高清视频监控时代平安城市建设的光传输解决方案

孙 菲，杨德利，张 涛，马培勇

（中国电信股份有限公司广州研究院 广州510630）

1 引言

近年来，随着和谐社会建设的进行，人们的安全意识不断加强，整个社会对视频监控业务的需求量大增，视频监控业务得到飞速发展，特别是以城市社会治安联网监控系统为主的平安城市项目，从2005年以来一直在不断地增长，据不完全统计，全国已建立视频监控点超过千万端，仅广东就已建成110万端。各级公安机关围绕中心工作，将视频信息应用在维护稳定、打击犯罪、治安防控、社会管理等实战方面，视频监控发挥了不可替代的作用。而在平安城市项目的建设和运营中，运营商起到了非常重要的作用。

随着技术的发展和管理水平的提高，原有标清系统建设方案存在一定的局限，主要表现在以下两方面：

·图像采集点覆盖率不高，部分重要监控区域存在盲点；

·图像清晰度不够，对于一些关键现场图像，特征辨识率有待提高。

由此可见，广覆盖、高分辨率已成为平安城市建设的新需求，而这些需求对整个传输系统提出了挑战：广覆盖要求更丰富的光缆资源，不仅到达城市，甚至还要到达乡镇；高分辨率意味着更大的带宽要求，标清时代每路图像传输的带宽是2 Mbit/s，到了高清时代，分辨率为720P的带宽要求是4 Mbit/s，分辨率为1080P的带宽要求是6～8 Mbit/s。

2 高清系统传输标准

在平安城市建设中，传输是整个系统信号传送的管道，传输质量的好坏直接影响到图像质量。随着光网城市建设的推进，各大运营商都启动了光网城市工程，实现宽带网络的光纤化升级，建设超高速100 Mbit/s宽带接入网络，推动中国新一轮宽带基础设施的大提速，光网城市的建设为平安城市的光传输提供了保证。

高清平安城市系统的传输主要有两种方式：HD-SDI（serial digital interface）和IP（internet protocol）传输。

SDI是美国SMPTE制订的一种广播级信号标准，主要目的是传输与存储高清无损的视频图像。目前在视频监控领域，HD-SDI数字1.485 Gbit/s高清正在被安防企业推广。SDI高清具有无时延、高安全的特点，在高清平安城市系统中应用于少量一级重点部位监控点的传输，但因其高带宽、高成本的原因，无法在项目中得到广泛应用。

IP高清是指高清视频按照编码规则进行数字化编码之后进行传输、存储和管理的应用。随着网络的发展，带宽不再成为瓶颈，IP高清的应用已有大量成功案例。同时IP传输具有灵活、高效、低成本等优点，已成为平安城市高清系统应用的首选。

将SDI与IP两种方案进行对比，各有优缺点，具体见表1。

两种传输标准前端所用的传输设备及光纤的应用均有所不同，如图1所示。

表1 HD-SDI方案与IP-CAM方案优缺点对比

图1 两种传输方式前端系统的区别

3 解决方案

3.1 HD-SDI传输

采用SDI传输的平安城市系统要求从前端摄像机、光端机到后端矩阵、监控器等设备，均采用SDI，如图2所示。SDI组网时，前端摄像机采集到高清视频图像，通过SDI光端机＋裸光纤的方式，将图像传输到派出所，派出所通过SDI光端机接收端将图像还原，由于HD-SDI的传输速率是1.485 Gbit/s，数据量庞大，无法存储，图像传输到派出所汇聚后，将图像一分为二，一路进入SDI矩阵控制上墙，另一路通过SDI输入接口的高清编码器将SDI的图像编码成IP信号，存储并上传到平台进行管理。在从派出所传输SDI高清信号到上一级监控中心时，采用SDI矩阵级联的方式，用SDI光端机和裸光纤进行传输，各级监控中心之间需建立一套矩阵级联的传输通道。

由此可见，SDI的传输方式与标清时代数模结合的传输方式相似，在一套系统中采用了两套传输通道，一套采用SDI光端机+裸光纤方式，用来传输模拟的SDI高清视频信号，在SDI高清信号编码成IP信号之后，又采用了另一套IP信号的传输通道，将图像传输到平台进行管理和存储。

对于前端监控设备的接入，主要是指采集端光端机到监控室接收端光端机之间采用光纤方式接入。为了解决这部分的光纤链路问题，可以以监控室为中心，布放主干光缆，光缆的芯数由主干所接入的摄像头个数决定，主干光缆的路由尽量沿靠近摄像头、安全系数高的路由敷设。摄像头的接入就近布放分支光缆到主干光缆。此段光缆基本属于专用，无法为其他客户所复用，这也是SDI传输造价昂贵的原因。

