铁路综合视频监控系统测试与分析

■ 张文垚 钱伟勇

张文垚：中国铁路通信信号上海电信测试中心，高级工程师，上海，200436

钱伟勇：中国铁路通信信号上海电信测试中心，高级工程师，上海，200436

2008年11月，铁道部运输局发布《铁路综合视频监控系统技术规范（试行）》（以下简称技术规范），并于2009年初针对技术规范组织开展技术验证测试专项科研项目。项目组分别对视频编码产品测试、智能分析测试、系统功能与性能测试、系统互联互通测试、视频工程验收测试等方面进行研究和测试验证，并对京津高速铁路综合视频监控系统、合宁高速铁路综合视频监控系统、广铁集团综合视频监控系统、青藏铁路线路视频监控系统工程进行现场评估与测试验证。

通过多次讨论方案与摸底测试，铁路综合视频监控系统测试项目与方法基本覆盖技术规范涉及的关键技术和指标要求，并逐步完善和成熟。2009年10月中旬，测试组对铁路综合视频监控系统几个主流厂商的产品进行了验证测试。

1 测试环境

依据技术规范组网要求，搭建合理的测试环境是各类测试的前提条件，以确保测试方法具备可操作性，从而保证测试结果的准确性。

为确保测试的一致性和公正性，视频系统测试环境所涉及的摄像机、服务器、数据交换设备、存储设备、客户端PC、显示终端等均统一配置，所有设备技术指标完全满足技术规范要求（见图1）。被测视频产品厂商在确认实验室提供的设备硬件配置可满足自身系统技术要求情况下，只需提供视频编码器和视频系统软件。如果实验室提供的磁盘阵列存储设备接口与厂商的系统无法兼容，则可自带磁盘阵列设备。测试硬件配置情况见表1。

2 测试项目与测试方法

测试项目主要分为系统功能、系统性能、互联互通及智能分析测试4个方面，重点进行前3项测试。

2.1 系统功能测试

系统功能测试主要包括视频图像实时监控、存储、回放、分发与转发、告警、网管等功能的测试。以下就几项重点功能测试进行介绍。

（1）图像实时监控功能包括多画面、图像切换、字符、时间同步显示、图像快捷键功能与抓拍保存功能、PTZ与预置位恢复功能、双码流输出功能、不同分辨率设置功能、自动减帧功能等。测试方法：利用客户端工具，依据功能项目要求，进行一一验证。其中自动减帧功能测试利用网络性能仿真仪，对网络带宽进行限制后，使网络带宽小于实际应用带宽，客户端调用实时图像实现减帧播放。利用专用码流分析软件对减帧保存的图像文件进行压缩编码格式与每秒帧数的分析。

表1 测试硬件配置表

（2）存储功能测试包括实时存储与条件存储、重要告警图像备份、存储策略设置、减帧存储、外部触发存储等。测试方法：依据时间、地点、事件等条件对64路视频输入源进行4CIF分辨率下的存储，并通过各类检索条件对各路存储历史图像进行检索和调用验证。

（3）告警功能测试包括各类告警输出、告警信息提示、告警存储、告警联动等。测试方法：对视频系统各类设备进行故障模拟，在网管或维护终端测试实时显示的各类告警信息输出。

2.2 系统性能测试

系统性能测试主要包括视频网络性能、响应时延、分发与转发能力、稳定性与可靠性、系统图像质量评估等方面的测试。

（1）视频网络性能测试包括不同分辨率下平均网络带宽要求、网络传输特性（带宽、时延、丢包、抖动等）对图像质量与操作的影响评估。测试方法：通过专用网络仿真测试仪，依据技术规范中数据网相关时延、丢包、抖动指标要求加入测试网络中，并对登录认证时延、实时图像调用时延、PTZ操作时延、历史图像检索时延、图像质量效果等方面进行测试。

（2）响应时延测试包括视频实时调用响应时延、云台PTZ控制响应时延、图像间切换响应时延（同级、不同级间）、系统间联动响应时延、检索响应时延、登录认证时延、告警时延等内容。测试方法：使用专用网络协议分析操作信令流程，将发起操作动作信令消息至结果返回消息的时间差作为时延测试值。

（3）分发与转发性能测试包括4CIF/CIF分辨率下同一路视频分发能力、不同路视频分发能力、满负荷分发能力及三级转发能力的测试。测试方法：通过100个仿真客户端对分辨率4CIF（702×576）下的同一路视频源或不同路视频源，经过三级转发和分发后的视频流进行实时调用。

