轨道交通视频监控系统联网标准化研究

海康威视:李滨 

一 、轨道交通视频监控现状

      国内城市轨道交通建设在过去十年内已经全面从一线城市往二线城市普及,不仅北上广深的城市轨道交通运营里程超过了1500公里,所有的东部省会城市都已建成了地铁,更有几十个东部地级市和西部省会城市规划和在建城市轨道线路,预计到2020年,将新建成70余条轨道线路,届时全国的轨道交通总线路超过100条,运营里程超过10000公里。

      城市轨道交通中的视频监控系统是运营和治安的重要保障系统,近年来呈现出新的特点。

      首先,系统呈现高清数字化的趋势。从国内第一条地铁运营至今,视频监控技术走过了三个发展周期:从模拟联网,发展到基于DVR的数字联网,以及今日的全数字联网。很多城市的轨道交通更是直接就从数字高清起步,数字化的优势体现在整体的系统高干扰性、联网便利性、接口的开放性,高清的优势则体现在更多的细节和信息为可视化管理提供了极大的可能性和想象空间。更重要的是,IP摄像机和网络存储设备的价格下降之快,也很大程度上消除了业主的顾虑。

       第二,视频监控系统按业务分为运营和治安两个主要垂直系统,也就是CCTV要满足地铁运营的需要和公安对于地铁车站、地铁车厢的治安环境的保障需要。对于这种业务的垂直划分,不同的城市有不同的做法,主要是统一建设、分开使用的建设模式和分别建设、资源共享两种模式。

      第三,视频监控和轨道交通综合管理系统的融合。和早期模拟系统不同的是,基于数字网络技术的视频监控系统,可以和其他计算机软件业务平台基于通讯协议做数据的交换和业务的整合,因此,在某些城市的轨道交通系统中,CCTV的系统是作为综合监控系统(ISCS)的一个组成模块而存在的,CCTV向ISCS的其他系统如SCADA、环控、屏蔽门、消防、安防等提供基础的视频资源,而不设立独立的监控终端。可以预计的是,随着智能技术的发展,各个业务系统对于视频的使用会更加普遍,这种系统级的融合会更加常见。

      第四,城市轨道交通的CCTV系统将纳入到社会面的监控体系中。目前,视频监控技术不仅成为平安城市、智慧城市的一个基本需求,城市轨道体系也是城市的生命线,因此,轨道交通一定会成为城市视频监控体系的一个重要组成部分,这就给我们提出了一个技术问题:轨道交通的CCTV体系,将来是否能够适应纳入社会监控体系的要求?

       最后,城市轨道交通的体系建设要求。从第一代城轨运营至今,技术体系在不断演化,管理体制也在发生很大的变革,现在,城市级的轨道运营中心、交通管理中心、应急指挥中心要求把不同的轨道线路作为一个整体进行管理,这就要求不同的轨道线路不管建设年限如何,要考虑对整体系统的融合性,而不至于造成一线一制,烟囱式地进行系统整合。

       本文主要就最后两个发展趋势,探讨城市轨道交通视频监控的标准化选择问题。
 
二、 视频监控联网标准化趋势

      数字化视频监控不断的发展历程,也是相应的标准不断推出和完善的历程,但是和广播电视系统相比,数字化监控系统虽然同样也关注音视频压缩、传输的标准,并且两者还共享一些技术成果,但是对于视频监控来说,大规模的联网要求提出来的对联网控制协议的标准则还是近年才出现的事情。
以下从三个方面简要说明,视频监控联网控制所涉及的标准化工作。

      2.1 视音频编解码标准

      视音频编解码标准是所有视频信息最基本的“描述语言”,没有统一的语言,就需要层层翻译,对各种语言的长期维护,尤其是早期非规范的语言,是非常困难而难以持续的。

      从轨道交通发展至今在视音频编解码标准上,历经了MPEG II、MPEG IV、H.264几个阶段,不仅如此,由于对传输和封装标准缺乏早期规范,经常发生线路之间不能互编互解的局面,管理各线的运营中心必须堆砌很多设备,才能接入各条线路,给系统运维带来很大困扰。

