提高高铁视频监控画面质量的研究与实践

2018-08-02刘伟川

时代农机 2018年5期

王爽，刘伟川

（铜川职业技术学院，陕西铜川 727031）

随着铁路电气化和现代化发展，高铁视频监控系统肩负着巡查、威慑、预警、取证、指挥救援等一系列重要的职责。高铁视频监控画面的质量直接影响着高铁工作的正常运行，也关系着人民群众的切身利益，因而不断提高视频监控画面质量尤为重要。

1 研究背景和目的

在实际工作中，监控视频有时会出现不流畅现象，表现为跳帧、丢包现象，有时调取时弹出画面速度很慢，由于铁路沿线、道岔、咽喉、隧道口等附近对视频信号的要求很高，对铁路运行安全形成隐患，必须采取有效措施提高铁路视频监控画面质量。根据《中华人民共和国铁道部铁路有线通信维护暂行规则》中的图像评价指标体系，以郑西高铁视频监控画面为例，画面抖动率为5.48%，跳帧率为11.78%，画面质量不合格率为14.25%，必须依靠有效手段提高视频监控画面质量，要求采用的方法性能可靠，效果明显，可实施性强，容易实现。

提高视频监控画面质量一方面要解决视频图像干扰问题，另一方面要解决图像跳帧问题。拟设定研究目标，实现画面无抖动，视频画面无明显电磁干扰，画面清晰；画面基本流畅，较长时间内无明显跳帧现象；北监控中心管辖视频监控系统监控画面模糊干扰严重图像数量降到3%以下；画面跳帧（丢包）频率降到0.3次/小时以下。

2 研究内容

首先对监控画面不清晰的原因进行分析，分别从设备终端和网络层找到可能的原因如图1所示：

图1 监控画面不清晰的原因

对各项原因进行逐一排查后发现，信号干扰和视频交换机端口带宽低是导致画面不清晰的主要原因。

3 视频图像干扰问题

铁路监控系统处在一个非常严重的干扰区域，视频信号所在的区域很多都有干扰信号，且干扰强弱不一。调取视频监控画面发现，干扰最为严重的摄像头大部分集中在牵引变电所，因此这部分干扰最有可能是电源干扰和脉冲干扰。电源干扰会导致视频画面出现轻微扭曲、图像不稳定；而脉冲干扰会导致视频画面出现跳动、闪烁。

复杂的干扰混在一起时，想消除干扰异常困难。之所以有信号干扰，主要是因为视频信号在传输过程中混入了多种不同频段的信号。如果尝试给线路中加入一个可以过滤混入的信号滤波器，理论上会取得比较好的效果。

假定视频信号的输出幅度为U1，干扰信号的幅度为U2，则到达终端的视频信号的幅度为源信号与干扰信号之和，即U1+U2（不考虑信号本身的衰减问题）。由此可见，经过对信号先放大后压缩的处理后，输出到显示设备的视频信号仍可保持原有的幅度不变，而干扰信号幅度下降了n倍。这就是说，单从监视器屏幕上看，原来很强的干扰会变弱，而原来不强的干扰变得很不明显了。所以理论上看，添加视频抗干扰器，可以有效地解决视频画面干扰严重问题。

4 视频画面跳帧问题

影响视频流畅性的因素很多，而分布在不同地方、不同网络的监控视频的影响因素也有很大差异，摄像机码流，交换机性能，视频服务器性能，网络带宽等因素均能影响视频的流畅性，会导致视频出现跳帧现象。通常来说，带宽越高，视频的流畅度也越高。

例如有4路视频，每路视频数据流为2Mbps，传输通道的带宽应设置为（4×2M）×125%左右，约为10M。在网络带宽偏低的情况下，需要提高网络带宽。通过数据配置为通道分配带宽可以达到提高带宽的效果。例如临潼东三层交换机接入数据网带宽为155M，然而交换机数据进入端三个口的带宽也为155M，出口带宽明显不足。只要提高交换机的端口带宽，可以改善视频画面跳帧问题。

5 解决方案

通过对干扰和跳帧问题的解决方案进行对比分析，从有效性、可操作性、经济性、可靠性方面进行综合考量，最终选定加装抗干扰器件和重新配置交换机端口带宽作为解决方案。

6 实践效果

6.1 抗干扰的实施效果

图是添加干扰器前后的视频图像，从图像质量上能明显看出，抗干扰的效果较好

图2

6.2 解决跳帧的实施效果

研究区域共有监控画面621个，以48小时为时间节点，跳帧次数由原来的98次降至13次，画面跳帧频率由2.04降至0.26。由此可见，配置交换机、提高网络带宽、提高服务器性能对解决视频跳帧现象效果显著

6.3 总体效果

解决办法方便快捷，成本低，效果明显，实现了预期目标，将画面质量不合格率由14.25%降至3.6%，超过了预期的4%的目标。从经济效益来看，与传统敷设光纤方案进行对比，现有方案可提高经济效益约140万元。同时，画面识别准确率的提高，可避免工作人员多次重复检测，从而有效降低劳动强度和难度，缩短工作时间，提高工作效率，可谓一举多得。

后期，应该采取以下措施巩固新成果，①定期检查抗干扰器，确保干扰器性能完好；②不定期检查交换机端口配置，做好维护工作；③巡查视频画面情况，做好相关记录和数据统计；④发现问题及时向工作人员反映，及时解决。