浅谈高速公路光纤数字视频传输管理平台技术的应用

摘要：高速公路监控视频传输技术经历了模拟传输、数字非压缩传输、网络数字化视频传输等阶段。随着联网监控以及信息开放需求的提出，高速公路对于监控视频流的需求也趋于多样化。在传输组网上，视频传输从简单点对点传输向全光无损信号传输、多级管理的平台系统发展。

关键词：联网监控；传输与交换；视频流；多级管理平台

中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 09-0000-02

一、高速公路监控业务的特点

高速公路监控视频主要由收费站监控图像、外场道路及隧道监控图像构成。收费站监控视频包括车道、广场、收费亭等图像，一般直接传送收费管理所，距离近图像多，业务丰富是它的特点。外场道路及隧道的监控环境比较复杂，需要在互通、重点路段、隧道内以及在高速公路主线上按设计要求设置各类监控点。各监控点的图像、云台控制等信号一般先传送到就近的收费管理所，再经通信系统传送到监控分中心。因此外场监控视频传输的特点具有传输距离远、传输容量大、图像质量要求高、数据信号种类多、需要多级控制等。

二、高速公路监控视频传输技术的发展

高速公路监控视频传输经过多年的发展与技术积累，取得了很大的成绩。经历了从早期的利用光端机直接传输模拟和数字非压缩视频，到利用通信系统的E1或IP接口传输各类编码格式的视频图像。目前监控视频传输系统主要以视频光端机+矩阵交换的模式和压缩视频编码IP传输模式为主，这种技术在各路段监控系统中被大量采用。随着视频联网监控的提出，国内几个主流视频传输设备生产厂家又推出了集传输和交换于一体的多级监控管理平台产品。

（一）模拟视频图像传输方式

早期高速公路中的监控图像传输方式主要是采用点对点的传输方式，利用点对点模拟式光端机将视频信号转换成光信号，每一路外场监控、收费图像通过一芯光纤传输。此方式存在调制信号线性失真、传输距离短，组网方式不灵活，不适应多级联网。设备基本无网管功能，系统后期维护较为复杂。

由于以上模拟视频光端机存在的缺陷，随着高速公路监控、收费系统图像及数据业务的增多，特别是高速公路联网监控及联网收费的逐步实施，此种技术已不满足目前高速公路的日常业务需求。

（二）数字非压缩传输方式

全数字节点式光端机是一种新型的光纤传输系统，视频信号采用数字方式进行调制、编码和压缩。通常使用2芯光纤将各节点连接形成环网、链网拓扑结构，视频图像和音频、以太网数据等信号可以在任意节点接入。节点式光端机采用数字时分复用（TDM）和光纤粗波分复用技术（CWDM）相结合，将视频图像及数据信号通过模数转换成数字信号通过光端机在光纤上进行多路复用传输。

数字化的监控图像避免了传输过程中的非线性失真，图像质量较好，且多路图像可复用进一芯光纤传输，提高光纤利用率，节约了光纤资源，采用节点光端机级联式组网方式，可实现多节点无损中继传输。但其仍需要编码器、视频矩阵及视频分配器等设备，网络结构较为复杂，且其数字非压缩协议各厂家无法兼容互通，无法广域联网，系统网管功能有一定局限性。

（三）网络数字化编码视频传输技术

近年来出现的视频编解码器是通过现有通信系统接口及通道传输视频信号的设备，其传输的图像质量主要取决于通信系统提供的接口和带宽。视频编解码器根据视频接口形式可分为E1接口和IP接口。通过以太网接口传输视频信号，俗称网络视频服务器。通常是使用SDH等通信系统接口外加网桥设备提供的以太网接口传输经编码器压缩、编码的视频信号，编码方式通常采用MPEG-2、MPEG-4、H.264等几种。

网络数字化编码技术采用高压缩比算法对视频图像进行压缩、编码，使视频图像以IP流形式存在。摄像机出来模拟视频流经过H.264编码设备压缩编码成高码流与低码流，高码流视频图像用于监控屏或监视器进行实时查看，低码流直接在存储设备实现数字化存储。IP视频流利用IP OVER SDH技术实现在高速公路通信专网内传输。省去视频切换矩阵及视频分配器等模拟视频设备，可通过管理软件实现视频操作网络化（如组播和软矩阵切换），可通过流媒体服务器实现视频图像面向公众服务。通过SNMP（网络管理协议）实现对全网内个视频节点信号及设备的管理。

在实际应用中，数字网络化编码图像传输方式还存在一下问题需解决：编码后的数字视频图像以IP流在通信专网内传输，对通信系统的带宽占用较多，易引起网络风暴，造成通信系统瘫痪；为了保证视频的实时性采用UDP协议传送视频流，当网络繁忙时可能出现UDP包数据丢失，造成解压时出现马赛克现象；由于以太网的突发特征，当一个以太网中数字视频流过多时，会造成以太网交换机的负载急剧增加，网络速度变得很慢，影响其他数据的正常交换，严重时会造成网络瘫痪。

三、光纤数字视频传输管理平台技术的应用

（一）光纤数字传输管理平台系统的构成及特点

光纤数字传输管理平台系统由核心交换平台和远端接入设备组成。核心交换平台是系统内各级业务信号的汇集、切换的中枢和物理承载平台。它由19”8/12U机框、高速背板、核心交换单元、网管盘、电源模块等及部分组成，采用成熟先进的电信级以太网交换架构，单子架96G高速交换背板容量。交换平台采用功能盘和接口盘分离式结构设计，有源功能盘集中在机框前部、无源接口盘集中在机框后部，接线在机框后方操作、维护替换在机框前方进行，提高了工程开通和维护的便捷性。