（4）稳定性与可靠性测试包括24 h压力状态下系统稳定性测试、冗余设备倒换与恢复。测试方法：64路4CIF视频源在100个客户端通过三级转发后进行实时调用，同时存储服务器进行实时存储，每个客户端调用不小于4路，实时调用4CIF视频流达到300路左右。分发服务器带宽达到600 Mb/s，存储服务器带宽达到130 Mb/s以上，测试周期大于24 h。在上述测试压力流量下，考察视频系统内各类软硬件设备的稳定性。冗余设备倒换与恢复测试，是检验视频系统内各类冗余服务器、磁盘阵列的可靠性，人为进行故障操作，如网络中断、电源中断时故障设备倒换至备用设备的情况。

（5）系统图像质量评估主要依据技术规范中规定的主观MOS（Mean Opinion Score）评估法进行评估。测试方法：在图案发生器中，测试图案是标准高清视频质量评估视频源，包括色彩与分辨率测试图像、边锯与边缘测试图像、细节处理测试图像、高速移动物体测试图像、字体显示测试图像。由10人组成图像质量评估组，其中包括视频专家和普通技术人员。通过人眼观测视频系统处理后的输出图像与原始图像，根据测试图案进行逐一比对测试，并按5分制进行打分，取平均值。

2.3 智能分析测试

由于测试样本、测试方法、评估体系有待进一步研究，目前还不具备规范的智能分析测试条件。在此，根据工程进度要求，在总结现场运用前提下，对基于前端编码的分析与基于后端服务器的智能分析功能进行比对测试。由于条件限制，智能分析内容仅选择入侵告警分析功能（见图2）。分别选择多种基准测试源，每个基准测试源完整测试100次，分别记录每次的触发告警时间、触发目标物的大小（触发灵敏度）、全部过程误报次数和漏报次数，并统计误报率和漏报率。前端分析与后端分析分别进行测试，同一测试基准源的报警录像进行同时播放，验证两者之间的差异性，包括第一触发告警时间、触发灵敏度、误报率、漏报率等指标。

2.4 互联互通测试

现阶段铁路综合视频监控产品并不兼容，系统内视频压缩协议、信令控制与交互访问协议各不相同，在实际运用中，同一区域节点往往存在不同厂商产品。为实现资源共享与集中维护，必须实现系统间互通。技术规范已明确规定视频监控系统的通信协议，如果各厂商独自开发，不仅存在一个周期问题，而且可能因技术细节理解偏差造成错误。在视频监控系统科研项目中，需开发一套统一的符合技术规范要求的视频系统互联互通网关（见图3）。其中，AA，AGU，SCU是技术规范中视频节点规定的功能单元，DSU，DDU和SA是根据视频系统互联互通需要增加的功能单元。互联互通测试主要指各厂商视频监控系统与视频网关系统间的互联互通测试。功能测试内容包括视频系统内部资源上报、网关系统内目录资源生成、用户登录与认证、实时视频图像调用、PTZ远程控制、历史图像检索、调用与下载、用户优先级等功能验证，并对上述操作动作的SIP通信协议和流程进行分析。性能测试包括登录认证、实时调用、检索、目录更新等各类操作响应时延的测试。

3 测试结果分析

通过大量测试数据，初步得到以下结果：

（1）各厂商视频系统的基本功能与性能可以实现和满足技术规范要求，但网管故障管理、各类设备告警信息等功能尚不完善，也不便于维护。

（2）没有实现基于视频内容的自动减帧存储功能，基于条件的存储策略可选内容少。

（3）所选厂商中，只有一家可实现在网络性能受限情况下，实时调用的图像，具备自动减帧功能。

（4）客户端登录认证与管理服务器认证信息过多，造成登录时间长，并受网络时延影响明显。

（5）基于文件存储方式的图像存储技术，检索精度差。

（6）视频编码器质量是影响视频系统实时图像与历史录像图像质量的关键因素之一。

（7）由于图像客观评估的测试工具受条件限制较多，图像质量评估应以主观评估为主、客观评估为辅，以保证图像质量评估的真实有效性。

4 结束语

视频监控系统的检测技术应随着数字视频技术发展和铁路各系统的实际需求变化而不断更新，使综合视频监控系统对保障铁路安全运营，提升服务质量发挥重要作用。