      H.264已经推出近十年,是目前应用最广泛、最先进的视频编码技术(2013年3月H.265正式颁布,但对于大规模商用来说,估计还要3-5年的时间),在同样的图像质量前提下,其码流不及MPEG-4一半, 可以大量节省存储空间及带宽占用,这点对于有大量视频传输及存储需求的网络化视频监控系统是至关重要的。

       H.264标准从编码器处理和质量方面规定baseline、main和 High 等多个profile ,同时在H.264具体算法中包含了众多的可选项。因此,根据轨道交通对视频质量的要求以及兼容性实施角度,可以灵活选择规定具体的profile和level等级,以及对编码和解码过程中的具体参数规定,满足不同场景下的不同需求,例如,可以选择高压缩比的High Profile码流进行录像存储,保证对细节的捕获,而选择低延时的Constrained Baseline满足低延时的实时浏览要求。

      由于H.264发展已经比较成熟,相比较SVAC、AVS等标准得到了更多的厂商支持,因此,在国际、国内得到了众多标准化联盟组织的选择,具有强大的生命力。而且从目前的实践来看,H.264的实现趋于规范,不同厂商的互操作有比较好的保证。

      综合以上因素,我们认为轨道交通应该选择H.264作为视频编码的基础编码框架,并在此基础上,完善信令、传输、文件封装的相关标准。

      2.2 系统控制协议

      随着安防行业不断向网络化发展的趋势,对于不同厂商的IP安防设备缺乏一个互相通信的标准。2008年9月,由海康威视、AXIS、BOSCH、SONY等公司联合发起成立了ONVIF的研究小组,逐渐形成了大批主要厂商参与的国际性标准化组织,并已推出ONVIF2.2版规范。此外还有Cisco、Honeywell等60余家厂商发起的PSIA组织。

      ONVIF标准为网络视频设备之间的信息交换定义通用协议,包括装置搜寻、实时视频、音频、元数据和控制信息等。网络视频产品可以提供多种可能性,使终端用户、集成商、顾问和生产厂商能够更灵活和开放地进行功能扩展,而且利用面向服务的接口技术,降低系统管理成本,获得高性价比、更灵活的解决方案、市场扩张的机会以及更低的风险。

      ONVIF目前已经得到了主流视频设备厂商的普遍支持,越来越成为前端设备、存储设备、后端设备的事实接口标准,同时,基于厂商自有技术的SDK接入方式,将越来越受到用户的抵触。

      但是,ONVIF的缺点也比较明显,由于ONVIF更关注的是设备之间的接口和管理,不太关注系统之间的管理和接口,对于国内的多层级系统管理、权限分配、录像调用等功能没有很好的解决方案。

      2.3 国内视频监控标准的发展状况

      国内视频监控系统的标准化相对滞后,尤其对数字视频监控的联网控制,缺乏全国性的标准。从发展历程上来看,首先是地方性的标准制定,并从关注视频图像质量、关键点位的覆盖、强制功能的规定,逐渐发展到规定整体结构、关注系统级联网标准。

      2012年6月1日,《安全防范视频监控联网系统信息传输交换控制技术要求》 (GB/T 28181-2011)正式颁布实施,可以说,GB/T 28181在GA/T669.1—2008系列标准的基础上,规划了一个可以推广到全国规模的行业性联网体系,对联网控制协议和体系架构做了比较细致的描述,有比较强的操作性。

      但是,28181 相比669 系列标准做了简化,相信需要一定的后续标准加以描述。

      对于轨道交通视频监控系统,是否可采用ONVIF或GB28181的相关内容来实现轨道交通视频监控系统中网络视频设备之间通信接口以及系统之间协议的标准化?在海康威视和地铁设计和建设单位等进行的相关课题中我们发现,依靠单一标准无法有效地适应轨道交通业务的多样性,而必须采取独特的标准化体系结构。

