高速公路高清标清混合联网监控技术探讨

1、高速公路高清/标清混合联网监控技术探讨杭州中威电子股份有限公司 石旭刚高清视频最早主要应用于智能卡口、智能抓拍、车牌识别等智能交通领域， 但是这几年随着高清摄像机价格的逐年下降，高清摄像机开始逐步应用于高端平 安城市视频监控领域，像2010上海世博会的高清监控项目等。在高速公路视频 监控领域，由于解决方案的日益成熟，目前也开始进行应用。目前高速公路实现联网监控的主流解决方案主要有双码流全压缩视频模式”和 光传输交换平台模式”两种，前种模式视频在前端进行压缩编码，后一种 模式则采用压缩/非压缩相结合方式，实时监控采用无损、无延时的数字非压缩 图像，存储、联网、桌面应用采用压缩图像。两种解决方案都

2、可以实现高清/标清混合联网，但是每种方案都有各自的特点，用户可以根据实际情况进行选择。一、高速公路视频监控对高清的需求分析高速公路联网监控视频一般分为收费监控视频、道路监控视频和隧道监 控视频三类。收费监控视频主要有车道视频、收费广场视频、收费亭视频。道路 监控视频主要是全程监控视频和重点桥梁、枢纽、立交等处的监控视频，隧道监 控视频主要是安装在隧道内的监控视频。如果所有的图像都采用高清视频，这当然是最理想的，但按目前的工程造 价要实现全路全高清监控显然是不现实的, 因此一定是高清/标清混合联网监控。 对于车道视频、收费亭视频、隧道内视频，由于监控的场所场景不大，可以采用 标清视频；对于收费广

3、场视频、重点桥梁、枢纽、立交等处的监控视频则因为其 要监控的场景大，可以考虑采用高清视频；对于全程监控视频，则可根据实际情 况，选择一定的比例配置高清视频。二、双码流全压缩视频模式”实现高清/标清混合联网双码流全压缩视频联网监控模式”是摄像机一下来就把视频信号进行压缩 编码的模式。该模式的核心思想是通过视频编码器把模拟视频压缩成H.264等格式的压缩视频，再通过IP网络进行传输和交换，最后在收费站/监控中心通过视 频解码器把压缩视频还原成模拟视频在监视器上进行显示。图（一）是该模式的系统原理图。收费视频在收费亭进行压缩编码，然后 通过一个光纤环网把压缩视频传输到收费站。监控系统的主线监控视频和

4、隧道内 监控视频也是先进行压缩编码，再组成光纤环网就近接入到收费站。在收费站内高码流的收费压缩视频（2-4M, D1格式）通过解码器还原成 模拟视频信号上电视墙进行显示，低码流的收费视频和监控视频（几百K, CIF格式）信号进磁盘阵列进行存储。同时高码流的监控视频通过通信系统传输到路 段监控中心，由解码器解码后还原成模拟图像在电视墙上进行显示。该模式前端接入就采用IP信号，因此其实现高清/标清混合联网的最佳解决方 案是采用高清IP摄像机。高清IP摄像机直接输出H.264压缩的视频信号，通过 IP网络直接接入到收费站的IP交换机，并通过SDH网络与路段监控中心联网。该模式系统简单，实现容易，但其

5、不足之处也显而易见：（1）、电视墙上显示的高清图像是有损伤、 有延时的压缩图像，这在某种程度上 失去了高清”的意义。对于1路1080P的高清图像来说，压缩成 MPEG2格式需 要24M左右的码流才能保障其图像质量（目前广播电视的高清标准），压缩成H.264格式，则至少也要10M以上才能保障其质量。但是，大量的高码率视频 对IP传输和交换都会带来巨大的压力，因此在实际使用过程中往往把高清码流 降低至6到8M ,甚至更低，高清”效果被大打折扣，所谓 高清”不清描述的就 是这种情形。（2）、在监控中心一但需要用到原始的、 无损伤的高清图像时，该模式完全无法 提供，这为今后的业务扩展造成了巨大的障碍。

6、 如，今后有可能要上一些视频检 测、视频智能分析等系统，不但每路高清信号都还得用视频解码器把压缩信号进 行解码还原，而且采用还原后的信号，则这些系统的性能有可能将严重下降。（3）、需占用昂贵的SDH带宽。对于高清信号，比较合理的码流是 10M左右， 一个622M SDH系统传不了几十路高清信号。即使采用2.5G的SDH,其传输容 量也非常有限，而且摊到每路视频的传输成本非常昂贵。（4）、需要昂贵的核心交换机用于大码率高清视频码流的交换。如果核心交换机的交换能力达不到要求，则视频质量迅速恶化，造成丢帧马赛克、黑屏等现象。三、光传输交换平台模式”实现高清/标清混合联网监控为了克服 全压缩视频”模式

7、的缺点，同时保留 全压缩模式”的优点，目前 一种常用的解决方案就是光传输交换平台模式”光传输交换平台模式”采用了完全不同的解决方案。光传输交换平台模式”的核心思想是实时监控采用高清/标清数字非压缩视频信号，存储、进局域网 到桌面及与省级监控中心联网则采用 H.264压缩图像。光传输交换平台模式” 是集数字视频光纤传输网络和数字视频矩阵功能与一体、集数字非压缩视频与数 字压缩视频于一体、集高清、标清与一体；即满足高清晰、高实时图像的需求， 又满足数字化存储、IP网络传输要求的联网监控系统。图（二）是采用“AR3光传输交换平台”的原理图。收费车道、收费亭的视频、音频、开关量等信号在收费亭进入标清远

