重庆高速公路编解码视频监控系统设计方案与技术规范Word文档下载推荐.docx
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东北部和东南部区域由四级结构组成，第一级为重庆市监控总中心，第二级为区域监控中心，第三级为监控管理站，第四级为监控外场设备节点站。
监控系统网络总体结构中的各级均由局域网构成。
在监控总中心、区域监控中心、公司监控中心及监控管理站内设置有服务器、交通监控、视频监控等工作站、打印机、电视墙和／或大屏幕投影等设备。
外场设备节点站设置以太网交换机，各外场设备均通过光缆或电缆接入交换机后，经通信系统上传至公司监控中心或监控管理站。
视频图像则直接接入通信站，经通信系统上传。
各级局域网之间通过通信系统提供的传输平台组成广域网。
2.2.图像监控和管理的具体要求
对于视频图像，重庆高速公路视频系统采用监控图像与收费图像共同传输方式，采用弹性分组环（RPR）技术与多业务传输平台（MSTP）技术相结合的方式。
所有图像均为数字化，由各级监控和收费系统中的视频传输管理器通过以太网交换机实现控制和切换调用。
2.2.1.中西部区域
在中西部区域采用弹性分组环（RPR）技术，将重庆市监控总中心与所管辖路网内6个公司监控中心共同组成RPR环网，环网上开通120路图像传输通道。
图像传输通道可动态分配。
此外，监控总中心在从各公司调用图像时，至少应为路公司监控下属收费站业务保留8路图像传输通道。
对于渝涪、成渝、渝遂和渝邻公司，在本公司所管辖的路段上组建RPR环网，将所有监控系统和收费系统的摄像机通过通信站接入通信系统的RPR环网。
暂定RPR环网上提供64路可动态分配的图像传输通道。
对于1＃公司，需建设3个RPR环网；
在5＃公司中，外环路和渝武路分别组成RPR环网，渝泸段则需另外组成RPR环网并通过骨干RPR环网与5＃公司连接。
2.2.2.东北部和东南部区域
在东北部和东南部区域，监控管理站有图像调用和控制的最高优先权。
在各监控管理站，按其管辖范围分别组建RPR环网，监控系统和收费系统的摄像机均接入相应的环网中，暂定RPR环网提供64路图像传输通道，监控系统有优先使用56路图像传输通道的权利，另外8路图像传输通道则由收费系统优先使用。
图像上传也可采用事件触发的方式。
视频图像可在外场设备节点站或收费站本地录像。
区域监控中心可从各监控管理站控制和调用32路图像；
重庆市监控总中心可从区域监控中心控制和调用32路图像。
由于东北部区域有3个公司，每个公司收费中心还可从监控管理站控制和调用8～32路图像。
2.3.编码器、解码器配置原则
为了顺应重庆市高速公路建设和管理的需要，同时降低建设和管理运营的费用，结合基本网络情况，编解码器配置采用多编少解的原则。
解码器的配置原则：
根据中心显示设备的数量，基本按显示设备和解码器比例1:
1配置。
编码器的配置原则：
根据每各路段需要监控的图像的数量，基本按摄像机和编码其1:
1比例配置。
3系统整体功能需求
1、对系统中的所有图像进行集中控制，集中管理。
各级监控系统需具有技术方案统一性，与其他系统协作工作时具备结构开放性；
2、系统中各级中心可以依照权限调用任意一路监控图像，在图像调用过程中各中心相互独立，互不干扰，即各中心调用图像时，不受其他中心调用图像的影响，允许多个中心同时调用同一路图像，同时依照权限判定对图像进行操作；
3、任何图像以任何方式调用均只经过一次编码和解码，不允许出现再编再解的情况；
4、利用软件管理系统可以直接调用任意编码器的视频画面到监控中心进行监控；
利用软件管理系统可以调用任意编码器的监控视频到指定的数字视频存储系统进行存储。
5、系统需要具备报警联动功能，当有报警事件发生时，能够按照预案自动切换和调度图像，存储图像。
系统支持对各种事件设置处理预案，提高对各类事件的处理速度；
6、系统中一个中心发生故障时，不对其他中心造成任何影响，同时可以通过其他中心实现应急中心的功能，能够实现移动中心的功能；
7、系统提供多种控制优先级供用户选择和定义，满足各种情况下各中心对摄像机的独立和并发控制要求；
