視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

1、視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用 1引言 視頻監(jiān)控系統(tǒng)逐步從模擬化向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，這一發(fā)展對視頻清晰度同步提出了更高的要求，高清晰度的視頻意味著攝像機(jī)的像素高，對網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬、存儲(chǔ)空間也提出了更高的要求。當(dāng)前IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種綜合性的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)，它同時(shí)并行運(yùn)行24h實(shí)時(shí)音視頻編碼和存儲(chǔ)等業(yè)務(wù)進(jìn)程，與此同時(shí)，它還需兼顧錄像回放、音視頻解碼、云臺(tái)控制等業(yè)務(wù)進(jìn)程。不同業(yè)務(wù)進(jìn)程對于傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求也各不一樣，在業(yè)務(wù)進(jìn)程流量的方向、模型、特征上區(qū)別較大。傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬是前后端設(shè)備視頻數(shù)據(jù)流的關(guān)鍵傳輸通道，視頻數(shù)據(jù)流中主要包含視頻、音頻和控制信息三類數(shù)據(jù)，視頻監(jiān)控全天候24h實(shí)時(shí)運(yùn)行。若按照30路

2、視頻監(jiān)控點(diǎn)、30天的錄像進(jìn)行存儲(chǔ)、8M/s的碼率進(jìn)行計(jì)算：則網(wǎng)絡(luò)帶寬=1080P錄像路數(shù)1080P碼率，由此可計(jì)算出30路視頻監(jiān)控點(diǎn)所需網(wǎng)絡(luò)帶寬為240M/s；則全量錄像存儲(chǔ)裸容量=1080P錄像路數(shù)1080P碼率1080P錄像天數(shù)10241024CBR24360081000100010001000，由此可計(jì)算出30路視頻監(jiān)控點(diǎn)位，在30天的存儲(chǔ)量需要約82TB的存儲(chǔ)資源進(jìn)行存儲(chǔ)。因此網(wǎng)絡(luò)帶寬、視頻存儲(chǔ)的高要求是其發(fā)展的關(guān)鍵。由此可見IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)在為客戶提供更直觀的交流及監(jiān)控手段的同時(shí)，也給其基礎(chǔ)層的IP傳輸網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)空間帶來了巨大壓力。 2高清視頻監(jiān)控接入網(wǎng)現(xiàn)狀 以平安城市（公安主導(dǎo)建設(shè)

3、）中的視頻監(jiān)控為例，由于各派出所轄區(qū)前端監(jiān)控分布較廣，且覆蓋不均勻，傳輸通道資源需進(jìn)行有效合理的分配，然而，前端監(jiān)控點(diǎn)與派出所監(jiān)控中心傳輸距離通常較遠(yuǎn)，通常采用裸光纖方式實(shí)現(xiàn)前端監(jiān)控點(diǎn)與派出所監(jiān)控中心的互聯(lián)，并經(jīng)成對的光端機(jī)傳輸?shù)浇尤雽咏粨Q機(jī)進(jìn)行匯聚，然而，由于傳輸距離的限制，點(diǎn)對點(diǎn)光纖通道的傳輸將需要一對光纖實(shí)現(xiàn)收發(fā)功能2，這樣使得光纖資源的建設(shè)成本大大增加。另外，每路高清視頻監(jiān)控的平均碼流可達(dá)到8Mbps，在密集高并發(fā)頻繁調(diào)用的視頻監(jiān)控覆蓋區(qū)，若網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，則視頻數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)流量的集中爆發(fā)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)砣⒀訒r(shí)、誤碼的概率也將急劇增加，在一定程度上促使整體性能急劇下降，因

4、此當(dāng)前組網(wǎng)方式對于快速發(fā)展的視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，仍存在大量弊端，具體表現(xiàn)在：（1）點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸主要通過光端機(jī)來完成一收一發(fā)即，意味著需要兩對纖芯資源，這使得光纜網(wǎng)絡(luò)主干纖芯資源被快速消耗，光纜資源日趨緊張。（2）點(diǎn)對點(diǎn)傳輸主要通過光端機(jī)實(shí)現(xiàn)，然而放置在監(jiān)控點(diǎn)的光端機(jī)的管理和維護(hù)成本較高，市場上近遠(yuǎn)端光端機(jī)的廠商較多，接口無法統(tǒng)一，后臺(tái)系統(tǒng)還無法進(jìn)行統(tǒng)一的管理，只能通過人工進(jìn)行現(xiàn)場進(jìn)行故障處理，這直接影響了系統(tǒng)的維護(hù)效率。（3）點(diǎn)對點(diǎn)傳輸需要開通連接點(diǎn)較多，缺乏統(tǒng)一有效的保護(hù)措施，直接導(dǎo)致業(yè)務(wù)開通和障礙處理耗費(fèi)大量人力，這在一定程度上直接增加了后期運(yùn)維的壓力和成本。 3基于EPON技術(shù)的組網(wǎng) EP

