秦 勇 彭懷軍 祝凌曦

（北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044）

隨著鐵路的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在鐵路運輸指揮、生產(chǎn)作業(yè)、公安保衛(wèi)等領域廣泛運用，并逐漸成為鐵路安全生產(chǎn)、提高效率、強化管理的重要技術(shù)支撐。特別是鐵路客運專線網(wǎng)絡、煤運通道、西部鐵路建設的不斷推進，既有鐵路技術(shù)改造的加快，視頻監(jiān)控的重要性、廣泛性以及共享性得到進一步強化。目前，鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設由各級各業(yè)務部門分別進行建設，在建設標準、技術(shù)體制和運用質(zhì)量等方面都存在著差異，無法實現(xiàn)圖像資源的有效共享，不能充分發(fā)揮綜合視頻監(jiān)控的全面優(yōu)勢。

為了鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)范建設和可持續(xù)發(fā)展的需要，滿足既有視頻系統(tǒng)間的視頻共享，設計并實現(xiàn)了鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱“視頻系統(tǒng)”）互聯(lián)互通平臺，達到異構(gòu)視頻系統(tǒng)的互聯(lián)和視頻共享的目的。

1 互聯(lián)互通平臺的框架結(jié)構(gòu)

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻核心節(jié)點、視頻區(qū)域節(jié)點和視頻接入節(jié)點3類視頻節(jié)點組成。視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺通過對視頻節(jié)點中相關單元功能的實現(xiàn)，提供對所轄范圍的用戶和設備進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，用戶跨區(qū)域訪問的認證、鑒權(quán)，視頻訪問信令的多級交換和視頻數(shù)據(jù)的跨域轉(zhuǎn)發(fā)等關鍵功能，最終完成異構(gòu)視頻系統(tǒng)之間互聯(lián)和視頻共享。

視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺的功能模塊包括認證授權(quán)單元（AA）、接入網(wǎng)關單元（AGU）、目錄服務單元（DSU）、信令控制單元（SCU）、數(shù)據(jù)分發(fā)單元（DDU）和視頻系統(tǒng)代理（SA），組成如圖1所示。

視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通功能是通過區(qū)域節(jié)點中的AA、AGU、DSU、DDU和SCU 5個功能單元來完成。AA、SCU和DDU交互完成不同視頻系統(tǒng)中視頻資源訪問的信令和數(shù)據(jù)交換，通過AA和AGU來完成系統(tǒng)的管理、維護、注冊、認證和鑒權(quán)等工作。

SA設置在視頻系統(tǒng)中，用來完成區(qū)域節(jié)點和視頻系統(tǒng)之間的信息交互，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)的互聯(lián)互通。SA要向區(qū)域節(jié)點上報收集到視頻系統(tǒng)內(nèi)的資源信息，要完成區(qū)域節(jié)點和視頻系統(tǒng)的信令交換，向區(qū)域節(jié)點的DDU轉(zhuǎn)發(fā)視頻系統(tǒng)內(nèi)的視頻相關數(shù)據(jù)信息。

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個包括核心節(jié)點、區(qū)域節(jié)點和接入節(jié)點的多級視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以進行從上至下的視頻監(jiān)控。多級節(jié)點間的互聯(lián)互通關系可用圖2表示。

核心節(jié)點與區(qū)域節(jié)點之間通過SCU、DDU和DSU完成信令和視頻等數(shù)據(jù)信息的交換。區(qū)域節(jié)點SCU、DDU和AGU與接入節(jié)點SA完成信令和視頻等數(shù)據(jù)信息的交換。

2 互聯(lián)互通平臺的實現(xiàn)

視頻系統(tǒng)的互聯(lián)互通主要通過相應的功能單元實現(xiàn)，各模塊具體功能如下。

2.1 認證授權(quán)單元

具有對所轄范圍的視頻用戶接入的訪問認證和鑒權(quán)功能，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)用戶終端（以下簡稱“視頻終端”）訪問鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)時的單點登錄和統(tǒng)一認證。

2.2 接入網(wǎng)關單元

（1）具有編碼標準化和通信協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他應用系統(tǒng)間的信息交互。

（2）對既有視頻系統(tǒng)的接入進行控制協(xié)議轉(zhuǎn)換和圖像調(diào)用。

2.3 目錄服務單元

（1）以目錄的形式統(tǒng)一存儲用戶、視頻資源等信息，提供用戶信息和目錄信息服務。

（2）對系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)、用戶詳細信息、資源及狀態(tài)信息、系統(tǒng)日志和告警信息等數(shù)據(jù)進行存儲。

（3）提供管理服務，對鐵路視頻系統(tǒng)的用戶信息、視頻資源以及系統(tǒng)內(nèi)部各服務器進行管理和控制。管理服務具有下列功能。

1）統(tǒng)一管理維護視頻用戶信息，主要包括編碼信息、個人基礎信息和分類角色信息等。

2）管理維護用戶視頻資源訪問權(quán)限，為用戶角色分配視頻資源訪問列表，賦予視頻資源訪問的功能權(quán)限。

3）管理視頻資源詳細信息，包括攝像機編號、位置、廠商、型號、編碼格式和所屬系統(tǒng)等。

2.4 數(shù)據(jù)分發(fā)單元

（1）具備建立各類信息轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸通道，監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顩r，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂频裙δ堋?/p>

（2）為視頻用戶或節(jié)點間的視頻訪問提供實時視頻數(shù)據(jù)、云鏡控制命令、歷史視頻數(shù)據(jù)和控制命令、報警信息等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（3）具有視頻數(shù)據(jù)復制與分發(fā)功能，滿足多個視頻用戶同時請求同一路實時視頻資源的要求。