8、系统支持图像软解码，支持在PC桌面显示监控图像；
9、所有编解码器必须按照本设计方案提出的标准进行编码和封装，用以实现不同厂家的编码器之间可以互编、互解；
10、所有编解码器必须依照本设计方案提出的控制标准对编解码器进行控制；
使得软件系统能够方便的对不同厂家的编码器和解码器进行控制；
4设备性能指标要求
4.1.模拟视频指标
项目
技术要求
视频输出幅度（17）（mV）P-P
700±
20
行同步幅度（17）（mV）P-P
300±
9
色同步幅度（17）（mV）P-P
幅度特性（sinx/x）（dB）
≦4.8MHz
≦0.5,≧－0.5
5.0
≦0.5，≧－1.0
5.5
≦0.5，≧－2
K因子（17）（％）
2T
≦3
亮度非线性（330）（％）
DG（330）（%）
±
2
DP（330）（）
色亮增益不等（17）（％）
3
色亮时延不等（17）（%）
S/N加权值
≦－58
行同步前沿抖动（17）（ns）P-P
≦10
4.2.模拟音频指标
幅频
响应
60Hz～
18KHz
L
R
谐波
失真
≦0.5
S/N
≧70
左右声道串扰
L>
R
≦－70
R>
L
左右声道电平差
0.5
左右声道相位差
5
4.3.视频编码参数
视频格式
ISO/IEC13818MPEG-24:
2:
0MP@ML
系统层
TS
TS码速率
1.5~15Mbps可调
视频制式
支持NTSC、PAL
D1、HD1、SIF、QSIF可选
帧结构
I、IP、IBP、IBBP可选
帧速率
25Hz、30Hz可选
图像分辨率
720×
480（NTSC）、720×
576（PAL），向下兼容
4.4.音频编码参数
音频格式
MPEG-1/2可选
音频路数
两个单声道、一路立体声
音频压缩码率
64～384Kbps
4.5.业务接口
视频输入接口
模拟复合视频（CVBS）接口
模拟Y/C分量视频（S-Video）接口
音频输入接口
模拟平衡或非平衡音频接口
支持1路立体声，或2个单声道
信号输出接口
IP输出接口（100M）RJ45
网管接口
100/10Base-T以太网接口RJ45
控制接口
RS232/485/422
4.6.功能要求
发送方式
单播，组播
组播协议
IGMPv2
TS流包长
188
IP打包方式
UDP（TS数目可以自由设定）
设备控制协议
SNMP
5视频传输管理软件的功能要求
视频传输管理软件同监控系统软件一样统一采用C/S架构，各中心视频传输管理器全部通过SNMP协议对编解码器设备进行控制。
视频传输管理软件要求与编解码器参数配置软件独立开来。
对设备本身参数的各项设置由各个编解码器厂家提供的控制软件完成，视频传输管理软件只对包括设备IP地址、发送和接收地址等在内的部分参数进行配置和修改。
这样做既方便了控制管理、又防止了误操作，同时也大大降低了软件的集成难度。
通过视频传输管理软件主要实现以下功能：
5.1用户管理与权限配置
视频传输管理软件可以依照用户的需求随意添加监控总中心、各区域监控中心、各道路监控中心、各监控站。
每级监控中心和监控站下可以任意的添加摄像机（每个摄像机对应1台编码器）和监视器（每个监视器对应1台解码器）。
可以对摄像机和监视器进行分组，能够定义和修改摄像机、监视器和组的名称。
各级中心以、监控站以及所属的摄像机和监视器需要以树形列表的方式显示。
能够添加和删除用户，能够定义用户的权限。
可以随意定义该用户可以观看的图像，可以定义到每台摄像机和监视器能否被该用户使用。
能够定义用户的性质为操作员还是观察员，操作员可以执行可管理图像范围内的全部操作，观察员只能够软解码观看图像和软解码图像切换。
用户登录时，系统软件采用所见即为所能够操作的原则，界面上只显示用户能够观看和操作的各级中心、监控站和设备，界面上只显示用户能够使用的操作项，该用户没有被赋予的操作项为不可见。
5.2设备参数配置和管理
可以设定每一台摄像机（编码其）和监视器（解码器）的设备IP地址、组播发送IP地址、组播接收IP地址、设备端口号。
可以添加、删除和修改设备的参数，可以定义设备的名称、可以对设备的属性进行描述。
