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天津快速路视频传输方案解决方案北京我数字技术有限责任公司二○○九年六月目录第一章概述第二章系统构成及方案详细要点第三章系统特点第四章设备介绍第一章概述一、系统概述天津市快速路项目建设始于2004年，通过逐步建设，现已初具规模，城市快速路网的最终竣工成为提高城市道路整体通行能力，解决交通问题的关键手段之一。对路网、桥梁、隧道、复杂地段的实时监控已经成为天津智能交通管理的必要手段。现有网络情况，天津市滨海控制中心、天津交管局控制中心、快速路专用机房及河北支队控制中心作为城域网主干层的节点，在这4个节点分别由CISCOONS15454光传输设备搭建2.5G带宽SDH光纤网络作为主干传输网络；汇聚层由大约50多台CiscoWS-C2950SX-48以太网交换机设备构成。上述设备构建的网络已经建成并使用一段时间，主要传输数据业务，实际占用带宽很小。考虑到资源合理利用的情况，在当前网络中初步设计传输2500路至3000路天津快速路的视频流数据。天津市共设4个控制中心，滨海控制中心作为主控中心，天津交管局控制中心为分控中心，其余两个分控中心与交管局控制中心级别相同。二、系统功能要求本视频监控系统将前端现场采集到的图像和数据汇集到就近的快速路专用机房内CiscoWS-C2950SX-48以太网交换机，同时与滨海总控中心、天津交管局控制中心、河北支队控制中心连通，对快速路交通状况进行实时监控。新增加的数字编码视频要与交管中心原有模拟视频进行无缝融合，便于控制中心指挥人员监控使用。图像清晰度要求：采用的数字视频编码方式要考虑到不同用途对图像清晰度有不同的需求。用于监控大屏图像要保证D1（PAL制720×576）效果；用于存储进行回放的图像可以采用CIF（PAL制352×288）效果。权限的要求：由于前期构建的模拟图像（矩阵方式）要和数字图像（编解码器）进行无缝结合，权限的分级控制需要由唯一的平台进行确定，故建议由矩阵模拟图像平台提供统一的权限控制，编解码器只涉及图像传输、视频控制等功能。视频延时要求：小于300毫秒。视频存储要求：满足视频存储保留1个月的时间；在总控中心及3个分控中心都要进行视频图像的存储，其目的是分担存储压力，同时要求对告警视频进行高清存储。加密要求：编解码器软件的安装序列号、登陆视频服务器软件的加密处理、客户端的加密处理。第二章系统构成及方案详细要点一、概况天津市共设4个控制中心，滨海控制中心作为主控中心，天津交管局控制中心为分控中心，其余两个分控中心与交管局控制中心级别相同。主干传输通道为CISCOONS15454光传输设备搭建的2.5G带宽的SDH光纤网络，汇聚层为CiscoWS-C2950SX-48百兆以太网交换机设备，汇聚层设备大约为50多台，如下图所示。图一二、解决方案详细要点1、设备的选择在当前网络的架构上传输视频业务，先要了解现有网络的实际接入情况。汇聚层百兆接入，骨干层2.5G带宽，初步设计传输2500路至3000路天津快速路的视频流数据。在各控制中心，监控图像需要在监控大屏幕上显示，对监控图像要求高，同时，视频存储对视频质量、存储容量、传输延时等又有不同的需求。(1)编码方式首先对视频编码的3种方式：MPEG-2、MPEG-4、H.264进行对比分析。MPEG-2制式定于1994年，是建立在MPEG1之上，设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。它主要应用在没有色度畸变要求场合的高质量视频，数据速率在1.1Mbps到20Mbps之间。MPEG-2能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2不仅能录制电视节目，而且还是为录制高清晰度的高质量动态图像而开发的，能够存储比MPEG-1清晰度更高的动态图像。MPEG-4制式提出来的初衷是制定一个通用的低码率（64KB/S以下）的标准，并打算采用第二代压缩编码算法，以有效的支持甚低码率的应用。