應用背景

　　軌道交通，作為城市交通的一個重要工具，目前已經成為了一個重要的承載工具，為城市的發(fā)展注入了更大的活力。

　　軌道交通系統(tǒng)在管理中有其典型的特點，如涉及的區(qū)域廣、站點數量較多;人流集中，相對固定的進出模式;涉及到運營、調度、防災、治安等多個重要相關系統(tǒng)進行管理。其主要監(jiān)控區(qū)域包括進出站口、站點人員匯集區(qū)(購票、安檢、刷卡進出口等)、站臺匯集區(qū)，站點的重要位置(例如機房、設備間等)也需要規(guī)劃到監(jiān)控區(qū)域中。各站點的圖像，涉及到多個系統(tǒng)、多個部門圖像公用;在控制中心，涉及到線路的行車、電力、防災調度員，以及總調度等，均需要實時視頻作為第一手參考資料。

　　因此，軌道交通對監(jiān)控系統(tǒng)的要求，已經不再僅僅是要求”看到”，而是要”看清”。標清系統(tǒng)所能提供的畫面清晰度，已經開始出現(xiàn)升級瓶頸，這也是城市軌道交通系統(tǒng)建設中需要考慮到一個重要因素。

　　前端圖像采集

　　軌道交通監(jiān)控對前段前端設備要求比較高，分辨率均要求達到100萬像素(720P)或者200萬像素(1080P)的攝像機。目前在高清視頻應用中常見的有基于色差分量等方式的模擬高清、基于HDMI/DVI等接口傳輸的數字高清、基于以太網進行傳輸的數字高清、以及在廣播視頻領域已經成熟應用的基于SDI接口的數字高清的應用。綜合來看，前面兩種方式由于傳輸距離受到傳輸介質以及對信道的要求，其傳輸距離僅能滿足臨近設備之間的連接和傳輸，不適宜應用于安防視頻系統(tǒng)。

　　基于以太網的高清視頻具備了較好的靈活性，已經在標清視頻應用中綻放出光彩，但在超過百萬像素的應用中，由于視頻壓縮技術的限制，目前還無法將視頻的碼流壓縮到比較低的一個范疇。以一個200萬像素的活動視頻圖像為例，其視頻碼率要求的應用經驗為6～8Mbps，甚至更高。而隨著分辨率增大帶來的問題并不只是簡單的碼流數量疊加，編碼過程中由關鍵幀帶來的突發(fā)數據對傳輸網絡的沖擊更大，在大量前端點同時運行的系統(tǒng)中，要完全控制突發(fā)數據帶來的影響幾乎無法實現(xiàn);由于數據量的增大，單幀數據的分組數增加，在出現(xiàn)丟包的可能性增大;另外，基于以太網的高清視頻的各廠家兼容問題還沒有得到比較完善的實際互換方案。

　　SDI(Serial Digital Input,串行數字接口) 是 ITU-R BT.656 以及SMPTE(動圖像和電視工程師協(xié)會)提出的串行鏈路標準，通過75 歐姆同軸電纜來傳輸未壓縮的數字視頻。在專業(yè)演播室的廣泛應用，為高清視頻傳輸提供了另外一條道路。

　　SDI接口現(xiàn)今已經有SMPTE 259M(SD-SDI,數據率270 Mbps)、SMPTE 292M(HD-SDI, 數據率1.485Gbps)、SMPTE 424M(3G-SDI,數據率達到2.97 Gbps)等幾個標準。采用 SDI接口的系統(tǒng)中，沒有引入壓縮以及解壓縮的過程，傳輸過程中也不需要考慮圖像時間冗余度，因此，無需進行視頻幀的緩沖，視頻可以實時傳送;攝像機傳感器的信號能夠經過SDI接口，無任何損失的直接到達顯示單元。

　　與網絡數字高清比較起來，基于SDI接口的高清視頻系統(tǒng)主要具備以下幾個優(yōu)點：

　　● 不失真的可靠度——以未經壓縮的數字資料在同軸電纜上或者光纖上傳輸，不會失真;HDcctv所提供的未壓縮過的高清圖像，可提供智能監(jiān)控所需的最佳高清圖像來源。另外，SDI接口即使外延也不會帶來如同數字攝像機一般的網絡外延問題，中心系統(tǒng)與前端系統(tǒng)是完全隔離的，不可能經過SDI接口產生網絡入侵，安全性較網絡系統(tǒng)更高。此外，由于視頻是實時傳送，不會出現(xiàn)類似網絡系統(tǒng)一般的視頻中斷或者延遲帶來的視頻依舊顯示為原來狀況，避免帶來錯誤的信息。

　　●高清等級的實時圖像——在傳輸過程中沒有產生壓縮與封包化的動作，無需像數字系統(tǒng)一樣，需要進行幀的緩沖才開始編碼和解碼;使得HDCCTV系統(tǒng)的圖像不會產生圖像延遲問題，可以與模擬系統(tǒng)的反應時間進行媲美，在要求實時監(jiān)控的場合具有網絡高清系統(tǒng)無法企及的優(yōu)勢。