三、基于GB/T28181和ONVIF的标准化联网框架

      下面我们介绍一种融合ONVIF和GB/T28181-2011 标准的标准化联网设计思路。

      3.1 联网结构模型

      对于典型的轨道交通联网架构,我们可以分为图示的三个层次:

       


      车站层:车站监控的独立系统,由控制服务器进行本地显示、录像、周边设备的接入,控制服务器还负责向线路运营中心提供本地资源的调用服务;

      线路层:城轨线路一级的联网监控系统,管理本线所有车站的视频资源的调用、处理车站的报警信息,同时还要向线路外的视频调用请求提供服务;

      联网层:城轨系统向上层运营中心或城市级图像监控系统或其他指挥系统提供图像信息的虚拟化联网数据交换系统。

      3.2 系统的角色

      车站前端视频设备:部署在车站监控子系统中,输出数字视频信号,并进行视频压缩编码,压缩码流通过网络进行传输。

      车站视频解码器:部署在车站控制室、警务室等场所,调用前端视频设备的码流,解码输出到监视器上;

      车站控制服务器:响应车站控制终端的请求,发出指令,控制解码器调用前端视频
                                     响应运营中心的控制指令,并将前端视频流,转发到中心的解码器
                                     接入车站周边的报警设备,并产生相应的联动 

      车站控制终端:发出调用指令

      运营中心OCC控制网关:响应客户端的指令,并以标准控制协议,向车站控制服务器发出调用车站视频的指令;响应上层网关的控制协议,向车站控制服务器调用视频,并向上层网关进行转发

      运营中心OCC客户端:发出调用车站视频的指令

      运营中心OCC解码器/大屏显示控制:解码车站控制服务器转发的车站视频流并进行显示

      外部控制网关:响应客户端的指令,并以标准控制协议,向OCC控制网关发出调用车站视频的指令,并转发相应视频

      3.3 整体标准体系设计

      我们认为,在车站以下的范围内,可以采用ONVIF作为设备接入和管理的标准化框架,而在车站以上采用GB/T28181-2011作为联网的主要通信协议,主要的原因是:

      首先,车站内区域是设备集中的区域,大量的设备接口也都是在车站内区域,采用设备厂家支持较好、较成熟的ONVIF标准,可行性较好,设备选择面较宽。

      其次,在线路以上层面以及和外部共享的系统接口上采用GB/T28181-2011 可以保证将来能接入到公安、政府应急指挥、智能交通等大平台上,有一定的前瞻性。

      最后,如果我们在编解码标准上采用H.264同时精心选取同时符合ONVIF,GB\T 28181 的传输和封装要求,那么,音视频流从前端到后端基本可以不经过“翻译”,保证了系统的完整性。

      下图是一个示例流程图,其中媒体服务器作为逻辑单元从车站服务器中分离出来。

     

 
四、海康威视的设备和平台

      采用上述的规范和标准体系,对设备和控制平台有一定的要求,当然这些要求是完全可以实现的,以海康威视的部分设备进行说明。

      控制服务器和控制网关:海康威视的IVMS系列视频管理软件具备独立的设备接入服务和联网服务,可以管理ONVIF设备,提供GB/T通讯接口,完全可以满足本文中描述的双规范体系架构。
 
      海康威视的联网网关(上图)用于平台间联网的功能全部封装到联网网关中,适用于凡是需要平台间进行标准联网的场合;可屏蔽平台内部差异,灵活部署于平台之上,可应用于对已建非国标平台的改造。

      总之,对于轨道交通的视频被监控系统来说,依托国际和国内的标准制定自己的联网标准,可以规范设备的选择,保证联网功能的实现,值得业主仔细规划。

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