5.3图像的切换与调度
该软件需要实现手动切换、方案切换和组切换（轮询）功能。
能够使前端任意一路图像在任意一台或多台显示器上播出。
手动切换。
采用拖曳的方式，将前端任意一台摄像机拖曳到监视器上，达到切换的目的。
方案切换。
手动切换对于小规模的图像切换比较灵活，但是对于需要大规模图像切换的情况操作起来比较麻烦。
因此该软件需要具备方案切换的功能，所谓的方案就是用户预先定义多个摄像机和监视器之间的关系，用户只需要点击1下制作的方案，监视器就自动按照方案定义的对应关系瞬间完成多个监视器的图像切换。
用户可以按照需要制作多个方案，可以对方案进行添加、修改、删除和命名等操作。
组切换即轮训功能。
每个组可以包含多个方案，可以定义各个方案之间的间隔时间，用户只需要点击1下制作的组，系统就能够按照预先的定义，按照用户定义的时间间隔，在各个方案之间轮询切换。
用户可以按照需要制作多个组，，可以对组进行添加、修改、删除和命名等操作。
5.4摄像机和云台的控制
编码器上需要具备RS232/485接口，摄像机控制信号通过该接口进行传输，视频传输管理软件上，操作员可以对前端的摄像机或云台进行控制。
能够对该摄像机或快球具备的所有功能进行集成和操作。
操作员可以在软解码界面上对应着图像进行摄像机和云台控制。
5.5软解码监视和控制
该软件需要具备软解码观看功能，最多支持4画面MPEG-2每画面720*576分辨率。
软解码每个画面相当于1个监视器，需要支持手动、方案切换和组切换功能。
5.6优先级判定和控制
软件在有多个客户端控制同一个云台时，能够按照用户的要求进行优先级的判断。
5.7报警联动与预案响应
当各类报警系统有报警情况发生时，总体监控系统会按照提前制作好的预案，向编解码图像监控系统发出联动命令，通知编解码图像监控系统切换输出哪些图像。
5.8触发图像存储
操作员可以通过该软件任意录制前端的任意一路图像。
5.9日志记录和查询
该软件能够记录每一笔操作和设备的每一种状态和反应，以供记录和查询。
6编解码视频监控系统技术解决方案
6.1系统建设总体思想
高速公路CCTV系统能够向管理者和运营商提供最为即时、直观、全面的路况信息和管理依据，使得管理者能够根据实际情况作出客观及时的决策。
系统的建设要考虑到今后几年甚至几十年业务的发展情况和系统现状。
根据当前情况和建设目标，应用IP组播技术传输视频数据、应用数字视频存储系统和与其他系统的整合是系统建设的核心所在。
考虑到图像监管系统的特殊性和重要性，对系统的建设提出以下总体思想：
1、应用IP组播技术
需要监控的内容源众多，并且需要接收监控视频的监控中心分为2-3级，在克服再编再解的前提下，只有应用IP组播技术才能满足系统的需要。
从另一个方面应用组播可以简化网络结构，节省设备投资，升级扩容更加方便。
2、应用一体化的综合系统管理软件
应用一体化的系统管理软件，可以对整套监控系统有着宏观的管理优势，使每一个软件模块都成为整套监控系统有机的一部分，体现出一种全新的区域管理理念。
6.2系统整体组网图
该系统按工作流程分为：
前端图像及信号采集系统、图像组播系统、网络系统、虚拟矩阵切换系统、电视墙监控系统、数字存储系统、报警联动系统和PC软解码系统，各个视频系统的功能全部通过视频传输管理器控制实现。
以下便是整个数字组播监控调度存储系统的组网图
6.3图像以及信号采集系统
该系统处于最前端，主要负责视频信号的采集以及图像控制信号的传输。
对于距离编码器安置地点较远的摄像机而言，视频信号通过光端机发送到编码器所在地点，将模拟信号编码后发送，其中可以根据需要在接收光端机之后集连一个视频分配器，其中一路视频信号接入编码器，另一路信号接入事件检测系统或者其他系统。
对于距离编码器较近的摄像机而言可以直接通过视频线接入编码器。
对于球形摄像机而言除了要传送视频信号之外，还需要传送控制信号，编码器上面提供了RS232接口，提供了控制信号的传输通道。
编码器将视频信号和控制信号分别封装为IP数据包，这样能够防止由于编解码延迟造成的不必要的控制信号的延迟。
6.4图像组播系统