　　●系統(tǒng)安裝方便——類似于傳統(tǒng)模擬CCTV系統(tǒng)，在允許的距離內，更換攝像機和后端設備可以使用已有的同軸電纜線，直接從模擬升級到FullHD的分辨率。比起轉換到IP網絡監(jiān)控，經銷商/工程商不需再做額外的升級和學習復雜的網絡知識;基于SDI傳輸系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)音頻嵌入/解嵌，并可支持數據傳輸，現(xiàn)場使用方便。

　　系統(tǒng)結構概述

　　車站部分系統(tǒng)結構

　　針對發(fā)展中的軌道交通應用，綜合了一些應用中的特點，其主要使用用戶包括有：在車站控制室、在線路控制中心、治安管理系統(tǒng)中的用戶等。其中車站包括車站治安警務室、車站防災等值班員均需要查看視頻;提供視頻圖像可進行電視墻顯示;在線路控制中心的主要用途包括行車、電力、環(huán)控、防災等各子系統(tǒng)調度員，以及控制中心的大屏顯示，并可提供錄像回放;作為治安系統(tǒng)的重點關注單位，軌道交通系統(tǒng)的各站點圖像應該按照需要接入到派出所或者分局，滿足對重大事件的聯(lián)合應急處置的需要。

　　在車站級的一個典型系統(tǒng)結構圖1所示。

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　　車站系統(tǒng)主要完成對本車站管轄范圍內的視頻信號的攝取、圖像顯示和存儲。按照車站的前端設置以及圖像應用需求，車站的主要功能包含前端視頻接入、視頻傳輸、視頻分配、高清視頻切換矩陣、圖像上傳、以及本地監(jiān)控幾個部分構成。

　　前端攝像機對攝像機感光器件直接輸出的原始數據，根據實際距離的情況，經75歐姆電纜或者光端機等進行傳輸，SDI光端機、視頻分配器、SDI高清視頻矩陣均內置線路均衡電路，將經過線纜傳輸的高速視頻信號進行調理整形，整個過程可確保感光器件輸出的圖像數據實時進入后端，并到達切換矩陣進行應用控制，最終到達監(jiān)視器。在整個光端機傳輸、信號分配、高清視頻矩陣切換控制、聯(lián)網視頻傳輸等過程中均采用高速串行數字信號進行傳輸，在傳輸、交換過程中均不會帶來任何圖像損傷。

　　整個過程一直采用高速數字信號，可以確保在采集、傳輸、處理一直到輸出給顯示設備，均不存在任何的視頻壓縮，可以確保信號無損失的直達顯示單元，圖像的清晰度不會受到切換或者傳輸的影響。采用這種方式，確保了圖像的品質得到保障，避免了由于采用圖像壓縮帶來的細節(jié)損失，并且可以良好的保證圖像的實時性。

　　采用該方式構建的系統(tǒng)，由于SDI接口具備相應的標準，因此，在傳輸、分配、顯示過程中都可以采用標準測試設備進行實際測試，或者可直接采用具備SDI接口的監(jiān)視器進行視頻查看，判定安裝使用過程中可能出現(xiàn)的問題。

　　在經SDI光端機進入機房后，采用視頻分配器將信號分為多路，一組給SDI矩陣使用，用于本地顯示以及實時上傳到上級治安系統(tǒng)(如派出所等);另一組直接傳輸給SDI編碼器，進行視頻圖像編碼，再經由交換網絡，提供給后端平臺進行本地存儲或者遠程訪問使用。鑒于高清視頻的碼流較大，各站宜劃分子網，以屏蔽廣播數據包等無用數據。

　　此外，在每個車站的上、下行站臺列車駕駛室停車位置的一端，各需設置1臺監(jiān)視器，接收本側站臺高清攝像機的合成畫面供司機觀看乘客上下車情況。將站臺攝像機就近采用視頻分配器1分為2，一路采用畫面處理器進行視頻分隔處理，將組合后的視頻送入站臺監(jiān)視器以兩畫面模式實時顯示當前站臺圖像情況，另一路傳輸到站點機房或設備間。

　　車站本地視頻調用

　　站點本地的視頻應用主要包括車站治安管理使用和車站控制室使用兩個用途。

　　根據治安管理的需要，在各車站通常設置有警務室或者派出所，負責及時處理站點上的緊急事務并維護車站治安。在本系統(tǒng)中，我們設置了警務室可直接接收高清視頻矩陣的SDI輸出，并可根據需要，采用畫面處理器進行畫面組合，可以以單畫面或者4畫面模式查看。同時，考慮到警務系統(tǒng)的更高權限需要，在警務室值班員可同時配置一臺公安視頻終端，可操作本地高清視頻矩陣切換及控制或者錄像回放，允許使用相應的用戶名和密碼登陸到系統(tǒng)進行相關操作。

