高玉　張瑋　邢紅霞

摘要：隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，視頻編碼技術(shù)在視頻監(jiān)控中的作用越來越重要，它對視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的圖像質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬、系統(tǒng)間的互聯(lián)互通、資源共享等很多方面都具有十分重要的作用。文章主要介紹了高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)成，并對高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)編碼技術(shù)方案選擇等進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；綜合視頻監(jiān)控；視頻編碼技術(shù)

1.研究背景

視頻監(jiān)控對于安全防范具有非常重要的作用，它的防范能力較強，采用視頻監(jiān)控技術(shù)可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，并將被監(jiān)控的畫面以錄像的形式進(jìn)行存儲，這樣方便事后進(jìn)行查看和回放。隨著鐵路的快速發(fā)展，為了滿足高速鐵路經(jīng)營管理和客貨營銷等管理需求，并方便相關(guān)部門對高速鐵路的車站和線路行車情況進(jìn)行實時監(jiān)控，高速鐵路部門大多數(shù)應(yīng)用了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，促進(jìn)了鐵路業(yè)務(wù)的正?；⒔】蛋l(fā)展。視頻編碼技術(shù)作為高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展，保證了視頻監(jiān)控中的圖像質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)傳輸寬帶。

2.高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)成

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括：視頻節(jié)點（視頻核心節(jié)點、視頻區(qū)域節(jié)點、視頻接入節(jié)點）、視頻采集點、視頻網(wǎng)絡(luò)和用戶終端，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1視頻節(jié)點

（1）視頻核心節(jié)點。視頻核心節(jié)點設(shè)在鐵道部，具有視頻分發(fā)、存儲、系統(tǒng)管理、認(rèn)證授權(quán)、信令控制、GIS服務(wù)和與其他系統(tǒng)互聯(lián)等功能。

（2）視頻區(qū)域節(jié)點。視頻區(qū)域節(jié)點設(shè)置于鐵路局和客專調(diào)度所，作為系統(tǒng)的主要管理機構(gòu)，具有視頻分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、系統(tǒng)管理、認(rèn)證授權(quán)、信令控制、GIS服務(wù)和與其他系統(tǒng)互聯(lián)等功能。

（3）視頻接入節(jié)點。視頻接入節(jié)點分為2類：I類視頻接入節(jié)點和II類視頻接入節(jié)點。

I類視頻接入節(jié)點根據(jù)采集點的數(shù)量選擇大型客運站、編組站或段所在地，具有視頻接入、視頻分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、視頻分析、系統(tǒng)管理、認(rèn)證授權(quán)、信令控制、GIS服務(wù)和與其他系統(tǒng)互聯(lián)等主要功能。

II類視頻接入節(jié)點設(shè)置在采集點較集中且具有傳輸條件的點和沿線部分車站，具有對采集點的視頻匯聚及上傳、存儲、調(diào)用等功能。

2.2視頻采集點

根據(jù)安全、管理、防災(zāi)等要求，視頻采集點設(shè)置在鐵路車站、段所及沿線區(qū)間的重點場所和區(qū)域，通過前端監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn)對監(jiān)控對象的監(jiān)控，生成的視頻圖像可以在現(xiàn)場進(jìn)行原始模擬圖像的編解碼，也可以通過視頻網(wǎng)絡(luò)傳送到視頻接入節(jié)點進(jìn)行編解碼。

2.3視頻網(wǎng)絡(luò)

視頻網(wǎng)絡(luò)包含了視頻接入和視頻傳輸，主要完成視頻信號從視頻和相關(guān)控制信息由采集點傳到視頻節(jié)點、用戶監(jiān)視終端和視頻接入節(jié)點傳到視頻區(qū)域節(jié)點/視頻核心節(jié)點的功能。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成可采用SDH網(wǎng)、MSTP、有線（光纜、電纜）或無線等方式接入。

