近年，高清電視監控技術已日益成熟，高清攝像機尤其適合地鐵人流密集場所的監控需求，具有很好的應用前景，相信會在今后的地鐵監控項目建設中得到廣泛應用。
需求分析
高清視頻監控近年來得以迅速發展，主要是為了解決在正常監控過程中“細節”看不清的問題，有個別城市新建地鐵采用高清電視監控，從運營管理和治安管理，都需要高清監控圖像，從面對地鐵恐怖襲擊更需要高清監控圖像，高清監控采用廣電標準，分辨率為1920×1080像素，而現在高清電視監控技術已日益成熟，設備成本已大幅下降，高清攝像機尤其適合在地鐵人流密集地方監控，既能看清宏觀又能看清細節，會在今后地鐵監控廣泛應用。
高清電視監控標準
我國規定標準清晰度電視（SDTV）的分辨率為720×576像素（D1分辨率），而高清晰度電視（HDTV）的分辨率為1920×1080像素，準高清1280×720像素；
1080i分辨率為1920點x1080掃描線(隔行掃描方式)；
720P分辨率為1280點x720條掃描線(逐行掃描方式)；
1080P分辨率為1920點x1080掃描線(逐行掃描方式)；
傳統監控系統多以模擬攝像機及監視器的可分辨線數（TVLine）來表示，水平分辨率480線，540線或580線的攝像機就宣稱為高清，它是指攝像機在拍攝垂直黑白線條時，在水平方向相應于垂直屏高的區間內所能分辨出的黑白線條數，在傳統數模結合的監控系統里，模擬圖像經數字編碼CIF分辨率352×288=10.14萬像素，4CIF分辨率704×576=40.55萬像素，D1分辨率720×576=41.47萬像素。
高清晰度電視（HDTV）的分辨率為1920×1080=207.36萬像素，準高清1280×720=92.16萬像素。
從上述可以看出如果是100多萬像素數字攝像機，是準高清，如果200多萬像素數字攝像機，是高清數字攝像機。1臺準高清數字攝像機相當2臺模擬高清攝像機，1臺高清數字攝像機相當5臺模擬高清攝像機。
能達到二百萬像素的攝像機，配套以1080p分辨率的顯示設備及相應的傳輸通道，就可以形成一套可稱之為高清的監控系統。
高清監控接口
非壓縮高清視頻方案的傳輸主要通過HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI四種高清接口，非壓縮高清視頻碼流非常大，以30fps的速度傳1路1920x1080P高清視頻，所需數據速率達到1.485Gbps，非壓縮高清視頻無法在TCP/IP網絡傳輸，經過壓縮編碼大幅降低碼流，可以在TCP/IP網絡傳輸1920x1080P高清視頻，采用RJ45接口。
DVI接口：全稱DigitalVisualInterface，數字視頻接口，目前常見的DVI接口有兩種，分別是DVI-Digital（DVI-D）與DVI-Integrated（DVI-I），DVI-D只能接收數字信號，而DVI-I則可以可同時兼容模擬和數字信號，也就是說DVI-I的兼容性更強。通常我們在顯卡的接口部分，看到的是DVI-I接口，而在顯示器處，看到的則是DVI-D接口。
HDMI接口：是英文“HighDefinitionMultimediaInterface”的一個縮寫，意思是高清晰度多媒體接口。它是一種全數位化影像和聲音傳送接口，可以傳送無壓縮的音頻信號及視頻信號，最新的HDMI1.3規范最高帶寬可以達到4.95Gbps，實際視頻信號傳輸帶寬接近4Gbps，而現在最高規格的高清視頻格式1080p所需的帶寬僅僅為2.2Gbps，HDMI源于DVI接口技術，這也就是為何HDMI接口和DVI接口能夠通過轉接頭相互轉換的原因，與DVI相比，HDMI可以傳輸數字音頻信號，HDMI完全向下兼容DVI，它只需要一條HDMI線，HDMI最遠可傳輸15米。