　　在車站控制室，同樣設置多臺監(jiān)視器進行顯示。車站控制室的值班員(如行車值班員、防災值班員等)配置綜合視頻終端(將視頻部分融入ISCS系統(tǒng)等)，允許使用相應的用戶名和密碼登陸到系統(tǒng)進行相關操作，包括操作本地高清視頻矩陣切換及控制。

　　圖像存儲設備

　　類似于常規(guī)模擬系統(tǒng)，SDI系統(tǒng)也可以簡單的采用DVR方式進行存儲，提供長時間的錄像存儲功能，經過SDI接口DVR進行編碼后，也可經過網絡方式提供視頻給后臺應用。使用DVR進行存儲仍不失為一種較為經濟的解決方案?？紤]到DVR的系統(tǒng)的文件可靠性問題，系統(tǒng)也可以采用SDI編碼器組進行數字化，將采用IP SAN進行錄像存儲，提供更高的寫入性能和文件可靠性，造價略高。

　　圖像存儲可由視頻部分的軟件來進行管理并提供多用戶訪問等應用。

　　顯示方式與上傳

　　系統(tǒng)中的顯示設備(包括控制中心、各車站、派出所、分局等)至高清解碼器之間的圖像信息傳送可采用多種方式，可采用SDI接口，也可以采用HDMI接口，以適應多種顯示設備。

　　除了這種方式以外，由于在車站一級，已經采用DVR或者編碼器進行圖像編碼，也可以考慮經過數字解碼器輸出上墻，以實現(xiàn)包括巡視、多畫面等等應用功能。

　　每個站點的SDI高清視頻矩陣可支持多路視頻上傳，并接受聯(lián)網的控制信號。這個聯(lián)網方式接近模擬視頻矩陣方式，可同時上傳多路SDI高清視頻圖像到派出所。采用SDI光端機，可在一芯光線上完成1～8路視頻的上傳以進行聯(lián)網。[nextpage]

　　上級系統(tǒng)結構

　　站點級系統(tǒng)的主要任務是完成本地的管理，包括圖像查看部分和控制部分均局限與本站點圖像。對于治安系統(tǒng)的派出所、分局，一級，或者線路的控制中心，需要查看多站點圖像，對多個站點圖像均需要進行統(tǒng)一查看和控制。其結構可按照圖2方式構建。

　　對于上級系統(tǒng)，其結構相對簡單，由于不涉及圖像直接接入，僅采用下級上傳視頻，同時錄像工作也已經在站點完成，因此，上級設置矩陣，通過光端機接入下級圖像，采用矩陣聯(lián)網方式實現(xiàn)圖像查看。

　　此外，通過網絡方式也可接入前端的數字圖像，通過部署相應的客戶端，可實現(xiàn)對前端圖像的查看和控制以及錄像回放。其結構與車站系統(tǒng)類似，不再贅述。

　　與其他系統(tǒng)的接口

　　根據軌道交通系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀，本設計構建的系統(tǒng)包含了高清SDI實時視頻圖像系統(tǒng)，以及數字高清視頻應用系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)都需要完成圖像的觀看。因此，勢必涉及到如何設計視頻監(jiān)控系統(tǒng)部分的總體結構問題。

　　在軌道交通系統(tǒng)中，ISCS系統(tǒng)由于其結構的靈活性，本身可以肩負著管理所有軌道系統(tǒng)包括行車等重大系統(tǒng)的任務，因此，系統(tǒng)的結構上可采用建立單獨視頻管理系統(tǒng)的方式，在ISCS系統(tǒng)中對視頻管理系統(tǒng)進行接入整合的方式，以納入一體化管理。

　　本方案中所采用的矩陣切換控制、控制碼分配器等設備，均具備相應的RS232/RS422接口或者以太網接口。其控制指令、協(xié)議、Demo控制程序等信息均可以統(tǒng)一提交以便進行更進一步的系統(tǒng)集成。INFINOVA的SDI矩陣也吸收了原有ARM矩陣系列的以太網聯(lián)網方式，用戶可以直接將其視為一臺矩陣，根據唯一編號ID進行調用。

　　結束語

　　采用該方式構建的系統(tǒng)，實時圖像的品質得到保障，避免了由于采用圖像壓縮帶來的細節(jié)損失，并且可以在使用中保證圖像的實時性。在后臺可以借助于視頻管理軟件平臺，實現(xiàn)對經DVR或者編碼器進行編碼的數字視頻部分進行更方便的應用。HDCCTV系統(tǒng)在保障了實時性的基礎上，提供了高清圖像的另外一種實現(xiàn)方式。系統(tǒng)秉承了模擬系統(tǒng)的通用性良好、安裝便捷的特性，在網絡高清面前，也具備自身的獨特優(yōu)勢。