5、ON技術(shù)可滿足當(dāng)前高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)化、集中存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程多級調(diào)用的需求，前端攝像機(jī)數(shù)量以及網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)無限擴(kuò)展，大大降低了投資成本?；贓PON的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。OLT放在機(jī)房，ONU放在前端監(jiān)控處，為監(jiān)控圖像傳輸提供網(wǎng)絡(luò)接口。ODN為OLT和ONU提供了數(shù)據(jù)傳輸通道。EPON由OLT（光網(wǎng)絡(luò)終端）、ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）和ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）三大系統(tǒng)組成。EPON網(wǎng)絡(luò)通過波分復(fù)用技術(shù)（WDM）在一根光纖上實(shí)現(xiàn)雙向傳輸（下行1490nm、上行1310nm），且在上行采用分組復(fù)用，可避免碰撞。通過光分器即光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。上行采用時(shí)分多址（TDM

6、A）方式實(shí)現(xiàn)ONU向OLT的數(shù)據(jù)傳輸；下行采用廣播方式實(shí)現(xiàn)OLT向所有ONU發(fā)送數(shù)據(jù)，ONU僅接收自己的數(shù)據(jù)幀。EPON通過光信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸結(jié)構(gòu)采用“一對多”的方式；一方面，利用EPON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入；另一方面，采用以太網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。因此，EPON技術(shù)是既為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)提供了高帶寬，又降低了成本。同時(shí)還具備較強(qiáng)的擴(kuò)展性，且能接入以太網(wǎng)，方便管理。此外，EPON網(wǎng)絡(luò)還具備以下優(yōu)勢：（1）數(shù)據(jù)傳輸速率高，平均每條鏈路可達(dá)到1.25Gbps，每條鏈路最多可承載128個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位，即每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)9Mbps，該速率足以滿足高清監(jiān)控8Mbps的碼流，即可支持高清視頻數(shù)據(jù)

7、的實(shí)時(shí)傳輸和調(diào)看；（2）節(jié)約了建設(shè)和維護(hù)成本，光分配網(wǎng)絡(luò)可為多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位共享同一條主鏈路，且分路器對供電和環(huán)境并無太多要求，極大地節(jié)約了建設(shè)和維護(hù)成本；（3）節(jié)約了電力成本，核心網(wǎng)與前端視頻監(jiān)控的互聯(lián)采用無源光網(wǎng)絡(luò)，可節(jié)省電力成本；（4）組網(wǎng)靈活，可支持不同的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)，如樹形、星形、網(wǎng)狀型等；（5）節(jié)約光纖資源，即單纖芯資源即可實(shí)現(xiàn)收發(fā)功能；（6）傳輸距離遠(yuǎn)，OLT接1:32的分光器可傳輸最大距離為20KM。 4基于EPON技術(shù)在平安城市中的設(shè)計(jì)方案 視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)由前端視頻采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、后端的視頻監(jiān)控中心組成。如圖2所示為基于EPON技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，其中網(wǎng)絡(luò)傳輸層

8、可分為核心網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)匯聚層和接入層。在該系統(tǒng)架構(gòu)中前端監(jiān)控采集的視頻數(shù)據(jù)通過ONU上聯(lián)到ODN網(wǎng)絡(luò)，ODN通過1：N分光器實(shí)現(xiàn)與各監(jiān)控點(diǎn)位的ONU互聯(lián)。編碼壓縮后的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)無源光網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心。由此可見，傳統(tǒng)高清視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案相對于基于EPON監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢主要在組網(wǎng)靈活、方便，一方面可有效節(jié)約纖芯資源，同時(shí)ODN網(wǎng)絡(luò)部分采用的均為無源器件，在一定程度上節(jié)約了電力成本和維護(hù)管理成本。相信在下一代的視頻接入層，EPON會(huì)在平安城市、平安校園、智慧城市等信息化網(wǎng)絡(luò)中具有更廣闊的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 1謝培新.“平安城市”高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控資源接入網(wǎng)組網(wǎng)模式探討J.信息通信,2015(09). 2洪偉鵬,孫耀波.EPON技術(shù)在高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究J.公路,2010,27(01):102-105. 3王凡.基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)接入與帶寬分配技術(shù)研究D西安：西安電子科技大學(xué),2010. 4郎為民.EPON/GPON從原理到實(shí)踐M.北京:人民郵電出版社,2010. 5胡玉輝.EPON將成IP視頻監(jiān)控應(yīng)用主流N.通信