目前，中國的鐵路建設已經進入到了高速發展的階段，在數字化監控潮流的影響下,對圖像清晰度的追求已成為視頻監控—個重要的發展趨勢，高清攝像機及高清監控系統也逐漸被鐵路行業所重視，本文將就高清視頻監控技術在鐵路建設領域的應用作初步的探討。
高清視頻監控系統
近幾年中國的鐵路建設進入了高速發展時期，為了保障鐵路的安全運營，視頻監控得到了大量應用。同時，人們對圖像的要求也越來越高，從zui開始的能看到圖像，到現在的要看到清晰的圖像，再到今后的能進行處理分析的高清晰圖像……等等。在數字監控潮流下，對圖像清晰度的追求成為了視頻監控一個重要的發展趨勢，高清攝像機及高清監控系統的應用也逐漸被鐵路行業所重視。
什么是高清攝像機，什么樣的系統算是高清監控系統昵9上，SMPTE（美國電影電視工程師協會）定義的兩個HDTV標準是SMPTE296M和SMPTE274M。SMPTE2694（HDTV720P）定義的主要參數有：分辨率為1280×720像素、16．9格式的高保真色彩，逐行掃描頻率25／30Hz。SIVWrE274M（HDTV1080）則要求：分辨率為1920x1080像素、16：9格式的高保真色彩、使用25／30Hz和5ff60Hz的隔行或逐行掃描頻率。符合SMPTE標準的攝像機表示遵從HDTV質量，并應提供HDTV的所有分辨率、色彩保真度和幀速率優點。參考上HDTV高清電視的*標準，針對目前國內對高清網絡攝像機的需求，高清網絡攝像機的定義為“錄像視頻分辨率達到或超過720P（1280×720，25fps），水平解析度達到或超過700線的網絡攝像機”。而其它高分辨率的攝像機可稱為百萬像素網絡攝像機或MEGAIPC。從目前市場上發展趨勢上來看，HDTV的高清網絡攝像機能夠獲得后端高清LCD、PDP,DLP，高清監視器等更好的支持，從而獲得比MEGEIPC更好的顯示效果，是未來的發展趨勢。而高清監控系統是指其傳輸的每一路圖像都能達到高清分辨率，且視頻采集、編碼、傳輸、瀏覽、錄像、回放等全面高清，并能夠支持前端HIXFV高清網絡攝像機的監控系統。
高清視頻監控在鐵路行業的應用方案
在鐵路行業，高清監控系統帶來的不僅是更清晰的圖像和更好的效果，也帶來了更大的系統性能需求、遠距離傳輸帶寬和存儲等問題。什么樣的高清系統才能適合鐵路行業多級調閱、遠距離傳輸、監控規模大的行業特點呢？
如圖1所示，在整個傳統鐵路行業視頻監控方案中，其中心是流媒體服務器，這種方式常見于車站監控系統的架構中。前端的編碼器或者IPC輸出的單播流通過網絡傳輸到分發／存儲服務器，由分發／存儲服務器實現單播轉多播、按需分發、按需存儲。整個數據流如圖1所示。在全標清系統的情況下，該方案還能基本滿足多用戶操作的需求，但是如果此方案應用于高清系統，則流媒體分發方式的弊端將會凸顯出來：
1．服務器規模隨著監控點數的增加成等比例上升尤其是高清IFC想要得到較好的應用效果，輸出碼流一股莊6M-SM，是傳統標清的3-4假分發／存儲服務器數量將會大增，并且必須增加服務器的檔次，因為服務器的性能成為了方案中的性能瓶頸。
2．系統存在著較多的局部故障點，當其中某臺分發／存儲BR務器發生故障時，將會影響其所管理的多路視頻圖像的存儲和實時監看，不符合交通行業對安防系統高可靠性的要求。雖然可以通過冗余服務器解決該問題，但是每個車站配置冗余服務器從成本角度考慮，現實工程中很少被實際采用。
3．前端IPC輸出單播流，造成存儲流和實時流占用同樣帶寬，如果為了得到高清系統帶來的良好圖像質量，那么磁盤陣列將會面臨較大的壓力，尤其是成本將會大幅提高：若是為了減小磁盤成本的壓力，增大存儲流壓縮比，又會大大降低高清監控圖像的清晰度。