远端接入设备分为非压缩视频接入模块和压缩视频接入模块。采用高速光传输技术，可根据实际需要组建星形、环形网络拓扑结构，实现多路非压缩视频、压缩视频、控制数据和多路辅助业务的接入传输。

光纤数字视频传输管理平台技术取代了传统方案中的各级视频光端机、视频编解码器、模拟视频矩阵、视频分配器等设备。系统集成度高、及接入、传输、调度、管理于一体，简化了系统结构、减少了线缆数量和中间环节，降低了系统建设成本、减少了故障点，更为用户的施工和后期维护带来方便，在多级大型联网项目中尤为明显。光纤数字视频传输系统的管理模式、强大的后台软件功能，可以轻松的实现设备管理、故障检测、视频管理、存储管理、报警联动、用户管理等多种功能。

（二）目前高速公路视频传输采用光纤数字传输管理平台方式，与传统点对点光端机加矩阵的传输方式对比，主要优势有

1.组网方式简单。采用数字视频平台后网络结构更为简单，省去了点对点方案涉及的包括光端机、矩阵、视频分配器、硬盘录像机、编解码器等设备，整个网络只包括视频传输设备和视频存储设备，后端网管可对所有视频设备进行管理，故障定位可具体到设备的端口，对后期运营管理创造便利条件。

2.多业务传输平台。数字视频传输平台除了对视频的传输，另外可以负责多种业务的传输通道，包括外场数据业务、语音业务、报警业务、广播业务等，充分利用传输通道，实现多业务平台传输。

3.便于联网。数字视频传输平台方案实现基于通信系统的传输，提高视频的传输距离，并大大增加了系统的可靠性。同时采用数字视频的传输方案可实现与省联网中心的联网，后期联网的工作简化得多，只需在联网监控中心增加视频传输平台设备即可，而原始方案还需要对分中心矩阵的输出视频进行编解码传输处理，图像经过多次处理后损耗比较大。

4.先进的存储模式。数字视频传输方案采用双码流设计，高速率码流用于广播级图像监控，低速率视频码流则可应用于视频存储。视频存储采用服务器、磁盘阵列的存储方式，这种方式将所有外场图像经过视频压缩后直接存储。服务器的计算处理速度远远高于硬盘录像机的存储计算能力，同时磁盘阵列存储支持RAID的保护机制，大大提高数据的可靠性，即使数据丢失也能恢复。同时视频服务器的存储便于视频的联网，可实现数据的快速调用。

5.系统调用与管理更为方便。数字视频传输方案结合智能监控系统管理平台软件、存储系统平台软件、流媒体转发系统平台软件，可实现设备统一配置、维护和管理，实现用户分级管理、高视频码流调用、低码率视频存储和数字软矩阵功能等。采用客户端的管理方式，客户通过终端上的软件进行管理，相对矩阵的控制方式更为灵活方便。视频控制软件除了支持硬件矩阵的功能外，还可实现视频轮询、视频灵活分组、按桩号地址显示等操作。

（三）光纤数字传输管理平台在实际应用中依照高速公路机电管理模式，采用分层结构化设计，为高速公路监控视频提供完整的专业级解决方案

整个管理平台在逻辑上可以分为三级：省中心、路段中心、收费站/隧道所，各级之间通过光纤连接形成星形、联形、树形、环形获混合型等网络拓扑结构。也可以利用已有的SDH、RPR、ASON等通信网络互联组网。实现视频调度、存储、事件检测、分发等功能。

视频调度子系统：由管理服务器、管理客户端和控制键盘组成。完成音视频数据的监控调度、IP矩阵配置管理、OSD字符叠加、PTZ控制等功能。

视频存储子系统：由海量存储设备、存储管理服务器和检索回放客户端组成。完成音视频媒体数据的存储、管理、检索回放等功能。

视频事件检测：由嵌入式事件检测器、事件检测客户端软件组成。核心部件事件检测器将视频图像分析处理后所得的数据通过TCP/IP网络上传至客户端。由客户端软件负责显示实时交通信息、交通事件报警、区域设定以及设备管理等。

视频分发：由视频分发服务器和视频显示控制客户端组成。完成对音视频数据的管理、在线实时浏览和控制等功能。

管理平台采用千兆以太网交换技术和高速数字背板技术，用户可方便的对各监控中心和收费站/隧道所视音频及辅助信号进行任意切换控制，从而实现分布式数字矩阵功能。收费亭、车道、收费广场、道路和隧道内的视音频信号可以通过星形、联形、树形、环形光网络传输设备接入到就近的收费站/隧道所。收费站/隧道所可在本地进行调度、存储、控制，同时这些信号也根据需要传送到上级监控中心，并由上级监控中心按权限进行管控。另外，管理平台还支持包括视频、音频、异步数据以及对讲等在内的与高速公路视频监控相关的各种业务信号。

四、结束语

光纤数字传输管理平台实现了前端---监控分中心---监控中心的无缝连接，做到的监控视频的任意传输切换，解决了监控系统传输图像数量多，多级转换和重复编码等问题。

随着高速公路监控业务要求的不断提高，视频传输管理平台应在开放性、扩展性以及应用要求的个性化服务方面不断完善。管理平台系统应能够提供开放的接口和二次开发能力，以保障后期系统改造加入高清图像、智能分析等功能的实现。光纤数字视频传输管理平台技术是高速公路监控视频技术发展的必然趋势。

参考文献：

[1]张智勇,朱立伟.高速公路机电系统新技术及应用[M].人民交通出版社,2008,5

[2]金忠富,刘亚玲.全光无损视频传输系统在黄衢高速公路的应用[J].中国交通信息化（电子版），2011,12:96-98

推荐访问： 浅谈 管理平台 光纤 高速公路 传输