2.4用戶終端

用戶終端包括鐵道部、鐵路局/客專調(diào)度所和站段級用戶的監(jiān)控/顯示終端，各級用戶按業(yè)務(wù)部門可分為調(diào)度、公安、安監(jiān)、車務(wù)、機務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛、客運、貨運、供電等。各類用戶終端可以根據(jù)業(yè)務(wù)范圍和使用權(quán)限對系統(tǒng)內(nèi)的視頻資源進(jìn)行訪問和控制操作。

3.高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)編碼技術(shù)方案選擇

編碼器主要負(fù)責(zé)把多路模擬的視頻、音頻信號（如攝像機、麥克風(fēng)、音箱等視音頻源信號）進(jìn)行數(shù)字化和壓縮編碼，形成IP數(shù)據(jù)包，利用網(wǎng)絡(luò)傳送到指定的目的地址。視頻壓縮編碼主要是對模擬視頻圖像進(jìn)行數(shù)字化，并將含有大量冗余信息的數(shù)字視頻進(jìn)行壓縮、編碼，壓縮、編碼之后方便遠(yuǎn)程傳輸和儲存。視頻壓縮編碼作為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的核心技術(shù)之一，其編碼質(zhì)量直接影響視頻的傳輸、存儲和播放等相關(guān)環(huán)節(jié)。

近年來，隨著視頻編碼技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了AVS，MPEG-4，H.264，MPEG-2，H.263，MPEG-1，H.261等相關(guān)技術(shù)，其中H.264和MPEG-4技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛，因為這兩項技術(shù)具有靈活性高和壓縮效率高等優(yōu)點，當(dāng)前在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中這兩項技術(shù)的應(yīng)用也最為廣泛。對于用戶來說，選擇視頻壓縮編碼技術(shù)主要考慮價格、穩(wěn)定性、存儲量帶寬及清晰度等幾方面的因素。

由于MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前已經(jīng)十分成熟，其發(fā)布較早，并且已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展規(guī)模，因此，其性價比較高、內(nèi)容也十分豐富，同時算法比較簡單，但是和H.264相比，其編碼效率不高，并且占用較多的寬帶，對網(wǎng)絡(luò)的要求也較高。

H.264技術(shù)也具有自身的優(yōu)勢，并且在很多領(lǐng)域都得到了突破性的進(jìn)展，使其整體性能顯著提升，編碼效率高，并且顯著降低了存儲的容量，對碼率和分辨率的要求不高，在不同分辨率、不同碼率下都能獲得較好的視頻觀看質(zhì)量，采用“網(wǎng)絡(luò)友善”的結(jié)構(gòu)和語法，提高了對網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，降低了傳輸過程中對網(wǎng)絡(luò)寬帶的要求。經(jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，提高了視頻的清晰度，降低了視頻傳輸過程中對網(wǎng)絡(luò)的要求，提高了視頻傳輸?shù)姆€(wěn)定性，正是由于這些優(yōu)點H.264已成為高清視頻壓縮技術(shù)中的主流技術(shù)。

由于高速鐵路中的視頻監(jiān)控點位路數(shù)較多，并且要求實施對視頻監(jiān)控錄像進(jìn)行觀看，對畫面的質(zhì)量也有較高的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)實時圖像的多級轉(zhuǎn)發(fā)和分發(fā)等功能，這就對編碼技術(shù)提出了更高的要求，要求其圖像質(zhì)量更加優(yōu)秀，編碼效率較高，并且適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。因此，在采用以MPEG-4，H.264為主的壓縮編碼格式，能夠滿足高速鐵路視頻監(jiān)控的需求。

4.結(jié)語

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)目前已成為高速鐵路安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，隨著高清視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，全數(shù)字化、高清化、智能化的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)為滿足鐵路視頻資源網(wǎng)絡(luò)化傳輸、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的需求，全網(wǎng)應(yīng)選用適合的編解碼技術(shù)，從而充分利用有限的傳輸資源，獲得更好的圖像質(zhì)量，為整網(wǎng)帶來較高性價比。