地鐵電視高清監控構成
HD-SDI接口：SDI(serialdigitalinterface)接口是一種“數字分量串行接口”，而HD-SDI接口是一種廣播級的高清數字輸入和輸出端口，其中HD表示高清信號，是根據SMPTE（攝影與電視工程師協會）202M，在1.485Gb/s或者1.485Gb/1.001Gb/s的信號速率條件下傳輸的接口規格，該規格規定了數據格式，信道編碼方式，同軸電纜借口的信號規格，連接器及電纜類型與光纖接口等。其最大的好處在于，HD-SDI接口采用75歐姆同軸電纜傳輸視頻和音頻信號，以BNC接口作為線攬標準。有效距離為100米。
YPbPr接口：YPbPr也叫色差分量接口，是逐行輸入/輸出高清晰數字電視專業接口，可連接高清晰數字信號機頂盒、衛星接收機、影碟機、各種高清晰顯示器/電視設備，采用的是美國電子工業協會EIA-770.2a標準，把色度（C）信號里的藍色差（b）、紅色差（r）分開發送，而YPbPr接口不是數字接口，仍然定義為是模擬接口，YPbPr的接口可以使用同軸電纜，可以用BNC頭，也可以使用普通蓮花頭作為接口標準。
4種接口比較分析
對以上4種接口比較和分析，發現HD-SDI接口是目前比較好的高清接口，同時HD-SDI接口也是目前廣電行業標準的高清接口。
HD-SDI以其較遠的傳輸距離和較高的傳輸速率，更多地被使用到前端設備到傳輸設備，或者前端設備到中心/控制設備上。例如HD-SDI攝像機到HD-SDI光端機/矩陣的連接。
在傳輸距離不是很遠，使用HDMI和DVI即能滿足需求。像支持HDMI/DVI的矩陣到監視器/大屏幕拼接墻之間的連接；
顯示終端一般都帶有YPbPr接口，雖然YPbPr傳輸速率較低，但因其傳輸線的價格比較便宜，傳輸的距離較長，在某些對傳輸速率要求不高的場合也還是有一定的應用。
地鐵電視高清監控構成
地鐵高清監控方案采用：HD-SDI高清攝像機（數字高清非壓縮視頻）+IP高清攝像機+同軸視頻線纜（100米以內）+HD-SDI光端機+光纖（超過100米以外）+五類網線（配IP高清攝像機100米以內）+高清站臺監視器（站臺監控圖像畫面合成）+高清監察亭監視器（站臺監控圖像畫面合成）+高清編碼器+高清視頻矩陣+高清監視器+交換機+IPSAN存儲+視頻管理服務器+控制終端+上傳控制中心。
前端攝像機設計
前端數字攝像機有兩種：一種是采用HD-SDI高清攝像機，另一種IP高清攝像機。由于SDI接口不能直接傳送壓縮數字信號，HD-SDI接口采用同軸電纜，以BNC接口作為線攬標準，有效距離為100M。
IP就是網際協議，IP高清攝像機除了具備一般傳統攝像機所有的圖像捕捉功能外，機內還內置了數字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統，使得視頻數據經壓縮加密后，通過局域網，Internet或無線網絡送至終端用戶。IP高清攝像機可以直接接入到TCP/IP的數字化網絡中，通過互聯網或者內部局域網進行視頻和音頻的傳輸。
IP高清攝像機與HD-SDI高清攝像機，兩者各有千秋，IP高清攝像機優勢在于IP網絡的開放性和管理軟件的功能強大，設備接入只需一根網線即可使用，組網簡單、系統開放性好、擴容方便，更為經濟，但圖像和控制延遲約200ms-300ms。而HD-SDI高清攝像機的優勢在于實時性好，本地上電視墻和監視器圖像清晰度高，但組網稍微復雜，成本稍高，上傳遠程控制中心圖像和控制延遲約200ms-300ms。
傳輸設計
HD-SDI高清攝像機傳輸設計
