》等相關文件的要求，在當前網絡安全形勢下，為減少地鐵視頻等敏感信息泄露和視頻網絡遭受攻擊的風險，需要積極開展基于國產商用密碼算法在地鐵視頻監控系統的推廣使用，推進地鐵視頻監控系統逐步建立國產商用密碼安全保護機制。因此，多地城市已逐步推廣要求地鐵視頻監控系統達到GB35114規定的前端設備C級安全標準，即實現視頻加密保護。

與其他音視頻編解碼技術標準相比較，SVAC 是目前唯一能夠實現支持SM1～SM4等國產商用密碼算法的音視頻編解碼技術標準，并在編碼層面上實現“攝像機—客戶端”的端到端加密，從而達到GB35114要求的C級安全標準。

3 工程方案

新建地鐵線路運用SVAC 無須特別的方案設計，而既有地鐵視頻監控系統采用SVAC 標準需進行改造。

一般地鐵視頻監控系統由車站/車輛段本地監視和控制中心遠端監視兩部分組成。控制中心設備由監控終端連接設備和界面（綜合監控終端集成）、數字錄像回放終端、存儲設備（備份用）、核心數據交換機、系統網絡管理終端、媒體服務器、錄像服務器、解碼器、專用通信提供的傳輸通道等組成。車站/車輛段設備由錄像存儲設備、流媒體服務器、數據交換機、解碼設備等組成。同時在站廳、站臺等處設置高清槍機、一體化高清球機以及高清半球攝像機。

地鐵視頻監控系統的構成及SVAC運用涉及的改造部位如圖2所示。

圖2 地鐵視頻監控系統的構成及SVAC運用涉及的改造部位

3.1 攝像機

新設支持SVAC2.0 標準攝像機與設置傳統攝像機的方案完全一致，不進行贅述。

在不替換既有攝像機的前提下，對既有已安裝的攝像機進行升級改造，目前一般采用補充安裝安全加固網關[7-9]的方式實現。安全加固網關具有標準的網絡接口，采用DC12V供電，同時兼容AC24V。

安全網關能夠通過解析網絡協議來提取控制數據和視頻數據，完成對攝像機視頻圖像的有效安全控制。安全加固網關一般由嵌入式系統實現，核心的硬件為編碼模組，它負責整個系統的主控操作，網絡協議處理。模組內嵌入滿足國產商用密碼標準的安全芯片，從而可以實現GB35114要求的C級安全標準。

安全加固網關在部署時通常采用盡量靠近攝像機安裝的方式，一般安裝在設備箱內部或者就近機房或設備間內。盡量靠近安裝較好地利用現有的硬件資源，施工簡單，可以利舊使用既有攝像機設備箱內的電源和網絡設備，最大限度減少優化投資，設備的防水、防雷擊等運行環境獲得有效保障。

3.2 網絡安全

支持非SVAC標準的地鐵視頻監控系統一般沒有設置相應的數字證書認證系統，為了滿足GB35114要求的C級安全標準，需要按照GB35114定義的數字證書認證系統要求，對既有地鐵視頻監控系統運用SVAC標準的升級改造，應在城市運營中心、線路控制中心、車站/車輛段分別補充設置CA 認證中心、RA 注冊系統以及目錄服務模塊。

當安全加固網關配置為C級安全標準模式時，對攝像機傳來的非SVAC 碼流（如H.264/H.265 碼流）進行轉碼，轉換為SVAC2.0 標準編碼的視頻數據，并通過板載的安全加密芯片，對這些視頻數據進行簽名和加密，簽名和加密后的視頻數據流由車站級目錄服務模塊狀態查詢后，通過車站匯聚交換機同步上傳至上一級控制中心RA注冊系統進行證書審核，最后由CA認證中心對證書簽名及密鑰進行簽發，完成視頻數據簽名、加密等操作。

3.3 存在問題

SVAC標準在地鐵視頻監控系統運用存在的問題大致存在如下三個方面：

1）起步較晚未能搶占市場先機，不利于市場推廣。由于H.264等國外標準較SVAC標準較早進入市場運用，相比較SVAC標準得到了更多的廠商支持，成為國際國內眾多標準化聯盟組織的選擇。從目前市場運用情況分析，H.264等國外標準實現趨于規范，不同廠商的互操作有比較好的保證，也是目前市場上諸多廠商優先選擇。

2）升級更新的效率滯后于國外標準，不利于技術優勢推廣。從前文圖1主流音視頻編解碼標準壓縮率對比圖中不難發現，在H.265 尚未成熟全面推廣之下，2020 年7 月，德國的Fraunhofer Heinrich Hertz Institute（簡稱Fraunhofer HHI）聯合Apple,Ericsson,Intel,Huawei,Microsoft,Qualcomm,和Sony 發布了H266/VVC（Versatile Video Coding）標準，聲稱其壓縮效率比H.265提高一倍。在升級更新速度無法與國外標準匹敵的情況下，SVAC標準無法搶占技術制高點。

3）既有地鐵視頻監控系統運用SVAC標準升級改造，仍存在投資成本增加、改造施工對既有線上系統造成影響[10]、實施案例較少等問題，尚未被較好接納。即使在新建地鐵視頻監控系統中順利推廣運用SVAC標準，但目前既有地鐵視頻監控系統的體量巨大，新舊視頻監控系統無法兼容互通，對SVAC 標準在地鐵視頻監控系統的運用極為不利。

4 結束語

雖然SVAC標準在地鐵視頻監控系統運用仍存在一些問題，但是作為國內具有自主知識產權的音視頻編解碼技術標準，在視頻智能識別分析、聯網標準化、網絡安全等方面具有較大優勢，符合地鐵視頻監控系統運營管理需要和未來的發展趨勢[11-13]，已建成的既有地鐵視頻監控系統也存在運用SVAC標準升級改造工程案例，因此，SVAC總體上適用于地鐵視頻監控系統的運用場景。相信在未來國內標準工作人員的努力下，能夠較好解決這些問題，實現SVAC標準的全球化推廣。