铁路综合视频监控系统标准研究及制定

2013-05-09北京全路通信信号研究设计院有限公司北京100073

铁路通信信号工程技术 2013年1期

陈梅(北京全路通信信号研究设计院有限公司,北京 100073)

“铁路综合视频监控系统”从早期的2006年底建设、2007年正式运行的“青藏线格拉段线路视频监控系统”作为雏形推出，至今已经经历了5年的时间，视频监控系统建设和使用基本上覆盖了所有路局，综合系统的理念、系统架构、应用模式等早已被接受。作为指导产品制造、测试、工程设计和建设维护的铁路视频系统标准规范经制定经历了国际标准、国家标准、其他行业标准的研究和借鉴引用，形成了适合铁路应用的标准和技术文件，并且还在不断地摸索、研究和完善。

1 国际标准

1.1 ISO/IEC14496 MPEG4

活动图像编码专家组（MPEG）于2000年年初正式发布国际标准MPEG-4（ISO/IEC14496）。

MPEG-4 与MPEG-1、MPEG-2的最大不同之处，是把图像帧的概念转化成一个个视听场景（AV场景），这些不同的AV场景由不同的AV对象组成。AV对象是听觉、视觉、或者视听内容的表示单元，其基本单位是原始A V对象，它可以是自然的或合成的声音、图像。因此M PEG-4标准的基本内容就是对A V对象进行高效编码、组织、存储与传输。M PEG-4不仅实现高压缩率，同时也可实现更好的多媒体内容互动性及全方位的存取性，它采用开放的编码系统，可随时加入新的编码算法模块，同时也可根据不同应用需求现场配置解码器，以支持多种多媒体应用。

M PEG-4技术在数字视频系统（如DVR、NVR等）中得到大量的应用。对于4CIF(704×576)分辨率图像，可压缩到2 Mbit/s。

1.2 ITU-T H.264

H.264是ITU-T的视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC的活动图像编码专家组组成的联合视频组

陈梅，女，毕业于兰州交通大学，教授级高工。主要从事铁路通信行业工程设计、科研和标准制定工作。曾作为“青藏铁路格拉段视频监控系统工程”和“京津城际视频监控工程”设计总体，曾获2008年度铁路优质工程勘察设计二等奖，中国铁道学会科学技术二等奖。担任铁道部标准“铁路应急通信接入技术条件”、“铁路图像通信设计规范”、“铁路综合视频监控系统技术规范”项目负责人；担任“铁路综合视频监控系统技术规范的研究”、 “铁路综合视频平台相关技术标准的研究”部标准科研项目负责人，曾多次荣获设计院优秀科研标准奖。2012年4月，主要负责铁道部科技司通信专业的标准归口管理及公司承担的通信类标准的管理工作。（JVT）开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的M PEG-4的第10 部分。

H.264不仅比M PEG-4节约了30%的码率，而且对网络传输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输。H.264具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。H.264支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平稳的图像质量。H.264能适应于不同网络中的视频传输，网络亲和性好。

相对于先期的视频压缩标准，H.264引入了很多先进的技术，包括4×4整数变换、空域内的帧内预测、1/4像素精度的运动估计、多参考帧与多种大小块的帧间预测技术等。新技术带来了较高的压缩比，同时也大大提高了算法的复杂度。目前H.264已在视频监视领域被广泛应用。

1.3 开放性网络视频接口论坛

2008年5月，由安讯士联合博世及索尼公司三方宣布携手共同成立一个国际开放型网络视频产品标准网络接口开发论坛，取名为ONV IF，以公开、开放的原则共同制定开放性行业标准。该论坛致力于通过全球性的开放接口标准来推进网络视频在安防市场的应用，这一接口标准可确保不同厂商的网络视频产品具有互通性，包括资源查询、实时视频、音频、控制信息等。

ONVIF已经正式对外招收会员，同时为适应各种不同的参与级别，ONVIF还提供了不同等级的会员资格，可以选择高级、中级或用户会员级别。论坛目前接纳的会员已有近40家。其中，高级会员有12家，除了三家发起公司外，松下、三星、思科、西门子等著名品牌位列其中，而国内的海康威视和浙江大华也是ONVIF论坛的高级会员。

1.4 ITU-T H.265

2010年1月，ITU-T VCEG和ISO/IEC M PEG联合成立了JCT-VC联合组织，统一制定下一代编码标准：ITU-T H.265(HEVC)。

H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新视频编码标准。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264，在保留原来关键技术的基础上，进行了进一步技术创新，使得改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系得到最优化设置。具体的研究内容包括：提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。H.264由于算法优化，可以低于1 M bit/s的速度实现标清数字图像传送；而H.265则可以实现利用1～2 M b it/s的传输速率传送720 P（分辨率1280×720）普通高清音视频传送。