但是由于很多压缩编码的第二代算法仍处于研究阶段或是不够成熟，MPEG-4目标又转向支持目前的标准尚未全面支持的那些应用。例如，移动通信中的声像业务，与其他多媒体数据（如计算机产生的图形，图像）的集成和交互式多媒体服务等。在5—64KB/S的范围内，MPEG4支持的图像格式从每行几个像素、每帧几行到CIF格式，帧率从0Hz到15Hz。由于其压缩率非常高，数据量也很小，因而图像质量不如MPEG-1及2。H.264和以前的标准一样，也是DPCM加变换编码的混合编码模式。但它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比MEPG-4好得多的压缩性能；H.264加强了对各种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误码和丢包的处理；H.264应用目标范围较宽，可以满足不同速率、不同解析度以及不同传输（存储）场合的需求。鉴于其技术上的特点，H.264这种编码方式解决了在尽可能低的存储情况下获得好的图像质量和低带宽图像快速传输——视频压缩的两大难题。H.264能以较低的数据速率传送基于联网协议（IP）的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等方面，超越了现有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x视频通讯标准，更适合窄带传输。分析网络的基本情况，同时考虑监控视频图像需要存储，故选用MPEG-2/MPEG-4双码流设备，MPEG-2编码的视频流用于监控中心大屏实时监控使用，提供D1（PAL制720×576）广播级的视像；MPEG-4编码的视频流用于视频流的存储。采用双码流设备既保证了实时图像监控的质量，同时可解决存储录像容量的问题。我CJV5000网络视频编解码器双码流产品采用特殊设计，提供完全独立的两路编码视频数据流（以下简称A流、B流），可从根本上保证一路模拟视频数字化后两路编码的独立性、安全性。因而，该产品提供的两路同源视频流，可在各个层面上提供完全不同的相关配置及参数，每一个流可按需自由组合下列技术参数：MPEG2MPEG4D12/3D11/2D1CIFCBRVBR单播组播A流支持支持支持支持支持支持支持支持支持支持B流支持支持支持支持支持支持支持支持支持支持编码技术分辨率可调码流大小传输在实际使用中，双码流的产品通常应用在对同一路模拟摄像机图像分别按照不同应用进行独立编码，例如：一路（A流）MPEG-2的高清晰D1视频用于监控系统的实时显示输出（其特点为高清晰带宽占用较大，端到端延时小），另一路（B流）MPEG-4的高清晰CIF视频用于监控系统的实时图像存储（其特点为高清晰低带宽占用，端到端延时稍大），如下图所示：上图中的模拟摄像机采集的模拟图像，经编码器压缩编码后，形成两个相同或不同视频质量的数字视频流，一路与解码器建立视频连接，作为显示视频流，用于实时图像的显示输出；另一路以磁盘存储设备为目的地，作为存储视频流，用于实时图像的存储。这两路视频分别使用两套视频编码的参数设置，它们之间可以无任何关联，例如：显示视频流，可以使用MPEG-2的编码压缩技术，码流为3M，采用D1（720×576×25f/s）的高清晰图像；而存储视频流可以使用MPEG-4的编码压缩技术，码流为512K，采用CIF（352×288×25f/s）的图像清晰度，可以节省存储磁盘空间。由于这两路视频的不相关性，当一路视频发生故障时，可确保不会影响另一路图像的传输及其图像质量和连续性。在图像的显示输出过程中，解码器支持MPEG-2/MPEG-4格式自适应（包括硬解压系统或软解压工具）均可以自动识别通过IP网络传送过来的视频流的视频参数，从而实现视频解码参数的自适应，确保多种不同参数的视频流的正确解码及显示输出。我公司的CJV5000网络视频编解码器双码流设备，可最大程度的满足用户多元化视频监控系统的构建需求，为用户在复杂的应用要求及有限的应用环境的条件下，建立高质量实时视频监控系统提供了优良的解决方案。