非壓縮高清視頻方案的傳輸主要通過HD-SDI接口：75Ω/BNC，接口連接的同軸視頻線纜，廣電標準傳100米，如果超過100米，采用光纖，但需配HD-SDI光端機，HD-SDI光端機還可選帶1-3路環出，多路的環出功能可為客戶節省視頻分配器數量減少用戶付出的多余成本，因為一般同1路視頻進高清視頻矩陣，同1路視頻進視頻編碼器，同1路進站臺監視器。高清視頻矩陣視頻輸入接口具有光口，可以節省1臺HD-SDI光端機。
有的HD-SDI高清攝像機還內置光纖接口，如果接入有光口高清視頻矩陣，就不需HD-SDI光端機。
HD-SDI光端機可以在光纖上傳1路單向/雙向HD-SDI信號，和1-2路反向數據，1-2路反向/雙向音頻信號，不需單獨敷設音頻和控制線。
在地鐵線路控制中心一般是音視頻圖像通過交換機和高清音視頻解碼器通過大屏幕圖像拼接處理器上電視墻，高清音視頻解碼器可以帶HDMI/DVI輸出接口，大屏幕圖像拼接處理器可以帶HDMI、DVI輸入輸出接口，全高清LED液晶電視輸入接口有HDMI、DVI，那么交換機到高清音視頻解碼器是超5類網線，高清音視頻解碼器到大屏幕圖像拼接處理器采用HDMI/DVI線纜，不超過15米；如果超過15米，采用帶有HDMI、DVI接口高清光端機。
IP高清攝像機傳輸設計
采用IP高清攝像機，傳輸接口：RJ45，100M以太網傳輸，供電形式：IP高清攝像機還可通過以太網POE供電，所有的連接線纜，只要一根超5類4對UTP即可?？紤]到POE供電交換機造價比較高，為了降低成本，采用單獨的電源線12VDC集中供電，因POE供電是屬于錦上添花的東西，采用低電壓供電電源線可以與UTP網線共管敷設，無需單獨再鋪設管路，但超過100米需采用光纖配置光纖收發器。
輸出傳輸設計
高清顯示設備（液晶顯示器，液晶電視，離子電視）帶有HDMI/DVI接口。
高清視頻矩陣接口支持HD-SDI、HDMI、DVI。高清視頻解碼器接口輸出支持HDMI、DVI。
高清視頻編碼器可靈活支持配置SDI、HDMI、DVI高清視頻輸入卡，支持各種高清視頻輸入接口，提供以太網電口、RS-485串口、RS-232串口等多種接口，還可以通過插卡方式提供SFP接口和EPON接口，能夠適應多種組網環境。
HDMI/DVI支持5Gbps的數據傳輸率，最遠可傳輸15米，高清視頻矩陣到高清監視器如果超過15米可采用HDMI高清視頻光端機，
在遠程控制中心，各個車站監控圖像通過交換機經光纖上傳到中心交換機。
視頻綜合平臺設計
視頻綜合平臺設計
視頻綜合平臺集高清編解碼器、高清數字矩陣、視頻管理服務器、交換機、監控終端實現了高清視頻監控從采集、傳輸、編碼、切換控制到顯示應用。如果采用全IP高清攝像機，本地就不需要高清數字矩陣，采用IP矩陣，所謂IP矩陣是控制終端控制軟件根據攝IP高清攝像機和視頻編解碼器及儲存服務器IP地址節點顯示矩陣內容，調用、切換視頻監控圖像，由于矩陣類型選擇的是IP，所以矩陣中的節點全是IP地址節點，即顯示的是IP地址之間的通訊。有的廠家將高清編解碼器、高清數字矩陣、交換機、高清光端機集成1個機箱，好處是體積小，擴容方便，減少控制設備之間線纜，可靠性高。高清編解碼器主要功能是對高清實時音視頻信號進行H.264編碼壓縮，支持高清視頻格式1920×1080P@25fps和1920×1080P@30fps，并封裝為IP數據包，通過IP網絡傳送到指定的目的地址。
所有監控的控制流都由視頻管理服務器處理，但是系統中音視頻媒體流并不在視頻管理服務器上集中處理，高清編解碼器采用全IP網絡傳輸，支持點對點的單播和點對多點的組播傳輸方式，高清編解碼器集成iSCSI客戶端模塊，通過IP網絡進行以分布式的交換和處理。
音視頻儲存設計