2 相关国标及行标

国家建设部于2004年10月9日批准发布了由公安部主编的国家标准《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004），于2004年12月1日起实施。于2007年3月21日批准发布了由公安部主编的国家标准《入侵报警系统工程设计规范》（GB50394-2007）、《视频安防监控系统工程设计规范》（GB50395-2007）、《出入口控制系统工程设计规范》（GB50396-2007），于2007年8月1日起实施。

中国电信于2006年3月20日批准发布了行业标准《中国电信网络监控业务技术规范（V2.0）》，包括总体技术要求、平台分册、客户端单元分册和前端单元分册。电信的“全球眼”就是依据此标准建设的视频系统。

公安部于2006年12月14日批准发布了行业标准《城市监控报警联网系统通用技术要求》（GA/T669-2006），于2007年1月1日起实施。公安部继通用技术要求发布后，又组织大批业内专家、知名厂商和集成商在通用技术要求的框架结构下，编制了系列标准，包括“音视频编解码技术要求”、“音视频显示、存储及回放技术要求”、“接口技术要求”、“安全技术要求”、“管理技术要求”及相应的测试验收技术要求等。

2006年，国家标准化管理委员会正式颁布了《信息技术先进音视频编码第2部分：视频》（GB/T 20090.2-2006），又于2010年颁布了《安全防范监控数字视音频编解码技术要求》（GB/T25724-2010）。

2.1 GB/T 20090.2-2006 信息技术先进音视频编码第2部分：视频

《信息技术先进音视频编码第2部分：视频》（AVS)于2006年1月得到信息产业部批准，2月国家标准化管理委员会正式颁布，3月1日起实施。

A VS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。解决的重点问题是数字音视频海量数据（即初始数据、信源）的编码压缩问题，故也称数字音视频编解码技术。包括系统、视频、音频、数字版权管理等4个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。规定了数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示的技术方案，适合于高分辨率和标准分辨率数字电视广播、激光数字存储媒体、互联网宽带流媒体、多媒体通信等应用。

A VS视频标准是基于我国自主创新技术和国际公开技术所构建的标准，具有以下特点： A VS的编码效率与H.264相当，而算法复杂度比H.264低，其编码复杂度相当于H.264的30%；解码复杂度相当于H.264的70%，软硬件实现成本都低于H.264；同时由于我国掌握主要知识产权，专利授权模式简单，专利费用低。

但是，A VS目前的产品支持程度不高，因此该标准暂没有很好地得到发展。

2.2 GB/T 25724-2010安全防范监控数字视音频编解码技术要求

《安全防范监控数字视音频编解码技术标准》(SVAC)，主要由中星微电子和公安部第一研究所参加编制，由公安部、工业和信息化部联合制定。

该标准在2011年5月1日正式实施。是中国第一个适用于国家安全领域的基础信息技术——信源类国家标准，达到国际先进水平。

SVAC开始于2007年，由公安部和原信产部联合确定该标准的编制工作；2008年，正式成立编制组；2009年12月，完成了标准的编制和报批工作；2010年8月国家标准化管理委员会主任办公会审查批准SVAC标准为国家标准；国家标准化管理委员会将指导SVAC标准编制组成立“国际标准推进小组”，推动其成为国际标准；将成立“SVAC产业化联盟”，推进SVAC标准产业化工作；将组建“SVAC标准专利管理委员会”，对标准中所涉及专利进行授权管理。

SVAC标准的八大技术创新。

1）支持高精度视频数据，在高动态范围场景提供更多图像细节，减少编解码环节的图像信息损失。

2）采用帧内4×4预测与变换、上下文自适应二进制算术编码器(CA BA C)等技术提高编码效率，在获得更好图像质量的同时也能获得更高的编码效率。

3）支持感兴趣区域（ROI）变质量编码，在网络带宽存储空间有限的情况下，提供更符合监控需要的高质量视频编码。

4）支持可伸缩视频编码（SVC），满足不同传输网络带宽和数据存储环境的需求。

5）支持代数码书激励线性预测(ACELP)和变换音频编码（TAC）切换的双核音频编码，保证对语音和环境（背景）声音均有较好的编码效果。

6）支持声音识别特征参数编码，避免编码失真对语音识别和声纹识别的影响。

7）支持监控专用信息（绝对时间、智能分析结果、报警信息），便于视音频内容的有效管理和综合利用。

8）支持加密和认证，保证监控数据的保密性、真实性和完整性。

SVAC作为视频监控系统的基础标准，一方面可以解决目前视频监控系统中音视频编解码标准不统一导致的系统难以互联互通的问题；另一方面能够针对安防特殊应用提出相适应的应对方案，解决目前视频监控领域只能采用广电标准而无法满足安防特殊需求的问题。除此之外，专门用于安防领域的音视频编解码标准目前在国际上尚属空白，SVAC标准研制工作有利于在安防领域实现向国际标准的突破。

