地铁模拟视频监视系统高清网络化改造研究

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　　摘 要：社会治安综合治理和反恐怖主义对地铁视频监视系统的图像清晰度和录像保存时间提出越来越高的要求。早期地铁通信系统建设的闭路电视系统无法满足上述要求。本文通过阐述几种模拟视频监视系统高清网络化改造的方案，并对方案进行比较，得出适合大多城市地铁模拟视频监视系统高清网络化改造的方案。
　　关键词：视频监视;高清网络化;地铁;高清复合视频接口
　　中图分类号：TN948.43文献标识码：A文章编号：1008-4428（2019）05-0168-02
　　一、 概述
　　近年来国家对社会治安综合治理和平安建设信息化工作高度重视。视频监视系统是新形势下维护国家安全和社会稳定、预防和打击暴力恐怖犯罪的重要手段，对于提升城乡管理水平、推进社会治理体系和治理能力现代化具有重要意义。
　　随着工业化和城市化的日益发展，地铁已成为城市交通命脉。随着公共交通事业的蓬勃发展，人们对地铁的需求不断增加，对其安全性要求也越来越高。地铁运输组织面对日益复杂的地铁网络，对安全运营的需求也越来越高。
　　地铁因其特有的运营特点也存在一定的安全隐患。首先，地铁行业在封闭的空间运营，一旦发生事故，乘客疏散受到限制。其次，地铁是人员流动高度密集的公共场所，是案发和受攻击高发区域，存在诸多的不安全因素。
　　地铁视频监视系统是保证地铁运输顺畅、运营安全的重要环节。在“大视频”时代，研究视频监视技术，实现高清网络视频监视，完善高效、快速、多系统协同的地铁反恐应急处理机制，对地铁安全运营质量和水平的进一步提高具有重大意义。
　　“十三五”以来，高清网络视频监视系统在地铁行业得到了广泛的应用，高清化和网络化给视频监视系统带来了全覆盖、高共享、优质态和高智慧等安全福利。但部分“十三五”以前建成的线路，由于建成时间较早，仍然在使用模拟视频监视系统。这些线路的CCTV系统图像达不到高清视频监视的要求，同时联网难度大，难以享受高清网络视频监视系统共享安全福利。由于这些线路大都为城市的“中轴线”，里程长，监控点位数量庞大，升级改造难度大且施工范围影响较广，需要投资的金额也巨大。
　　二、 几种常见的CCTV系统高清网络化改造技术
　　（一）高清数字分量串行接口（HD-SDI）技术
　　1. 技术原理
　　HD-SDI是实时无压缩的高清广电级视频监视技术，基于SMPTE标准，通过视频同轴电缆来传输未压缩的高清数字视频的摄像机。在摄像机内部完成模数转换，在同轴电缆中传输每路100Mbps左右的无损非压缩数字视频信号，在后端再进行编码压缩后进行网络存储和实时调看。
　　2. 组网方案
　　将既有CCTV系统升级为HD-SDI技术视频监视系统，除了前端摄像机以及高清网络视频监视所需的服务器、网络交换机和录像存储设备外，还需要配置HD-SDI矩阵、HD-SDI编码器、HD-SDI视频分配器、HD-SDI画面合成器等设备支持。
　　技术组网由HD-SDI摄像机通过同轴电缆将HD-SDI视频信号传回机房，接入HD-SDI视频分配器，然后分别接入HD-SDI矩阵和HD-SDI编码器编码后进入交换机网络，存储与上传;本站监控器通过HD-SDI矩阵的数模转换输出后接监视器;云台摄像机的控制信号需要通过单独的RS-485线路进行控制。
　　3. 技术优势
　　利用HD-SDI技术可实现高清图像无延迟实时传输、图像无损失不失真、系统内的安全性高于TCP/IP网络，同时施工成本低。
　　4. 技术缺点
　　该技术缺点在于，同轴电缆传输HD-SDI图像的最大距离在100米左右，配套专用的SDI光端机以及后端设备成本高昂。
　　（二）高清复合视频接口（HDCVI）技术
　　1. 技术原理
　　HDCVI是高清复合视频接口技术，是一种通过同轴电缆来传输高清视频信号的规范，它将逐行扫描的高清视频通过模拟调制技术传输。它是模拟视频监视系统（CCTV）技术架构下的升级产品，仍属于CCTV技术。
　　2. 组网方案
　　將既有CCTV系统升级为HDCVI技术视频监视系统，仅需配置特定的摄像机、录像设备和服务器，以及网络交换机外，无须再配置其他视频监视系统设备。
　　3. 技术优势
　　实现高清图像无延迟实时传输，图像清晰度和系统安全性高于普通高清网络视频监视系统，最大视频传输距离能达到500米左右，控制云台摄像机转动无须单独的控制电缆，施工成本低。
　　4. 技术缺点
　　该技术缺点在于，图像信号抗干扰能力较弱，信号衰减即图像损失，摄像机和录像存储设备的备品备件受到厂家制约。
　　（三）利用同轴电缆传输网络信号技术
　　1. 技术原理
　　将网络视频监视摄像机拍摄的视频码流通过网线输出，通过IP高清网络同轴传输延长器将网络视频码流在同轴电缆上传回后端网络视频监视平台。
　　2. 组网方案
　　除了前端摄像机以及高清网络视频监视所需的服务器、网络交换机和录像存储设备外，还需要成对配置IP高清网络同轴传输延长器。
　　3. 技术优势
　　适应性强，兼容好，方案弹性和选择面大，成本低。
　　4. 技术缺点
　　传输距离有限，配线复杂程度较大。
　　（四）光纤高清网络视频监视系统
　　1. 技术原理
　　前端摄像机通过光纤，将拍摄到的网络视频码流直接传输到后端设备进行实时调看和录像存储。
　　2. 组网方案
