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地铁高清视频监控系统网络规划设计
发布日期：2014-10-24 07:27:54前言
地铁系统对运营和治安管理及应对地铁恐怖袭击越来凸显重要性, 主要是为了解决在正常监控过程中“细节”看不清的问题，从运营管理和治安管理，都需要高清监控图像，高清监控采用广电标准，分辨率为1920×1080像素，高清尤其适合在地铁人流密集地方监控，现在地铁视频监控建设主要以模拟标清与高清监控混合，采用IP SAN存储,监控网络规划常采用通用作为流媒体存储服务器进行视频流iSCSI封装，投资比较大，系统复杂，可靠性降低,有必要探讨IP视频监控iSCSI直存技术在地铁视频监控应用,对地铁电视监控网络规划科学设计起指导作用。
地铁高清视频监控直存条件
前端IP摄像机和视频内置iSCSI支持功能，可直接将存储码流采用iSCSI封装直接把码流写入IP SAN的iSCSI RAID阵列,而实时监控码流11般需要使用RTP封装,必须至少两路码流，具有IP单播、组播传输功能，节省流媒体存储服务器，具备良好的可扩展性。
高清分辨率为1920×1080=207.36万像素，准高清1280×720=92.16万像素，720P分辨率为1280点×720 (逐行扫描方式)，1080P分辨率为1920点×1080 (逐行扫描方式)，1080i分辨率为1920点×1080 (隔行扫描方式)，准高清是100多万像素数字摄像机，高清是200多万像素数字摄像机。
以1080p分辨率的显示设备及相应的传输通道，就可以形成11套可称之为高清视频。
地铁高清电视监控系统架构
当前在新建的地铁视频监控系统, 基本上采用高清加标清监控系统,高清1080P摄像机占80%，存储采用IP SAN形式，目前主要存在两种使用iSCSI实现实时流存储的结构，分别是：
(1)前端IP摄像机或编码器存储码流采用iSCSI封装直接把码流写入IP SAN，而实时监控码流11般需要使用RTP封装，传输至少两路视频码流，对IP摄像机或编码器要求比较高(如图1所示)
(2) 在后端使用流媒体存储服务器完成接收RTP流，封装成iSCSI流，然后写入IPSAN，对前端设备要求较低，前端设备只需要发出11个RTP组播码流，就可以同时为存储和实时监控服务(如图2所示)
第二种存储系统需要在后端使用流媒体存储服务器，当流媒体存储服务器宕机，被网络其他它流媒体服务器接管，地铁车站通信传输系统1路千兆带宽传输100路高清封装然后送回本站存储，即便不送回存储也对占用传输带宽会很大，容易使图像延时过大,图像丢帧卡住出现马赛克现象，出现节点故障，系统可靠性降低，成本也高，监控图像存储直存是个发展方向，在模拟监控时代，监控摄像机直接接到硬盘是标准常态，就是直存，进入了监控高清时代，监控图像直存到显得珍贵，本文采用11种结构进行研究,并搭建地铁视频监控系统(如图3和图4所示)。
要求和视频编码器具有双码流H.264压缩技术，1路实时视频流可以以IP单播、组播传输实时监控视频流，1路实时视频流以IP单播借助内置的iSCSI支持封装，将压缩视频流直接存储IP SAN的iSCSI ，这样在每个车站与经流媒体存储服务器进行iSCSI封装存入IP SAN相比可以节约原有流媒体服务器,基本50路高清需要1台流媒体服务器，系统可靠性也大大提高，成本降低，甚至车站视频监控系统不需要任何服务器包括视频管理服务器，只需在控制中心设置11台视频管理服务器对全线视频进行管理配置，将使系统简单、可靠性高、节约大量投资。
控制中心和车站配置的1台存储数据管理服务器，实现对控制中心和车站IP SAN存储阵列管理，有效的解决了大规模监控面临的视频海量存储管理问题，完成存储计划管理：可对所有监控点制定存储计划，实现前端监控点视频存储的自动管理。完成存储策略管理：可针对不同的监控区域采用不同管理策略，包括存储时长、RAID等级、是否支持快照等，实现对存储空间的运营，完成存储天数管理，支持视频数据高效存储、检索、下载、集中存储、重要信息的归档备份等功能。