目前按SVAC标准研制的产品还屈指可数，除了参与起草标准的几家企业外，别的企业几乎看不到这方面的产品或技术出现。

3 铁路技术政策和标准

从2007年开始，铁道部在分析总结了铁路视频系统建设、维护和发展现状及存在的问题后，科技司、建设司立项，着手科研和标准制定工作布署，运输局也先后出台了管理办法及维护使用办法，并组织大量的试验验证工作。

3.1 “关于《加强铁路视频监控系统建设和运用管理》的通知”( 铁运[2008]33号)

2008年2月20日，铁道部下发了铁运[2008]33号“关于加强铁路视频监控系统建设和运用管理的通知”，该通知是为综合利用视频网络资源和视频信息资源，提高系统利用效率，加强和规范铁路视频监控系统建设和运用管理的一个管理办法。文中明确了归口管理部门及其职责，铁路综合视频系统建设原则、技术要求，运用维护的管理要求，从政策层面为铁路综合视频监控系统的建设和维护管理指出方向。

3.2 《铁路综合视频监控系统技术规范（试行）》（运基通信[2008]630号）

2007年底，作为重要研究课题，铁道部科技司组织立项，科研题目为“铁路综合视频监控系统技术规范的研究”，2008年完成。2008年11月19日，本科研项目的一项成果《铁路综合视频监控系统技术规范（试行）》作为铁道部局文正式发布实施。

“630号文”虽然不是铁路行业的正式标准，但是迄今为止铁路综合视频监控系统建设唯一的全面的技术文件。是铁路视频领域建设单位、设计单位、测试单位、验收单位、系统集成单位、相关产品制造商所熟知和遵照执行的标准。

本规范规定的系统结构、功能和性能要求、通信传输协议、主要设备的技术要求、互联和联动要求、电源及环境要求等。

在系统结构中，规定了视频核心节点、视频区域节点、视频接入节点（包括I类和II类）和视频采集点。

在每级节点，均定义了其主要功能，尤其是管理功能。视频区域节点，对辖区内的用户和设备进行统一管理，负责辖区内的所有用户和设备进行认证、鉴权，并对信息进行存储，同时把管理信息上传至视频核心节点、下发到辖区内的视频接入节点。

I类接入接点的管理功能：在接入节点通过管理终端可对设备状态、参数和告警信息进行浏览，经授权可处理设备告警。接收并存储视频区域节点下发的本节点管理信息，当区域节点故障或区域节点与接入节点间连接故障时，接入节点内的基本业务可正常进行。

II类视频接入接点不具备管理功能。

在视频存储功能的定义上，视频区域节点存储告警信息及告警图像，存储时间不少于30天；接入节点存储视频信息和图像，存储时间根据视频信息的重要程度有不同的规定。其中，II类视频接入节点不具备存储功能。

在设备技术指标上，规定了标清摄像机、视频编解码设备、存储设备、服务器、显示器和终端设备等。

在编解码遵循的标准上，该文件规定了采用MPEG4和H.264标准，并对AVS的执行上也给出相应的规定。

在通信协议上，明确了采用SIP协议作为信令协议进行会话控制。

在接口部分，只规定了内部接口和外部接口的种类及框架协议要求，没有对具体的协议进行细化。

总之，“630号文“只是铁路综合视频监控系统的总体技术要求，其中很多内容需要通过深入研究，形成系列标准或技术文件，才能满足要求。

3.3 《铁路图像通信设计规范》(TB 10085-2009)

随着视频监控在铁路上新建线尤其是客运专线上的应用，铁道部建设司从规范和指导工程建设的需求出发，于2007年立项，组织 “铁路图像通信设计规范”标准编制，同期也针对规范编制过程中出现的技术关键点和难点，立项标准科研项目“铁路视频通信平台建设有关技术标准的研究”，“铁路图像通信设计规范”包括了铁路综合视频监控系统和会议电视系统两大部分内容，规定系统设计、功能、性能要求、设备配置要求、各节视频点的设置要求以及设备安装及运行环境要求等。该标准于2009年9月14日发布实施。