　　将原有模拟视频监视系统从前端摄像机到后端设备，包括连接线缆全部推翻重建。重建包括高清网络摄像机、网络交换机、视频服务器和录像存储设备。 　　3. 技术优势
　　该方案是一步到位方案，一次性满足高清网络视频监视和录像存储的所有要求。
　　4. 技术缺点
　　投资成本巨大，建设周期长，新老系统切换难度大。
　　三、 方案比选
　　（一）改造原则
　　针对地铁视频监视系统的实际情况，充分考虑系统建设的发展需求，以实现系统的业务需求、统一协调运作为目标，以“实用、可靠、成熟、便捷、安全、经济”为总体改造原则。
　　1. 实用
　　改造项目应充分考虑和利用现有视频监视系统及传输资源，坚持先进，兼容传统，实现系统融合和系统互联、资源整合、信息共享。把实用性放在第一位。
　　2. 可靠
　　视频监视系统必须以业务应用为核心，要保障系统能够全天候稳定运行，尽可能减少视频图像传输的中间环节，以提升视频图像传输的可靠性，降低设备异常、网络故障造成的图像传输中断风险。
　　3. 成熟
　　为保证系统持续稳定工作，地铁视频监视系统应采用在视频监控系统领域，尤其是警用视频监控系统领域有成功案例的技术，而且采用的技术每一个环节都应当先进、完善、易于管理和稳定可靠。
　　4. 便捷
　　地铁视频监视系统的改造，最好能沿袭既有系统的规划和设计经验，尽量利用既有的传输链路，尽可能完善设备运行和维护保养模式;改造采用的技术最好做到前端即插即用，后端所见即所得，使改造项目高效推进。
　　5. 安全
　　系统改造应注重网络环境下视频图像传输和录像存储的信息安全，防止不法之徒恶意攻击和非法获取录像数据的可能性。满足高安全级别环境下的高端应用。
　　6. 经济
　　在满足“实用、可靠、成熟、便捷、安全、经济”原则的基础上，还要实现经济性原则，视频监视系统的成本主要体现在改造项目施工成本和运营维护成本，要从监控图像的拍摄、传输、录像、查看和管理等各个环节入手，才能节约系统改造和维护成本，达到“花小钱，办大事”的效果。
　　（二）HDCVI与HD-SDI相比较
　　1. 在图像传输距离方面
　　HD-SDI即使在传输介质良好的情况下传输距离也不足百米。而HDCVI在仅使用75-3的同轴电缆时，也可以传输视频高清图像达500米，且信号畸变极低;在使用75-5或更好的同轴视频电缆时，传输距离可进一步延长，传输视频的质量也能得到可靠保证。
　　2. 在复杂环境抗干扰方面
　　在手机、无线路由器等高频辐射的环境下，HD-SDI抗干扰能力较低。高频无线电磁辐射会导致HD-SDI视频数据误码率升高，用户接收到的图像会呈现花屏、无法锁定等异常现象。而采用低频模拟调制的HDCVI技术，在技术原理上有本质的优势，即使在强电磁辐射干扰的环境下，也能够避免干扰，保证高质量的图像传输。
　　经过技术特点和性能对比，明显得出，在地铁复杂环境下 HDCVI技术优于HD-SDI技术。
　　（三）HDCVI与其他网络视频监视技术相比较
　　1. 在视频传输的流畅性方面
　　HDCVI为保证信号传输的可靠性采取点到点传输的技术，在传输过程中不存在延时，高清视频源从摄像机到后端设备传输过程不需要编解码，图像保持原拍摄效果，保障向用户提供原始图像的视觉效果。而一般网络视频监视技术的视频图像传输，经由交换机、路由器等网络设备进行存储转发，无法避免网络抖动、丢包等风险。即便采取视频缓冲技术，网络视频监视技术也只能将视频图像的传输延时控制在300ms以内，无法保证视频传输的流畅性。
　　2. 在改造施工难度方面
　　模拟视频监视（CCTV）系统可以向基于HDCVI技术的视频监视系统无缝切换，只需要更换相应的摄像机和录像存储设备，即实现高清视频监视系统的要求。地铁模拟视频监视系统高清网络化改造工程量最大的施工是更换视频线缆，而且是夜间更换，每天可施工时间不足4小时。HDCVI技术沿袭同轴视频电缆为前端视频信号传输介质，从根本上减少了线缆施工的工程量和投资成本。
　　3. 在线缆多信号复用方面
　　HDCVI可以实现视频信号、音频信号和云台控制信号传输的共缆复用。使用一根同轴电缆可以完成视频和音频信号的双通道同步数据传输，还可以实现云台摄像机云台转动和变焦等控制信号的反向传输，进一步减轻施工安装的复杂程度。
　　即使与主流的网络视频监视系统相比较，HDCVI仍然可以表现出地铁行业独特的优势。
　　四、 结论
　　综上所述，HD-SDI技術、同轴电缆传输网络信号技术及其他网络高清视频监视技术对传输视频信号的线缆要求较高，且无法在长距离和复杂干扰环境下保证高清视频图像的可靠传输。
　　HDCVI技术利用地铁车站模拟视频监视（CCTV）系统既有同轴电缆，实现长距离高清视频信号的可靠传输。相比较其他技术在实际应用中，综合考虑成本、传输环境、图像可靠性和兼容性的多方面因素，HDCVI技术是大多城市地铁模拟视频监视系统高清网络化改造的首选方案。
　　参考文献：
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　　[3]赵敏，马彦波，檀森林.探索宁波轨道交通视频监控同轴高清化升级[J].中国公共安全，2018（4）.
　　作者简介：
　　苏志勋，南京地铁运营有限责任公司，工程师。
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