車站采用IPSAN存儲陣列，高清編解碼器可采用內嵌iSCSI協議，直接對IPSAN進行寫入操作，從而實現音視頻數據的集中存儲和管理，避免了由于文件存儲和流媒體服務器性能瓶頸，通過iSCSI塊存儲，可以實現對緊急事件的即時回放，大大提高事件的應急響應能力。
在控制中心備份1套IPSAN存儲陣列，當某個車站IPSAN存儲陣列癱瘓，由控制中心IPSAN存儲陣列接管或儲存報警、感興趣信息。
控制中心配置1臺存儲數據管理服務器，實現各個車站IPSAN存儲陣列分布式部署，控制中心集中管理，有效的解決了大規模監控面臨的視頻海量存儲管理問題，實現存儲設備的管理與物理位置無關，所有存儲設備相當于一個巨大的虛擬存儲硬盤，簡化了存儲設備的部署和管理，完成存儲空間管理：支持存儲空間的動態分配及調整，提高存儲空間的利用率。完成存儲計劃管理：可對所有監控點制定存儲計劃，實現前端監控點視頻存儲的自動管理。完成存儲策略管理：可針對不同的監控區域采用不同管理策略，包括存儲時長、RAID等級、是否支持快照等，實現對存儲空間的運營。完成存儲數管理：支持視頻數據高效存儲、檢索、下載、集中存儲、重要信息的歸檔備份等功能。
獨立磁盤冗余陣列：RAID5是一種存儲性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案，通過奇偶校驗信息提供冗余的存儲能力。它不對存儲的數據進行備份，而是把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上，并且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲于不同的磁盤上。當RAID5的一個磁盤數據發生損壞后，利用剩下的數據和相應的奇偶校驗信息去恢復被損壞的數據。
車站客戶端設計
車站運營一般配置1臺PC監控控制終端，至少4臺監視器，高清標準要求電視屏幕幅型比為16：9，而不是傳統電視4：3的比例，這樣更增加了觀看的臨場感和更符合人眼觀看的習慣。車站公安一般配置1臺PC監控控制終端，至少4臺監視器，采用高清監視器1920×1080P，帶有高清視頻輸入接口：HD-SDI、HDMI、DVI-D、Y/Pb/Pr視頻接口。如果系統采用全IP視頻監控，高清監視器通過HDMI或DVI-D接口與視頻解碼器相連，通過客戶端軟件界面和網絡視頻控制鍵盤靈活的調用、切換、控制多路監控視頻圖像到高清監視器，PC監控控制終端內置軟件解碼，支持多路視音頻信號的軟解碼，使得用戶可以直接在PC上對監控內容進行實時查看、控制或歷史回放監控圖像，實現了IP矩陣功能。如果采用高清視頻矩陣，那么將高清視頻矩陣通過HDMI或DVI-D接口與高清監視器相連，通過矩陣鍵盤或PC監控控制終端將監控圖像在高清監視器顯示。
在每個車站和控制中心配置視頻管理服務器，其功能是監控平臺的管理中心和控制中心，授權用戶可以在任意一臺PC管理終端上完成全網的設備管理、資源調度、云臺控制和硬解碼輸出控制，所有的控制指令由視頻管理服務器集中處理和發送，而視頻流則可以不經過視頻管理服務器單獨傳輸。把視頻管理服務器作為整個系統的控制和管理核心，所有監控的控制流都由視頻管理服務器處理。
在站臺上下行首，為列車司機各配置1臺觀看本側站臺監控2-4臺站臺攝像機合成監控圖像比較大監視器，觀察上下旅客和安全門工作狀況。
在站臺監察亭，為監察值班員配置2臺監視器，觀察站臺兩側監控圖像。
線路控制中心終端設計
調度大廳設置12-16塊大屏監視器組成拼接墻，通過大屏拼接器接入各個子系統信號，共用電視墻，上傳H.264編碼壓縮1920×1080P@30fps監控圖像通過視頻解碼器輸入大屏拼接器。
