高速公路视频监控系统的发展及应用研究

沈雄斌

（福建省高速公路监控中心安溪分中心，福建 泉州362400）

0 引言

为了实时、全面地监视高速公路的状况，视频监控点会越来越密集，即实现所谓全程监控，这意味着高速公路的监控网络将越来越庞大。

到目前为止，泉州高速公路共经历了三代监控视频传输方式，从泉三高速泉州段的全模拟矩阵，到南惠高速的光传输交换平台，到目前金安、晋石高速等最新的全数字高清IP组网系统，视频监控系统正一步步趋于成熟，规模越来越大，性能进一步稳定和提高。作为一名高速公路机电系统的维护人员，笔者将结合系统构成和维护经验，简要分析这几个系统的优劣，并提出解决方案。

1 模拟视频矩阵

以前的高速公路视频监控系统，往往运用视频光端机＋模拟视频矩阵＋DVR的手段加以实现，例如泉三高速泉州段。对这种单纯一条路段的监控视频来说，这种组网方式能够满足运营管理要求。但实际上，该系统扩展能力差，不能满足大网络监控要求。基于此原因，光平台得以产生。

2 光传输交换平台

光传输交换平台也称光矩阵，属于视频监控系统的一种新产品。光传输交换平台不属于模拟矩阵，其包含有传统（视频、数据）光端机＋模拟矩阵＋视频编解码器＋视频综合管理软件＋光端机网管软件等许多功能的一类设备，它的交换不经过模拟开关，而是主要运用全数字光纤传输交换的手段实现。

南惠高速公路视频系统就采用了中威VAR光传输交换平台，组网方式与泉三高速完全不同，代替光端机＋模拟视频矩阵＋DVR的监控实现方式，不仅使得系统集成度及其性能指标大大强化，还让系统的可维护性得以增强。

中威VAR光传输交换平台的视频传输采用了非压缩编解码传输方式，在前端接入模块，对视频实施数字采样编码，然而视频信号不用通过压缩技术进行处理。这种编码手段提升了量化精度，减少了量化误差，通过一次A／D变换的进行，促使模拟视频信号变成标准的BT656分量数字视频，同时这种信号还能实施压缩编码，让反复进行视频码流转换产生的损耗变少，还让端对端的视频质量有了极大提升，在满足大屏显示应用要求的同时，也使视频分析应用要求得以满足，其能给全程及全网无缝数字化平台提供一个合理的基础。

3 纯数字压缩编码传输（纯IP网络传输模式）

对于数字压缩编码而言，其主要经由编码器接入，就视频实施合理的数字采样及编码之后，通过视频压缩算法对其实施压缩处理（即IP网络视频）。H．264主要由ISO及ITU（国际电信联盟）双方一起提出，其属于继MPEG4之后的一种数字视频压缩格式，具有之前压缩技术的优势，同时也包含别的压缩技术不能相比的优越性。主要优势不仅有网络适应能力强、码率低，同时图像本身质量及其容错能力也高。与MPEG4 ASP、MPEG2压缩技术对比，通过合理分析，在图像质量一样的前提下，采用H．264这一技术进行合理压缩之后的数据量只占MPEG4的1／3，同时达到 MPEG2的1／4。在互联网以及3G网络中，H．264的视频文件能容易地进行传输。但是H．264解码算法与MPEG2技术以及MPEG4技术对比起来较为繁琐，计算的要求也高。数字压缩编码手段促使视频数据码流一直降低，压缩高清HD－SDI视频数据往往为8 Mb／s。和非压缩对比起来，占据的带宽有所减少，然而视频清晰度及实时性没有非压缩编码手段好。

4 光平台视频监控方案

基于上面对光平台以及数字压缩编码实现方式的介绍，我们更加深刻地了解到：光平台系统可以更好地满足高速公路领域的视频联网监控要求。在外场→收费站／隧道所→路段分中心的视频监控应用方案中，有时会使用数字非压缩光平台方案，有时使用数字全压缩光平台方案，有时也采用数字非压缩与压缩混传光平台方案。

4．1 数字非压缩光平台

该方案的核心为数字非压缩光平台，收费站／隧道所、路段分中心分层设计。该设计中，收费站、隧道所能实施控制、调度及存储，视音频信号还能针对对应的需求，被传输至上级路段监控站，同时基于对应的权限，上级路段分中心实施严格控制并进行对应管理。在路段分中心，在使用平台管理软件之前要进行正确的设置，确保全网视音频全面调度的有效实施，也确保管理工作的顺利开展。路段分中心以上级别的视频传输一般使用数字压缩编码手段，主要经由通信网络传送到每个省中心。其属于行业典型的“路段非压缩接入、集中压缩编码方式”。

此项方案往往具有以下特征：

（1）视频信号进行传输时不用压缩，不会出现网络传输丢包和阻塞现象，可靠性高；

（2）传输延迟不大，进行实时监控属于最好的；

（3）模拟升级到高清较简单，能利用已有线路，仅进行前后端设备的改换就行，不用再次布线，使用便捷；

（4）非压缩信号有助于智能检测这些业务的顺利开展；

（5）使用非压缩接入方式能便捷地兼容传统模拟／数字矩阵模式，实施协调控制；

（6）网络带宽占用较大，特别是高清视频，必须有较多的光纤资源才能传输。

4．2 数字全压缩光平台

此项方案不管是收费亭还是车道，抑或隧道或道路中的视音频这些外场信号，都要经由前端综合接入模块（此处即为编码器），通过环型（或星型、链型）组网接到附近的收费站／隧道所，收费站／隧道所可以进行调度，还可以进行存储及控制，与此同时，视音频信号还能基于要求，被传输到上一级路段监控中心，然后路段分中心按照自身权限合理实施管控。路段分中心在利用平台管理软件前要对其进行正确的设置，实施全网视音频的统一调度，还要进行严格控制，最后进行对应的解码输出。路段分中心以上的压缩视频数据，主要经由通信网络被传送到每个省中心。其属于行业典型的“全数字IP组网方式”。

4．3 数字非压缩与压缩混传光平台

然而，非压缩视频的实时性和高画质不可或缺，而带宽瓶颈问题又需要解决，有没有一种鱼与熊掌尽量兼得的方案呢？我们自然会想到“数字非压缩与压缩混传光平台解决方案”，具体如下：外场→收费站／隧道所，使用数字非压缩编码，在确保传输实时性的同时，更能确保高清晰度；更重要的是将存储以及智能事件检测功能设置到收费站／隧道所，主要针对非压缩接入的视频信号实施合理压缩存储，并对其实施智能事件检测，从而提升系统的可靠性，也让所有节点的设备安装得以简化。收费站／隧道所由于就全部视频信号实施压缩存储，所以由收费站／隧道所→路段分中心便能实施压缩信号传输，进而减少所需光纤资源。存储和智能事件检测功能要在收费站／隧道所实现，此时路段分中心主要功能是：完成视频在电视墙的调度显示这一任务，需要上传的视频信号并不是太多，有需要的时候也能使用非压缩信号加以传输。

5 结语

综上所述，每个方案均有其自身的独特性，实际采用何种组网方案，主要根据具体要求而定。考虑到以后高速公路里程的进一步延长，对监控网络的要求以及条件必然日益提高，数字非压缩与压缩混传光平台这一方案更具有普适性。