3.2 IP传输

众所周知，平安城市项目规模大，北京、上海、广州这样的一类城市，3年内一类监控点新增1.5万端以上，二类点15万端以上，如此大规模的数量，对光传输网络资源的占用是非常大的，合理选择传输方式，提高光纤资源的利用率显得尤其重要。

IP高清系统可采用以下两种方式进行承载：PON方式，即ODN（光纤分配网）+ONU（光线路终端）+OLT（光线路终端）；光纤直连方式，即光纤+光纤收发器。

3.2.1 光纤+光纤收发器方式传输

在监控点较为分散、没有PON到达的情况下，可采用数字组网方式传输，组网系统架构如图3所示。

前端监控点的汇聚可选择在接入网机房或者派出所，如果在派出所汇聚，则派出所需要一条大带宽到平台，带宽不低于4 Mbit/s/每路×N路。

3.2.2 PON方式传输

视频图像资源采用PON传输，既能充分保障信息的安全性，又能充分发挥PON技术的先进性和传输成本的最优性。

PON的一大特点是高带宽。PON线路在设计时上下行带宽对称，且具备带宽优先保障机制，能够保证末梢单点上行不低于15 Mbit/s（满配64路），足够满足高清视频传输的需求。

与光纤直连方式对比，PON具备如下优点。

·快速部署：由于从分光器到OLT的主干光缆已经部署，在建设传输时，只需新建前端监控点到分光器的末梢段。

·安全可靠：PON口有备份端口，当一个端口出现问题时，可以马上更换另一个PON口。

·可管可控：PON具备先进的网管系统，可对前端的每个ONU设备的接入进行管理和控制，出现故障可进行快速定位并修复。

为了保证系统的安全性，可进行独立组网，视频监控业务与其他家庭客户和政企客户在PON口分开，即视频监控用ONU独享一个分光器以及上行的1芯纤芯和1个PON口；视频信号在OLT汇聚后直接以2条GE或10GE链路连接到视频监控区域所属派出所交换机，然后通过视频监控专网连接到平安城市管理平台。IP方式的PON传输系统结构如图4所示。

根据本地的ODN规划，视频监控点通过布放小芯数光缆就近接入ODN。在光交接箱至监控点的管道内，如有可剥离并熔接1芯的光缆，监控点光缆可在管道内与该光缆熔接1芯；如管道内只有带状光缆，则从分光器所在交接箱新建一条小对数光缆，沿途各分1芯熔接到监控点光缆。

对于一些光纤资源暂无法到达的区域，或有移动应急指挥需求时，可采用无线传输方式。

·只要带宽能够满足要求，通过Wi-Fi可传输高清图像；

·3G或4G传输适用于野外作业、移动执法等移动监控的需求，由于视频图像的上传所占用带宽较大，对3G网络有一定影响，建议应用于非24 h在线，需要时才调用的应用场景。

3.3 标清系统传输改造

由于大多数城市都已建立标清系统，在进行高清系统建设时，需要在原有基础上改造，有如下两种改造方式：

图3 IP方式光纤收发器+光纤传输系统结构

图4 IP方式的PON传输系统结构

·采用PON方式，利用ONU替换光端机，为节省资源，重新设计承载网；

·采用光纤直连的方式，直接利用光纤收发器替换光端机。

在改造时首选PON传输，特别是在监控点比较集中的区域，可以重新设计路由，这样更有利于节省光缆资源，如图5所示。

图5 标清改高清前端示意

4 结束语

随着光网城市的不断推进，光纤资源虽然越来越丰富，但各行各业及家庭、个人用户对光纤资源的需求也不断增长，合理利用每一芯光纤，提高利用率、不浪费是目前传输系统设计的原则。

平安城市系统规模大，对带宽要求高，在进行方案设计时更应考虑对资源的合理利用。SDI传输由于其采用裸光纤方式，对光纤的利用率不高，在项目中不宜大规模采用；IP方式具有灵活、高效、低成本的优点，应大规模推广。在实际案例中，可以IP传输为主、SDI为辅的方式，将两种传输融合起来，在一些一级重点部位（如省府、市府大门，火车站广场等），采用SDI传输方式，保证实时监控、实时操作无时延；在其他场所采用IP传输方式，节省光纤资源，提高光缆利用率。

1 朱俊,汪国荣.PON技术在平安城市中的应用——上海“城市光网”技术创新和应用实践之七.电信科学,2012(9)