調度大廳設置3-6塊20寸左右高清監視器和3臺PC控制終端組成電視監控分控。視頻解碼器接收網絡上的媒體流數據，并通過解碼轉換成視頻數據，通過VGA或者HDMI接口輸出到電視墻的屏拼接器和高清監視器，通過客戶端軟件界面和視頻控制鍵盤調用、切換、控制多路監控視頻圖像到高清監視器，PC控制終端通過軟解碼，使得直接在PC上對監控內容進行實時查看、控制或歷史回放監控圖像。
控制中心監控終端稍多3-6臺，還有其它系統終端可能同時調用同一路圖像，需配置流媒體服務器為本地或其它系統服務，即本地或其它系統視頻調用由本地流媒體服務器進行圖像獲取及轉發。
控制中心網管設計
一般小的監控系統，維護缺乏智能化管理，如果出現了問題，只能通過人工依次逐段去排查，但對于地鐵大規模監控系統，如果系統不具有系統智能管理手段是不可行的，其中系統可維護性不符合要求的。
可通過視頻管理服務器和存儲數據管理服務器構成的管理平臺對所有監控設備進行統一管理，可管理帶網管功能的設備如編碼器、光端機、交換機、視頻矩陣、服務器、IPSAN磁盤陣列等，支持對設備的配置、故障、性能、告警等多方面的管理。將視頻管理服務器和存儲數據管理服務器提供標準接口和SDK開發包，集成在網管服務器，通過1臺PC網管終端的友好軟件界面顯示全線設備運行狀況。
網管服務器將電視監控系統告警信息向線路集中告警服務器上報。
網管服務器接收時鐘系統中心母鐘提供的標準時間信息，校準本系統內所有需要時間信息的設備。
系統針對不同的用戶可以采用域管理、用戶管理和云臺控制優先級管理等。
地鐵電視監控誤區
視頻圖像存儲不能一條地鐵線將所有視頻圖像在控制中心存儲，因為將各個車站60臺左右攝像機圖像上傳中心，帶寬要求很高，需敷設專用通道，物理距離很遠，視頻傳輸節點多，存儲傳輸線路受到破壞因素很多，故障點不好排查，一條存儲傳輸線路故障造成至少1個車站甚至一條地鐵線所有監控圖像存儲癱瘓，控制中心存儲設備故障也將造成全線地鐵電視監控癱瘓，所以這種一條地鐵線監控圖像集中存儲可靠性、可用性、可維護性很差，不能對地鐵運營管理和地鐵公安治安和反恐起到較好保障。采用H.264壓縮格式，在1920×1080p@30fps存儲和顯示兼顧采用4-6Mbps碼流，存儲圖像保留時間在15天，現在有的城市地鐵使用方，提出6Mbps碼流，存儲圖像保留時間在30天，存儲投資規模增加比較大，實際沒有必要。
車站運營綜合控制室視頻監視器至少有4臺，現在已有和在建一般不超過2臺，當發生電梯和安全門事故，不能及時發現和指揮。
不要將電視監控與綜合監控融合，按理如果綜合監控管理電視監控，那么可以將電視監控控制終端取消，但實際上不能取消，說明用了很大投資，完成一個相當不重要備份功能。
建議少用快球攝像機，誤導業主和公安的對全覆蓋無盲區要求，因為不能同時監控360度遠近目標，看東看不了西，看近看不了遠，而且操控人員沒有耐心20分鐘左右就控一個快球和觀看監控畫面，有可能將鏡頭對著很不重要監控區域。快球攝像機只是對公共區域監控一個輔助補充。
不要指望智能視頻分析對地鐵視頻監控有多大幫助，因為地鐵人太多，即便智能分析發現一個遺留物，也會很快被人拿走，況且還需值班人員及時發現告警，但值班人員事情很多很難及時出警。
結束語
地鐵是人流密集區域是恐怖襲擊主要目標，采用高清攝像機可以在事件發生后提供現場高清錄像，地鐵運營和公安電視監控采用同一系統，運營和公安部門的管理權限通過不同控制終端和設備優先級控制，達到資源共享，采用全IP高清攝像機，組網簡單，每個車站電視監控相對獨立，系統可靠性、可用性、可維護性更有保障。
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