在本次方案中对于实时显示视频流采用MPEG-2编码方式，每路视频流占用3M带宽（D1分辨率，25帧/秒）；对于存储视频流采用MPEG-4编码方式，每路视频流占用512K带宽（CIF分辨率，25帧/秒）。(2)视频延时影响延迟的主要因素:①网络原因：以太网的特点就是基于存储转发方式，此方式必然导致数据传输具有一定的延时性，延时性又与网络的初期设计关联很大，网络设备性能越高，路由条目越少，线路质量越高，其网络延迟越小，反之越大。②视频B祯：B祯需要结合I桢才能最终呈像，所以B祯越少，图像放映越快，延迟就越小。③解码算法：如果解码器采用多种解码格式进行自适应处理，则放映的延迟越大；如果编码和解码采用同一种匹配压缩方式，则视频延迟越小。我CJV5000网络视频编解码器双码流设备：MPEG-4编码器到MPEG-2/4自适应解码,延迟控制不大于300ms,不考虑网络因素MPEG-4编码器到MPEG-4解码,延迟控制不大于200ms,不考虑网络因素MPEG-2编码器到MPEG-2/4自适应解码,延迟控制不大于400ms,不考虑网络因素MPEG-2编码器到MPEG-2解码,延迟控制不大于300ms,不考虑网络因素综上所述，本视频监控方案产品选配为：OMATECJV5000视频编码器(MPEG2/4双码流)，OMATECJV5000视频解码器(MPEG2/4自适应)，完全可以满足实际应用中对视频质量、存储容量、传输延时等各方面不同要求。2、霍尼韦尔矩阵控制联网域内平级权限：我公司视频管理软件可为用户划分99级权限，可以为各分控中心划分域内平级权限，其特点是没有优先控制，如：最终云镜的位置属于最后的用户操作定位；考虑到事故的响应时间，所辖区域问题，可以将比较重要的视频控制资源或本地录像调用权限只授权予物理管辖区域的分控中心用户，实现域内平级权限用户的重点职能。域内高级权限：针对总控中心用户的性质而定，其用户的特点就是报警对系统域内的资源具有最高占用权限，其可以夺取其他分控中心用户当前的资源使用权，直到其权限在设定时间内释放为止，所以为高权限要配置合理的权限抢用时间。跨网权限：针对两个不同通讯网络而定，如当前的以太网络和模拟矩阵控制网络系统，因为两个系统都有独立的控制系统，在条件允许的情况下（矩阵厂家提供矩阵及键盘协议），可实现两个不同网络系统的对接，实现数字键盘全网漫游功能。霍尼韦尔视频矩阵数字联网：在一个纯模拟视频监控系统中，霍尼韦尔矩阵系统可以支持总线环网、星形拓扑及树形等联网结构。但是，无路采用哪一种联网结构，最终均可实现矩阵视频共享、控制权限统一鉴证。鉴于数字视频已经成为安放监控发展的一个主要方向，考虑如何将一个成熟的矩阵视频联网系统向数字视频监控无缝转变是此次方安的一个重点。目前安防市场上提供上述问题解决方案不多，主要原因是通讯协议的集成问题。据了解，目前霍尼韦尔公司还没有向市场公布自己矩阵系统的通讯协议，所以同此产品提供商也就无法提供此类问题最终解决方案。而我公司凭借多年的市场项目运作及与霍尼韦尔公司的良好合作，已经获得了霍尼韦尔公司的技术肯定，最终获得了霍尼韦尔公司的主要矩阵系统的通讯协议，并结合数字监控的优势做了最终集成，可以为此用户提供霍尼韦尔视频矩阵数字联网建设方案和改造方案鉴于我方对客户的实际要求的理解和客户对实际环境的描述，提出以下更改建议，如图数字视频网天津交管理局矩阵赢海中心矩阵Monitor04Monitor04Monitor04Monitor04电视墙MPEG2/4双码流CCC矩阵键盘CCCCCMPEG2/4双码流CCMPEG2/4双码流CCMPEG2/4解码器MPEG2/4解码器MPEG2/4解码器MPEG2编码器客户端计算机CCS服务器控制信号视频信号Monitor04Monitor04Monitor04Monitor04电视墙MPEG2编码器1、首先要求矩阵系统自成系统网络，可以总线环网、星型联网方式2、通过矩阵键盘可操作矩阵联网任意视频资源，可以享受数字视频网内制定路数解码器的视频和控制权限3、通过软件可以控制矩阵系统内任意视频资源，并可控制数字视频网内的所有视频资源所有资源和控制权限4、统一编号，对所有视频包括数字视频和矩阵模拟视频进行全局统一4元