4．大量的服務器及其設備機架不僅占據了大量設備的空間，不符合綠色環保的要求，更致命的是增加了系統的不可靠性，增多了故障點。當面對突發事件出現多個熱點區域的時候，大規模突發的流量很容易導致整個服務器群的癱瘓。
在圖2中，則代表了目前比較*的一種視頻監控解決方案，它采用電信領域比較成熟的軟交換架構：NGN架構。管理服務器僅負責處理設備管理、信令分發、會話的建立，且不參與到實時的業務流之中（實時流和存儲流）。在圖2中，存儲流和實時流均是通過網絡直接傳輸到磁盤陣列、解碼器或監控客戶端，如此解決了此前的服務性能和可靠性瓶頸的問題。當有多個用戶同時調閱同一路圖像實時視頻時，則通過網絡組播提供支持，如圖2中標號①的視頻流所示：解碼器和監控客戶端同時調閱同一路圖像，此時因為前端IPC輸出的是組播流，則由網絡中的交換機提供類似碼流復制的功能，解決對前端IPC大規模同時調閱而帶來的性能和帶寬的沖擊問題。這種解決方案在高清系統中帶來了較多的優點：
1．監控點數的規模和服務器數量不存在強相關性，視頻管理服務器僅參與會話的建立過程，而不參與視頻流的分發，因此系統不存在系統瓶頸問題。單臺視頻管理服務器可以滿足幾千路的標清高清圖像監控。
2．由于采用了*的軟交換NGN（業務流和控制流相分離）架構，管理月盼器發生故障不會中斷監控實時流，存儲流也不受影響，保障了監控數據仍然正常的記錄，從架構上極大地保證了系統的高可靠性，整個系統無局部故障點。
3．前端IPC通過輸出雙碼流（存儲流和實時流），兩路視頻流可以單獨設置碼流大小，能夠zui大限度地發揮高清監控帶來的高清晰效果，同時，又能顯著降低存儲的代價保障用戶的投資。
4．當出現突發事件或事故、出現多個熱點區域的時候，大規模突發的流量通過組播技術由交換機來進行復制、分發，從而輕松解決大規模多用戶的問題，滿足了*和企業管理方在緊急情況下對高可靠性的調度要求。
上面所示場景主要應用于車站內監控，它不可避免地面臨上級調度中心遠程共享調閱的問題。傳統的流媒體分發方案應該說能方便實現多級聯網監控，而如果僅采用軟交換NGN架構，組播模式的方式在鐵路行業廣域網、低寬的情況下將遇到較大的麻煩，因此還必須對圖2進行—定的改進。
如圖3所示，傳統方案由于流媒體轉發的特性，天然具備支持多級的架構，此時車站內的流媒體服務器除了負責分發和存儲，還負責轉發的功能，這勢必又增加了服務器的性能壓力。但是這種方案解決了對鐵路廣域網無法實現組播、帶寬有限的問題。它將本車站內的視頻圖像轉發給上—級流媒體服務器，由上—級流媒體服務器完成分發功能，解決了多用戶同時調閱同—路圖像的問題。
而采用圖2的方式，由于鐵路多級監控中，網絡往往無法開啟組播的功能，若采用前端IPC單播直接發送到上級平臺，必然會消耗有限的廣域網帶寬，同時也受限于IPC的分發能力。那么，如何對圖2的方式進行適當的修改，使其能獲得高可靠性、大容量、高性能的特點，同時又能適應鐵路行業廣域網的共享調閱呢？
其實相應的解決辦法也很簡單，也就是借鑒傳統方案的經驗，在車站一級的監控平臺上增加一臺媒體轉發服務器，便可解決上述問題，如圖4所示。但必須注意，此時在車站一級的監控軟件平臺必需能同時支持前端視頻流單播、組播方式，且能夠根據不同的調閱需求實現自動單播／組播切換功能。這樣的解決方案才能適應未來高清系統在鐵路行業中的大規模應用，并能保證整個監控系統可靠的運行。相信高清監控系統必將在鐵路行業中得到更廣泛的應用，而如何應對高清監控系統對現有解決方案的沖擊是值得大家共同重視的課題。
