高清视频监控系统的设计与应用

邵彦辰

伴随着我国铁路公安部门反恐力度的不断加强，为了确保旅客的出行安全，提高车站的安全水平，铁路部门开展了“全覆盖、无缝隙”的高清视频监控系统的建设。车站视频监控系统作为综合视频系统的一部分，能够对车站内旅客、工作人员及设备进行全天实时监控，可以为车站监控工作人员和公安人员提供清晰、直观的视频，并通过视频图像的收集存储，实现图像的调用与回放。

目前车站高清视频监控在设计与实施工程中还存在一些难题，需要根据视频全覆盖的要求，合理布设摄像机位置，计算确定高清视频图像码流及存储要求，调整帧率参数，以减少视频图像存储容量等。

1 高清视频监控的技术特点及覆盖范围

1.1 高清视频监控的技术特点

高清视频监控系统的特点在于前端采用监控领域的专业视频监控摄像机，即高清监控摄像机。高清摄像机采用标准H.264视频压缩格式，支持多码流选择，码流范围一般在10 kb/s至4 Mb/s之间，录像分辨率可以达到720P以上，清晰度可以达到720TVL广播级的图像画质。720P是SMPTE(美国电影电视工程师协会制定)高清数字电视的格式标准，有效显示分辨率为1280×720，经换算1280×720为16：9的宽屏显示比例。虽然16：9尺寸的监控终端设备当前在市面上十分普遍，但由于摄像机视频信号技术的制约，信号输出还采用原来的4：3比率，因此在铁路领域采用的720P高清摄像机通常为1280×960分辨率。高清监控摄像机不但清晰度高而且操作简便、易于安装，在很大程度上减少工程布线和施工成本，但高清视频监控摄像机输出信号码流比较大，一般综合视频平台采用4CIF，2 Mb/s带宽很难满足数据承载要求。高清视频监控通常采用RJ-45，10/100Base-T作为视频接口，需要的带宽是3 Mb/s。而且由于视频输出信号码流大，对图像存储空间的要求也比较高，就相同路数来说，高清产品会比标清产品占用更多的带宽及存储空间，存储产品需要更大的容量。更为重要的是在满足这些要求时，存储技术需要与监控应用特别是高清监控应用做更紧密的结合，对此需要特定设计的产品和方案才能更好地满足要求。

1.2 高清视频监控的覆盖范围

铁路大型客运车站的区域布局具有以下特点：①空间大，各功能空间划分相当独立，连接方便，一般划分有售票区域、候车区域、站台区域、办公区域、设备间，以及各区域之间的连接通道;②综合性强，需要考虑与城市轨道交通、航空运输、公共汽车运输的连接。

为达到高清视频监控范围的“全覆盖、无缝隙”要求，视频监控系统除覆盖进出站口、售票厅、候车区域、检票区域、站台、设备机房、票款室、通道区域 (防火通道、紧急疏散、自动扶梯、垂直电梯)等传统监控领域外，还应对办公区域出入口、商业区域、站台远端、楼扶梯下方等平时不易监控的视频死角进行监控覆盖。

2 高清视频监控在铁路工程中的应用

各车站设置的高清视频监控系统，主要由前端采集设备、视频解码设备、视频控制设备、视频存储设备、视频分发/转发设备、视频监控终端 (或电视墙)、接入网关设备、系统管理终端及视频网络等构成。

2.1 高清视频监控系统前端摄像机设备布置方案

前端采集设备 (除安检区域外)均采用720P高清摄像机，候车室、进出站大厅、站台等开阔区域采用球型摄像机，走廊、楼梯间等狭窄区域采用枪型摄像机。

为每台安检仪配置4台高清摄像机，其中2台720P固定式摄像机用于对放包、提包过程进行视频监控，在安检仪或安检门适当位置设置1台720P固定式摄像机用于旅客通过安检过程的视频监控，设置1台1080P高清摄像机用于旅客面部特征的视频图像采集。在安检仪操作台设置1台视频监控终端。

