广电GPON网络承载4K超清社会治安视频监控系统

张阳

摘 要：4K超高清视频监控时代降临，利用广电GPON专用网络可完美承载这类复杂的系统工程。

关键词：4K超清；视频监控；广电；GPON

人们对于清晰度的追求是永无止境的，从目前铺天盖地的4K电视广告中可见一斑。4K电视之所以能在一夜之间成为人们关注的焦点，一部分原因是人们对于新兴技术的好奇，更多的原因在于4K技术带来前所未有的超高清视觉体验。不仅在民用电视行业，在视频监控领域，人们对于清晰度的追求同样从未停步。

在2010年之前，视频监控还处于“标清时代”，监控系统大都采用标清摄像机，其D1的画质越来越难以满足用户对清晰度的需求。从2010年开始，视频监控大步跨入“高清时代”，1080P和720P高清摄像机取代了原来的标清摄像机，高清画质得到了用户的广泛认可，“高清改造”也成为了这一阶段视频监控领域最热的词。

然而，当人们还沉浸在“高清时代”带来全新的视觉体验时，安防业界的大厂商们都相继推出了4K超高清摄像机。4K超高清视频监控时代降临，利用广电GPON专用网络可完美承载这类复杂的系统工程。

蚌埠市广电网络公司于2008起开始承建蚌埠市社会治安视频监控系统工程，在一期、二期工程中已经为业主单位蚌埠市公安局建成了约1600个高清前端监控点，35处卡口及10处电子警察，建成了30个派出所、6个分局和1个市局监控中心，为保障人民群众安居乐业、服务蚌埠经济和社会发展发挥了突出作用。

为了不断扩大城市报警与监控系统的覆盖面，着力推进城市报警与监控系统的互联互通和资源共享，蚌埠市公安局决定进行社会治安视频监控三期工程建设，工程要求在对原有系统进行改造升级和对原有前端点位进行接入的基础上，再增加前端监控点3500个，治安卡口将再增加80处，建成以视频监控为主体的全市社会治安防控网络。

根据工程建设单位要求，本次工程系统前端采用超高清枪机和高清球机混合部署，根据需要分别部署2500台超高清枪机和1000台高清球机。其中枪机采用1/1.8" Progressive Scan CMOS，分辨率达到830万像素（3840×2160）@25帧图像；球机采用1/2.8" Progressive Scan CMOS，分辨率达到300万像素。

国际电信联盟对4K超高清的定义是：水平像素值为3840，垂直像素值为2160，宽高比16∶9，总约830万像素。从定义中可以看出4K的分辨率是1080P的4倍，是720P的9倍。如果分别用4K摄像机和1080P摄像机去拍摄相同视场角下的同一场景，4K摄像机会用4倍于1080P摄像机所用的信息量去还原场景，画面自然更清晰、更贴近真实。

本次工程实际采用了大量4K级别超高清监控摄像机，故对整个系统的传输、存储、显示等方面都有了较高的要求。

1 传输网络要求

网络支撑平台采用模块化、层次化设计的思想，网络架构采用“万兆骨干RRPP光纤环网、汇聚网、星型网”的纯光纤组网模式。

网络由主干层、汇聚层、接入层组成，主干网采用RRPP（快速环网保护协议）光纤环网，构成系统核心承载网，环网带宽设计为万兆，按监控区域设计汇聚网，视频存储设置在骨干层和汇聚点，监控前端通过GPON网络接入接入层，前端网络采用GPON结构，每个前端监控点接入网络带宽为百兆，至监控分中心网络带宽为双千兆（包含所有派出所和分局），至市局监控中心网络带宽为双万兆。

传输专网要实现与一期、二期监控平台网络和三县监控平台网络的对接，需要与公安网络进行数据交换时，采用边界接入平台实现。广电运营商的网络汇聚节点原则上应与分局所辖区域相对应，确保网络拓扑与市局、分局（派出所）、前端所形成的中心、汇聚、接入三级网络模式相适应。下图为本次工程的系统架构图：

2 存储系统要求

存储系统是视频监控系统中非常重要的一个子系统。要求存储系统必须具备大容量、高可靠性、高安全性等特性。本项目采用区域分布存储、中心集中管控的模式部署存储系统。在网络汇聚节点（运营商的分前端机房）设置存储，部署IP-SAN磁盘阵列，每个网络汇聚节点（运营商的分前端机房）均应对应一个分局，建设区域集中存储系统。

每个区域集中存储系统分摊所对应分局内的所有前端监控点的实时录像和所有治安卡口及电子警察的实时录像存储。通过市局监控中心平台实现集中管控。

图像数据存储采用IP-SAN，将视频数据以iSCSI方式直接写入IP-SAN存储，视频数据的存储以数据块的方式组织。存储时可以对指定通道的录像的视频图片加入防篡改的特征信息（如数字水印等）。

存储系统采用分布式的部署方案，以运营商的分前端机房为分布式存储点，市公安局机房为逻辑汇聚点和备份点；除存储系统本身的安全机制外，要按照N+1的要求配备存储，实现整个存储体系的安全冗余。

根据前端一般监控点和治安卡口的多少和监控时间的要求配置相应的系统存储容量。

3 监控中心要求

市局监控中心拼接屏采用70寸激光光源DLP投影单元，组合方式4×6；每个投影单元有一个内置图像处理器模块，支持DVI环接，支持4X1080P高清信号投放，支持RGB、视频信号的直通显示，可不依赖外部图像拼接控制器实现图像的分屏显示、拼接显示、整屏显示。

外置式图像拼接处理器为纯硬件构架，硬件核心为大规模FPGA陈列，采用模块化设计，超宽带视频信号采集，实时高分辨率数字图像处理二维高阶数字滤波等高端图像处理技术，总线高达180G/s带宽，具有强大的处理能力。

控制器采用多总线并行处理机制，能从根本上保证对所有输入视频全实时处理，图像没有延迟，无丢帧现象。支持多台级联，支持RS-232和网络控制， 具备全屏显示、组合显示、单画面独立显示、具备四画面分割功能。视频解码器均采用支持4K及以上超高清解码产品。

社会治安视频监控系统是一个庞大而且复杂的系统工程，每个环节都有不同的功能要求。在蚌埠市社会治安视频监控系统三期工程中，蚌埠广电网络公司利用自身丰富的网络资源，针对整个系统需求，打造出一套超高带宽，超高QoS，超大容量，超清效果的高品质网络平台。加强了城市治安，对社会发展的稳定，老百姓安居乐业都起到举足轻重的作用，体现了很高的社会效益。

参考文献：

[1] 李鹏.有关GPON技术在接入网中运用的分析.信息通信，2013，（8）.

[2] 程玮.浅析4K技术的集成应用.中国安防，2015，（8）.

[3] 刘明，张馨丹."平安城市"项目的技术应用及组网方案的研究，硅谷2011，（16）.