2.5 信令控制單元

（1）為視頻用戶訪問提供標準信令控制與交換服務，采用SIP協(xié)議，遵循RFC3621標準。

（2）支持4類視頻訪問信令：實時視頻訪問信令、云鏡控制信令、歷史圖像資源調(diào)用信令和報警信息獲取信令。

（3）具有統(tǒng)一的視頻訪問信令接入功能，實現(xiàn)視頻資源的定位與多級節(jié)點的信令交換。

（4）具有視頻訪問資源授權(quán)與能力協(xié)商功能。（5）應實現(xiàn)與既有視頻系統(tǒng)間的視頻訪問控制信令傳遞與處理。

2.6 視頻系統(tǒng)代理

SA應滿足下列功能要求。

（1）自注冊功能：啟動時主動發(fā)送信息，到指定的區(qū)域節(jié)點注冊。

（2）目錄資源上報功能：匯總視頻系統(tǒng)的視頻資源，向區(qū)域節(jié)點上報。

（3）信令接收與處理功能：接收并處理區(qū)域節(jié)點SCU的實時視頻訪問、云鏡控制、歷史圖像訪問、報警信息預約與獲取等信令，并返回處理結(jié)果。

（4）媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能：將請求成功的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給區(qū)域節(jié)點的DDU。

3 關鍵技術(shù)介紹

3.1 視頻資源信息的統(tǒng)一管理

按照鐵路視頻相關的組織結(jié)構(gòu)關系對各視頻系統(tǒng)的視頻資源信息進行統(tǒng)一管理。各視頻系統(tǒng)需上報的視頻資源信息，由SA匯總后向SCU發(fā)送。SA在系統(tǒng)初始配置并注冊成功后，上報整個視頻系統(tǒng)的視頻資源信息，視頻資源信息發(fā)生變化時，上報更新信息。

視頻資源上報的信息存入本節(jié)點目錄服務單元，如果是區(qū)域節(jié)點再通過復制的方式向核心節(jié)點復制，實現(xiàn)視頻資源統(tǒng)一管理。

視頻資源按照規(guī)定的原則進行統(tǒng)一編碼，便于管理和維護，也利于視頻訪問過程資源定位、信令交換和處理。

3.2 用戶的權(quán)限分配和認證鑒權(quán)

通過目錄服務單元的管理功能，對視頻用戶進行全路范圍的視頻資源訪問權(quán)限管理。資源訪問權(quán)限分4類功能權(quán)限：實時視頻瀏覽、錄像回放、云鏡控制和告警信息。目錄服務單元通過目錄存儲的內(nèi)容來實現(xiàn)用戶資源權(quán)限的管理，相關的內(nèi)容包括用戶、角色、視頻資源和功能權(quán)限。權(quán)限管理模型如圖3所示。

視頻用戶也按照規(guī)定的原則進行統(tǒng)一編碼，根據(jù)用戶編碼可以通過AA快速定位用戶所屬的節(jié)點，獲取用戶信息，實現(xiàn)登錄認證和權(quán)限的鑒別。用戶登錄完成后，由AA生成視頻資源訪問列表，視頻終端根據(jù)資源訪問列表進行視頻資源訪問權(quán)限的控制。

3.3 信令交換的實現(xiàn)

視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺進行視頻數(shù)據(jù)信息傳輸時，傳輸過程應遵循本標準要求及TCP/IP協(xié)議簇標準所規(guī)定的通信協(xié)議，通信協(xié)議的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

系統(tǒng)建立兩個邏輯傳輸通道：信令通道和數(shù)據(jù)通道。信令通道用于建立會話并傳輸控制命令；數(shù)據(jù)通道用于傳輸視音頻數(shù)據(jù)。

信令通道采用SIP協(xié)議（RFC3621）。主要功能如下。

（1）統(tǒng)一視頻訪問信令接入。

（2）實現(xiàn)視頻資源的定位與多級結(jié)構(gòu)的信令交換。

（3）資源授權(quán)與能力協(xié)商。

（4）與視頻系統(tǒng)間的信令傳遞與處理。

SIP協(xié)議中需要承載SIP標準之外的內(nèi)容，采用XML來擴展。

根據(jù)RFC3621 SIP規(guī)范，通信流程如圖5所示。

視頻訪問信令包括4類：實時視頻訪問信令、云鏡控制信令、歷史圖像資源調(diào)用信令和報警信息獲取信令。

4 總結(jié)

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺技術(shù)先進、實用可靠，整合了既有視頻監(jiān)控資源，做到合理布局、互聯(lián)互通、資源共享，滿足異構(gòu)視頻系統(tǒng)互聯(lián)互通和視頻共享的需要，適用于全國鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設。目前此平臺已通過鐵道部質(zhì)檢中心組織的鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的公開測試，實現(xiàn)了與參與視頻功能測試的12家視頻廠商系統(tǒng)的互聯(lián)互通，是全路目前唯一通過測試的視頻節(jié)點互聯(lián)互通設備。

[1]鐵道部運輸局 運基通信[2008]630號.鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）[S].

[2]鐵道部.鐵路圖像通信設計規(guī)范（報批稿）[S].

[3]鐵道部.鐵路車務視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)條件（報批稿）[S].

[4]中國電信集團 中國電信[2006]178號.中國電信網(wǎng)絡視頻監(jiān)控業(yè)務技術(shù)規(guī)范（V2.0）[S].

[5] GA/T 669《城市監(jiān)控報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)標準》第五部分：信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求[S].

[6] Rosenberg J，Schulzrinne H，Camanilo G.SIP：Session Initiation Protocol；IETF RFC326 1，[S].

[7] Camarillo G.SIP揭密[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[8]凌慶華.基于SIP的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程，2007，33（2）：261-263.