3.4 铁路视频监控系统技术规范验证试验

全路视频监控系统组网，形成与运输指挥安全管理相适应的铁道部、路局、站段视频监控体系在我国铁路尚属首次，国内外也无成熟先例可以借鉴。因此2008年下半年，铁道部科技司组织科研立项，验证关键技术的可行性，开展工程试验验证和科学研究，目的在于研究、试验和验证铁路综合视频监控系统技术规范中的关键支撑技术和构架体系，验证“630号文”合理性、科学性、适用性，对建设铁路视频监控系统具有重大指导意义。

通过近两年的努力，本课题重要科研成果体现在完成了各类编解码设备的测试、存储架构和存储技术的验证、视频信息流量对网络的要求、视频分析测试、互联互通测试及视频系统工程评估。尤其是在不同视频系统的互联互通上，规定可实现主要功能的接口协议，实现视频资源的共享和调用，也为接口的统一打下了坚实的基础。

依据此项课题研究成果，铁道部质检中心组织，于2009年9月至2010年8月完成了对12家集成商进行视频系统功能、互联互通、行为分析测试，将检测结果以铁道部局文“关于公布《铁路综合视频监控系统检测结果（第一批）》的通知”（运基通信[2010]606号）下发。

3.5 铁路综合视频监控系统总体规划

2008年，铁道部委托铁四院，主持编制《铁路综合视频监控系统总体规划》。规划明确了铁路视频监控系统的总体目标，近期和远期建设的指导思想和建设原则。对系统结构、功能、阶段实施步骤及投资估算等均做了系统规划。此项规划已被纳入“铁路通信网十二五规划”中。

3.6 铁路综合视频监控系统技术规范

2010年，“630号文”试行近2年，在指导铁路视频监控系统的建设中起到了应有的作用，相关规定也在实施过程中得到验证，同时也暴露出了一些问题和不足。因此，铁道部科技司组织立项，将“铁路综合视频监控系统技术规范”正式立项为铁路标准项目，完成时间为2013年。

根据近期高清视频的广泛应用现状和未来的发展前景，本标准与“630号文”相比，增加了高清视频的相关规定，明确了视频监控系统平台应是标清和高清同时兼容的平台。

结合标准编制，标准编制单位同期研究编制了《铁路综合视频监控系统技术规范》（V1.0）,与原“630号文”相比，增加了视频核心节点与视频区域节点、视频区域节点与I类视频接入节点、用户终端与视频节点间的接口及协议的相关规定，于2011年4月通过了运输局组织的专家评审。2012年7月，重新对V1.0版进行了验证测试和审查，形成《铁路综合视频监控系统技术规范》（V2.0）。

3.7 铁路综合视频监控系统接口技术要求

《铁路综合视频监控系统接口技术要求》是铁道部科技司2012年的标准项目，包含了视频监控系统内部和外部的接口及协议要求、视频系统管理的接口及协议要求，目前正在编制征求意见稿，与《铁路综合视频监控系统技术规范》同期完成。

3.8 技术政策

除“33号文”和“606号文”外，铁道部办公厅下发了“关于印发《铁路综合视频监控系统管理暂行办法》的通知”（铁运[2009]21号）；铁道部运输局下发“关于印发《铁路综合视频监控系统视频内容分析测试要求（暂行）》的通知”（运基通信[2010]527号）；铁道部发展计划司、运输局、公安局于2011年4月1日联合下发了“关于《加强铁路客站安检区域视频监控系统建设》的通知”（计改函[2011]59号）；2011年9月7日，铁道部运输局下发了“关于发布《铁路综合视频监控系统视频资源命名和分类办法》的通知”（运基通信函[2011]482号”。

3.9 其他研究

为推动产业技术的发展和标准化的进程，北京交通大学“轨道交通控制与安全”国家重点实验室联合一批在路内外安全监控领域知名的、影响力较大的企业共同组建了轨道交通视频技术产业联盟，于2011年12月成立了轨道交通视频技术实验室，一年来，实验室初步完成了高清视频技术、人脸识别技术与标准、车载视频系统的关键技术，视频与防灾、网管协议、视频系统运用调研等7个研究项目，并于近期召开2012年第二届轨道交通视频与安全发展论坛，实验室与《中国铁路》合作，开辟了“视频技术”专栏，通过每月一期的“视频技术”专栏及时报道实验室和各成员单位的技术创新成果，发布实验室技术测评结果和推广建议。