高速公路所承载各种业务的网络主要为IP网络，IP网络具有多方面的优势，除了有较好的灵活性、稳定性，实时性，传输容量大，承载业务种类多等各种优点外，在高速公路监控系统中还特别适用于和编解码器相配合，共同实现对数字视频信息、控制信号和报警信号的传输。
为了进一步优化对数字视频信息传输的需要和进一步增进监控的可管理性，IP组播技术逐步成为现今高速公路监控的一个必然趋势。
6.4.1单播和组播
IP组播是利用一种协议将IP数据包从一个源传送到多个目的地，将信息的拷贝发送到一组地址，到达所有想要接收它的接收者处，是一对多的关系。
IP组播是将IP数据包“尽最大努力”传输到一个构成组播群组的主机集合，群组的各个成员可以分布于各个独立的物理网络上。
IP组播群组中成员的关系是动态的，主机可以随时加入和退出群组，群组的成员关系决定了主机是否接收送给该群组的组播数据包，不是某群组的成员主机也能向该群组发送组播数据包。
IP单播是IP组播的一种特殊形式，它只将一个特定的数据包从一个源传送到一个目的地，只有一个接收者才能收到此数据包，是一对一的关系。
单播和组播具体示意图如下图所示：
同单播相比，组播效率非常高，因为任何给定的链路至多用一次，可以节省网络带宽和资源。
举一个例子来说明，如下图所示，建立一个主机发送者和远端网络的通信，网络中有N个用户，对于监控视频图像，一个视频信息流需占用4Mbit/s的带宽。
在一个单播环境里，视频服务器依次送出N个信息流，由网络中的用户接收，共需要Nx4Mbit/s的带宽；
如果服务器处于100Mbit/s的以太网内，25个信息流就占满了带宽，所以主干网与设备接口间的容量是一个巨大的瓶颈，从而造成下图所示的网络阻塞。
在一个组播环境里，不论网络中的用户数目有多少，设备发出的一个视频流，由网络中的路由器或交换器同时复制出N个视频流，组播到每个特定的用户，仅需4Mbit/s的带宽。
因此，在如下图所示的系统环境中主干网是畅通的。
可见，IP组播能够有效地节省网络带宽和资源，管理网络的增容和控制开销，大大网络主干网的负荷，从而高性能地发送信息。
另外，组播传送的信息能同时到达用户端，时延小，且网络中的服务器不需要知道每个客户机的地址。
所有的接收者使用一个网络组播地址，可实现匿名服务，并且IP组播具有可升级性，与新的IP和业务能相兼容。
这些显而易见的优点决定了未来高速公路的发展趋势。
因此本方案中视频传输方式多采用组播方式。
6.4.2视频组播传输
在高速公路监控视频传输系统中，前端对图像1进行压缩编码的编码器可以对后端所有的解码器实施组播功能，只要对解码器的接收参数稍做更改，所有解码器便可以同时接收到图像1的数字视频信息数据，具有了1对多的逻辑关系；
同理，对图像2、3进行压缩编码的编码器也可以对后端所有的解码器实施组播功能，解码器也可以同时接收到图像2、3的数字视频信息数据。
即可实现1台编码器发送，多台解码器接收的视频组播传输机制，如下页前三副图所示。
因此，有了这种视频组播传输机制，就可以理解为后端的任意一台解码器可以接收到前端任意一台编码器所发送的数字视频信息数据，如下页最后一副图所示，这样的系统有以下两个极大的优点：
1、若前端监控点有100个编码器输出IP数据，传统的系统构建方法就需要100个解码器接收这些IP数据，同时监控中心只有20台监视器进行视频监视，这样就有80台解码器的使用出现了浪费。
但是利用了组播传输机制后，监控中心只需要配备20台解码器就能完成相同的功能，大大减少了这方面80台解码器的投资预算。
2、由于后端的任意一台解码器可以接收到前端任意一台编码器所发送的数字视频信息数据，这样就完成了传统切换矩阵的功能，简化了网络的结构，更加节省了设备的投资。
6.4.3传统监控和组播方式监控对比
下图所示的便是传统监控和组播监控之间结构对比，可以很明显的看到，在实现相同的功能基础下，组播监控比传统监控结构更加简单，并且比传统监控所使用的设备的要少。
因此，可以把组播监控的优点归纳概括为以下几点：
1、由于使用的设备要少，组播监控系统的架构更加简单，从而使整套系统
的稳定性更高，整套系统的投资更少，满足了管理者和运营商对于成本控制的需要和需求。