售票室视频监控系统独立设置，售票室设置枪型摄像机并配置拾音器，按照与窗口一一对应原则设置，图像信息在硬盘录像机上进行存储，在综合监控室配置监控终端。

2.2 传输设备

各车站信息机房设置视频系统核心层交换机，作为I类视频接入节点，实现全站视频的接入、分发/转发、视频内容分析等功能，并对其接入的所有视频信息和告警信息进行存储。各车站设备间或配线间设置视频系统接入层交换机，作为II类视频接入节点，实现对邻近区域内相对分散的采集点视频信息进行收集，并上传至I类视频接入节点。摄像机与视频接入节点之间通常选用光缆传输。

2.3 后台设备

高清视频监控系统的后台设备主要包括设置在信息机房的主机设备及为车站监控工作人员和公安人员配备的监控终端。

在车站信息机房设置视频控制设备、存储设备、分发/转发设备、管理终端等主机设备。视频存储设备按照双机热备的方式进行配置，视频控制设备及存储设备配置双冗余电源模块。

在车站综合监控室设置视频监控终端或电视墙。在车站公安值班室、消防控制室、车站值班员室设置视频监控终端。

2.4 高清视频监控系统存储设备方案

设计高清视频监控系统时需要计算录像存储使用硬盘的数量，而网络视频监控是根据前端摄像机设置的图像码流来计算所需硬盘存储容量的。

铁路工程采用的720P高清摄像机图像码流为3Mb/s，单路摄像机每小时存储容量为1350MB，每天的存储容量为32400MB。以一个10000平方米的中型车站为例，约布置有100台高清摄像机，则全部100台高清摄像机一个月视频图像的存储容量为97200000MB，约为90TB。

针对高清视频摄像机图像码流大的特点，在铁路工程中对部分图像不活跃的前端摄像机的帧率参数进行了调整，技术方案如下：一般监控中前端摄像机的帧率设为25或30帧/秒，其能保持图像的流畅度。但在监控的画面中，监控的物体不会因突然运动而从画面消失时，可选择减少摄像机图像帧率的方式来减少占用的存储空间。例如在惟一出入口的旅客通道，监控范围比较狭长，人员在通道内活动不会从图像中消失，可选择减帧的方式。因为只减少了摄像机的帧率参数，并没有改变摄像的图像分辨率，所以录像的清晰度保持不变，但占用的图像存储空间大大减少。

针对高清视频摄像机占用存储空间大的特点，工程中将高清存储设备在盘位上进行了增加与扩展，传统DVR单机最多能够支持8盘位的存储，容量最大为16TB;而高清存储设备最大单机可支持到48盘位，容量最大为96TB，同时每台设备还可接扩展柜，最多单机可以支持3个十六盘位的扩展柜，这样总容量可以达到192TB，是传统DVR的存储空间的12倍。

3 总结与展望

高清视频监控系统可以满足铁路车站“全覆盖、无缝隙”的全天实时监控要求，提供给车站监控工作人员和公安人员清晰的图像资料，并通过优化前端摄像机的帧率参数和扩展高清存储设备在盘位的方式，完成大图像码流的存储与回放。该方案在青烟威荣城际等铁路工程已经得到成功应用。

当前，随着高清设备的大量应用，以及越来越高的文件存储期限，存储设备能否在未来很长一段时间满足需求存储的增长是必须要解决的问题。高性能、大容量存储系统及存储解决方案将得到更广泛的应用。构建下一代视频监控系统，其存储部分将不再是单纯的存储单元，而应该是一个联系前端的智能处理和后端智能检索的整合系统。

同时，视频图像分析、行为分析的功能已在进一步开发完善过程中，相信随着视频图像分析、行为分析技术的进一步成熟，将来的高清视频监控系统可以大大减少车站监控工作人员和公安人员的工作负荷，使得高清视频监控系统能够在铁路工程中得到更广泛的应用。

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