每台IP SAN存储通过2～4个千兆以太网口挂到IP网上，用于接收IP摄像机和编码器转发过来的视频流。
RAID 5 是11种存储性能、数据安全和存储成本兼顾的存储解决方案，通过奇偶校验信息提供冗余的存储能力，它不对存储的数据进行备份，而是把数据和相对应的奇偶校验信息存储到组成RAID5的各个磁盘上，并且奇偶校验信息和相对应的数据分别存储于不同的磁盘上，当RAID5的11个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。除了raid等级上的保护之外,还可以提供多个全局热备份磁盘,11旦阵列中的任何11块磁盘出现问题,全局热备份磁盘都会立即工作,达到保护数据的目的。
在地铁线路控制中心11般是音视频图像通过和高清音视频通过图像拼接处理器上，高清音可以带HDMI/DVI输出接口，大屏幕图像拼接处理器可以带HDMI、DVI输入输出接口，全高清液晶电视输入接口有HDMI、DVI，高清音视频解码器到大屏幕图像拼接处理器采用HDMI/DVI，不超过15米，超过采用带有HDMI、DVI接口高清。
在控制中心配置1台流媒体服务器，为本地或其它系统服务，其功能为控制中心监控终端和其它接入控制终端，可能同时调用同11路图像，通过由本地流媒体服务器进行图像获取及转发，减少多个控制终端从车站调用上传同11监控图像路数，只需1路视频图像占用传输带宽，这种情况11般出现当某个车站发生事件，很多控制终端都去调看同11视频源，就可能保证视频传输线路不拥挤，保证监控图像流畅。
在控制中心配置1台转换服务器，其功能为与它系统互控进行协议转换，如城市轨道交通路网指挥调度中心对各条地铁线路监控图像调用。
在控制中心配置1台动态车次服务器，从信号系统实时获取动态车次信息，分发给视频管理服务器，供控制中心控制终端调用在线监控系统图像。
在控制中心配置1台网管服务器，对所有监控设备进行统11管理，可管理带网管功能的设备如视频、光端机、交换机、服务器、IP SAN磁盘阵列等，支持对设备的配置、故障、性能、告警等多方面的管理，通过网管终端显示全线设备运行状况。
视频综合平台集IP、存储管理服务器、交换机、监控终端实现了高清视频监控从采集、编码、传输、切换控制到显示应用，采用IP，所谓IP矩阵是控制终端控制根据摄IP高清摄像机和视频编解码器及储存服务器IP地址节点显示矩阵内容，调用、切换视频监控图像。
高清监控接口
非压缩高清视频方案的传输主要通过HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI四种高清接口，DVI接口有两种，分别DVI-D与DVI-I，DVI-D只能接收数字信号，而DVI-I则可以可同时兼容模拟和数字信号，也就是说DVI-I的兼容性更强。在显卡的接口部分，看到的是DVI-I接口，而在处，则是DVI-D接口。非压缩高清视频码流比较大，以30fps的速度传1路1920x1080P高清视频，所需数据速率达到1.485Gbps，采用同轴或传输，非压缩高清视频无法在TCP/IP网络传输，经过压缩编码大幅降低码流，可以在TCP/IP网络传输1920×1080P高清视频，采用RJ45接口，传输采用和光纤。
结束语
地铁高清视频监控系统可以在事件发生后提供现场高清录像，视频存储码流采用iSCSI封装直接把码流写入IP SAN，节省流媒体存储服务器，以后增加摄像机很容易，只需增加存储和交换机端口，具备良好的可扩展性，系统可靠性提高，投资也会减少，是今后建设地铁视频监控网络设计方向。
[ ]本文整理编辑：北京弱电工程专家 www.k235.cn