2、传统监控在实现多级监控时，都需要用解码器把前端所发送来的数字视频数据解码输出模拟视频后，再利用编码器对此模拟视频进行编码后向上级进行传输，此种方式不仅使用了多余的设备，造成了资金的浪费；
而且下级切给上级哪路图像上级才能看到那路图像，造成了在管理上有诸多的鸿沟和盲点；
最重要的一点是出现了再编再解的现象发生。
与此相比较的是，组播监控系统的编码过程只使用了一次，无论几级监控，各级监控的解码器直接从网络中接收IP组播信号，避免了再编再解的现象；
并且在管理性上有大幅度的提高，可以利用视频控制管理器控制解码器接收前端任意一路视频，而不受下级监控中心的影响。
在下面两副图里简要描述一下组播监控的实现过程：
在此IP网络里有两台编码器对图像1和图像2分别进行编码压缩处理，并且这两台编码器同时相IP网络里发送IP组播信号。
在第一副图中，由于解码器可以接收到前端所有编码器所发送IP组播信息，因此监控中心的管理员可以通过视频控制管理器控制解码器选择进行解码，当前解码器解码并输出图像1。
在第二副图中，所有的硬件架构和第一副图没有任何区别，只要监控中心的管理员通过视频控制管理器对解码器进行相应的参数转换后，解码器便可以接收另外一台编码器所发送的IP组播信息，当前解码器解码并输出图像2。
6.4.4跨网段/跨区域IP组播监控
在下面两副图里简要描述一下跨网段/跨区域组播监控的实现过程：
在这两段IP网络（跨网段）中的下级网络中包括有两台编码器对图像1和图像2分别进行编码压缩处理，并且这两台编码器同时相IP网络里发送IP组播信号。
另外，上下级两个网段中都包括有一个监控中心，每个监控中心有一台解码器以接收前端编码器所发送的IP组播信息。
在第一副图中，由于下级网段中解码器可以接收到同一个网段前端所有编码器所发送IP组播信息，因此监控中心的管理员可以通过视频控制管理器控制解码器选择进行解码，当前解码器解码并输出图像1。
另外，上级网段和下级网段通过路由器进行相连接，所有编码器所发送的IP组播信息可以通过路由转换在上级网段中进行传输，因此上级监控中心的管理员同样可以通过视频控制管理器控制解码器选择进行解码，当前解码器解码并输出图像1。
在第二副图中，所有的硬件架构和第一副图没有任何区别，同理，只要各级监控中心的管理员通过视频控制管理器对解码器进行相应的参数转换后，解码器便可以接收任意其他一台编码器所发送的IP组播信息，当前上级监控中心解码器解码并输出图像2，下级监控中心解码器解码并输出图像1。
6.5网络系统
无论通信链路的网络拓扑结构如何，对于视频传输系统而言都将其视为一个透明的传输链路，前端的各个编码节点和各个中心都可以作为一个独立的模块接入整个网络当中，如整体组网图所示。
采用这种方案对于新建的道路前端节点或各级中心而言都可以无缝的直接接入网络当中无论对于扩容、扩建、还是升级而言都非常的方便，而且不会对原系统造成任何的影响，不会产生任何额外的浪费。
由于视频传输需要通过主播功能实现，因此通信链路和交换设备需要具备以下功能：
信链路必须支持组播功能，交换机必须支持三层组播协议PIM-SM、PIM-DM、IGMPV2；
支持二层组播IGMPSNOOPING；
单个交换机最大支持255个组播组。
在没有解码器接收信号的时候，编码器信号不在通信链路上传输，交换机直接将信号拦断。
6.6虚拟矩阵系统
6.6.1虚拟矩阵原理
传统组网方式要想实现监控切换调度等功能就需要使用模拟切换矩阵，并且必须先将前端传输到中心的所有图像先进行解码然后再输出模拟信号到切换矩阵进行切换。
若是前端有200个点的图像需要监控，则就需要在监控采集点和中心各需要200台编码器和200台解码器对图像进行编解码，然后再通过切换矩阵切换输出40路图像给大屏幕。
采用这种方式有以下缺点：
1、大屏幕上只需要观看40路图像，而中心却要使用200台解码器，既造成了费用的增加，又占用了过多的空间。
2、需要购买支持200路图像输入的矩阵，价格昂贵。
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