8、端光接入模块"（AR3-ONU）,然后通过一芯光纤传输到收费站/收费集中站的光汇聚 交换设备”（VAR3-OLT）中；收费广场的高清视频信号通过 HD-SDI接口输入 高 清远端光接入模块”（VAR3-HONU ）,并通过光纤传输到收费站/收费集中站的 光 汇聚交换设备”（VAR3-OLT）中。VAR3-OLT 一方面可以切换输出标清模拟视频 信号上电视墙进行显示，同时也可以切换出高清视频信号上电视墙显示（显示器需支持高清视频显示）；另一方面还可以根据需求直接把高清/标清数字非压缩视 频码流通过上联光口传输到路段监控分中心 /监控中心的 光汇聚交换设备”上； 同时，收费站/收费集中站

9、的光汇聚交换设备”把所有的高清/标清视频信号进行 H.264压缩，并输出到磁盘阵列进行存储。监控系统的主线监控视频和隧道内监控视频进入高清/标清远端光接入模块"（VR3-ONU/HONU）,多个VAR3-ONU/HONU组成级联链路或光纤环网链路 后直接与监控分中心/监控中心的 光汇聚交换设备”（VAR3-OLT）联接。监控分 中心/监控中心的VAR3-OLT 一方面可以切换输出标清模拟视频信号上电视墙进 行显示，同时也可以切换出高清视频信号上电视墙显示 （显示器需支持高清视频 显示)；另一方面还可以根据需求直接把高清/标清数字非压缩视频码流通过上联 光口传输到更高一级的监控中心(如

10、果有需求的话)；同时，还可以把所有接入 的高清/标清监控视频信号进行H.264压缩，并输出到磁盘阵列进行存储。从上面可以看出， 光传输交换平台”模式主要由以下几部分组成：前端光接入：高清/标清远端光接入模块"(VR3-ONU/HONU)接入高清/标清视频、音频、数据等信号，并通过光纤以点对点、级联或环网的拓扑结构直 接接入收费站/路段监控中心的 汇聚交换设备”(VAR3-OLT);收费站/路段监控中心交换输出：VAR3-OLT可以对所有输入的高清/标清数 字非压缩视频进行交换，并通过模拟输出口输出完全实时的、 无损伤的标清模拟 视频信号，通过 VGA/DVI/HDMI/HD-SDI等

11、接口输出实时无损高清视频，到电 视墙进行显示收费站/路段监控中心环通输出：VAR3-OLT可以对所有输入的高清/标清视 频进行环通输出，用于视频事件检测器等智能化应用多级联网：VAR3-OLT不但可以交换输出高清/标清视频，还可以通过光纤 直接与更高一级监控中心的 VAR3-OLT连接，形成一个联网监控系统。压缩视频：在收费站/路段监控中心，所有接入的高清/标清非压缩视频集中进 行H.264压缩编码，输出的压缩视频码流去磁盘阵列进行存储，并可以通过IP网络传输到省级监控中心。光传输交换平台模式”主要解决了如下问题：(1)、有效地保障了收费站/路段分中心的视频信号质量，并为今后新业务 的开展打下

12、坚实的基础。在整个联网监控系统中，不管多少级，视频都以高清/标清数字非压缩模式进行传输和交换，只有标清信号上电视墙才输出模拟视频信 号。因此，不管联网系统多么复杂、多么庞大，标清视频始终只进行一次 AD/DA 转换，高清则不需要AD/DA转换，有效地保障了视频信号的质量。(2)、在充分保障视频质量的前提下，最大地简化了系统的设计，减少了众 多的中间环节，极大地提高了系统的稳定性和可靠性。采用 VAR3系统后，收费 站/路段监控中心机房的设备得到极大地简化，系统的联接几乎都是光纤，视频 电缆只在与电视墙联接时才用得到。(3)、高清/标清完全一体化设计，从标清升级到高清，只需更换摄像机和 远端光接

13、入模块，保证系统的平滑升级能力。(4)、系统统一管理。整个系统由统一的 “AR3管理软件平台”进行统一 管理，系统中的任何一个环节都可以在计网管系统中进行反映。 每路视频的工作 状况、每条光纤的连接情况、每个设备的工作状态都可以有软件平台进行网管。(5)、可以做到不需要通信系统支持，完全不占用 SDH带宽。(6)、高质量、全实时视频，完全不会出现丢帧、马赛克、黑屏等现象。(7)、高清/标清数字非压缩视频和数字压缩视频完全一体化，系统即发挥 了数字非压缩视频的优点，又发挥了数字压缩视频的优点，同时完全克服了全压缩模式”的缺点。四、小结双码流全压缩视频模式”与光传输交换平台模式”都可以实现高清/标清视 频混合联网。对于高清视频 双码流全压缩视频模式”适合采用高清IP摄像机，但由于受 传输和交换系统的限制，码流不可能很高，一般都在 6-8M左右，其图像质量能 明显察觉到损伤，尤其在大屏上进行显示时更加明显。 另外，该模式还会额外占 用大量的SDH带宽，使得单路视频的联网成本巨大。光传输交换平台模式”则可以认为是一种特殊的双码流系统”