简谈高清技术在铁路视频监控中的应用

王小凤

（北京国铁华晨通信信息技术有限公司，北京 100070）

1 铁路综合视频系统现状

根据铁路通信网及视频网建设特点，铁路综合视频监控系统采用多级架构方式，分为采集点、I类接入节点、II类接入节点、区域节点和核心节点，对视频流采用分发/转发机制。而图像清晰度方面，目前铁路视频监控系统主要采用传统标清标准，前端采用模拟摄像机，后端使用数字视频编码器进行图像的编码压缩，图像质量基本在30～40万像素清晰度。对图像分辨率要求以CIF（352×288）为单位，最高分辨率要求为4CIF（704×576）。根据监控场景不同，通信、信号、电力机房内部，均采用CIF分辨率；机房外、铁路沿线、车站内旅服视频均按照4CIF分辨率进行要求。

2 高清技术

2.1 高清技术基本概念

高清技术是在广播电视领域首先被提出的，最早是由美国电影电视工程师协会（SMPTE）等权威机构制定相关标准。视频监控领域同样也广泛沿用了广播电视的标准，将“高清”定义为720P（1280×720，逐 行）、1080I（1920×1080，隔行）与1080P（1920×1080，逐行）3种标准形式。 也就是说，对最低标准的高清图像（720P）来说，有效像素已可达到130万。而最高级别的全高清1080P图像，甚至达到了300万像素。

高清视频监控大体分为3个阶段，俗称三代。第一阶段，主要适用于小场景监控的百万像素IP摄像机+视频管理软件模式；第二阶段，能够基本满足大型监控系统需求的高清IP摄像机+光端机+解码器+高清显示+高清存储模式的第二代高清监控系统；第三阶段，融合模拟标清、IP高清、HD-SDI高清3种技术的高清监控系统。

2.2 高清技术常见实现方式——网络高清摄像机

网络摄像机，也叫IP摄像机，即IP CAMERA，简称IPC。在近几年得益于网络带宽、芯片技术、编码算法、存储技术的进步而得到大力发展。IPC的特点主要体现在“IP”上，即支持网络协议的摄像机。IPC可以看成是模拟摄像机与视频编码器的结合体，从图像质量指标讲，又可以实现高于模拟摄像机与视频编码器的效果。IPC是新一代网络视频监控系统中的核心硬件设备，通常采用嵌入式架构，集成了视频音频采集、信号处理、编码压缩、智能分析、缓冲存储及网络传输等多种功能，再结合网络视频存储录像系统及管理平台软件，就可以构建成大规模、分布式的智能网络视频监控系统。

2.3 快速发展的HD-SDI技术

HD-SDI是高清数字分量串行接口，是实时无压缩的高清，是安防监控领域的又一科技进步，为监控中心提供高清晰图像来源的设备。基于SDI接口的高清视频系统具有图像无损、非压缩，以及高清图像传输无延时等IP高清摄像机所不具备的优点。HD-SDI摄像机所提供的未压缩高清图像是智能监控所需的最佳图像来源。此外，由于视频是实时传送，不会出现网络系统中的视频中断或延迟，避免带来错误的信息。由于HD-SDI摄像机采用传统的BNC接头，传输线缆使用常用的国标“75-5”视频线，因此，只需更换前端摄像机和后端设备，即可实现将既有标清系统升级改造为高清系统。北京奥运期间，所有场馆的高清电视转播采用的就是HD-SDI高清视频传输方式。

2.4 高清技术与传统标清技术相比的优势

传统标清图像，以CIF为单位作为像素、清晰度标定，包括PAL制式和NTSC制式两种，而国内铁路行业基本采用的均是PAL制式，最高分辨率提供到4CIF（704*576）像素，即40万像素级别。

从技术角度而言，IPC相对于传统模拟摄像机，直接于前端完成对音视频信号的模数转换，以数字信号的形式在网络中传输，有效地避免了传统模拟信号传输距离受限的问题。同时，IPC通常采用逐行扫描的方式，相比模拟相机的隔行扫描 ，能提供更清晰的画质效果。

根据以上比较，高清720P的分辨率为标清CIF分辨率的9倍，即得到9倍于传统CIF画质的图像清晰度。因此，从最直观的视觉效果进行比较，720P相比标清4CIF图像，清晰度提升效果明显。

3 铁路行业高清技术应用分析

3.1 车站内重点场所

1）售票处：针对各种纠纷事件，以高清晰度的图像显示，配以实时录音功能的全面场景回放，以实现配合工作人员对问题进行调解。

2）安检口：不但实现对错拿行李情况的追踪查询，方便车站人员迅速定位相关人员，以便查找；还能配以人脸识别系统，与公安系统相关数据进行比对，实现对重点关注对象的排查。

3）案件多发区：通过高清图像，对发生纠纷、案件的场景进行回放，定位相关责任人，进而帮助民事协调、刑事侦破等工作的快速开展。

3.2 铁路沿线

在铁路沿线的灾害重点区域、重点交叉道口，目前铁路视频监控所采用的多为标清图像，但对于部分管理部门而言，则要求对重点位置能够做到“看清”。但由于场景、环境等多种客观因素的限制，造成无法达到所需的清晰效果。因此，高清图像的使用，将能够从很大程度上缓解这个问题。

3.3 高清技术的选择

对于铁路应用而言，认为采用720P为佳。不可否认，1080P带来了更佳的清晰度和监控体验，但任何项目的投资都要考虑经济、实用等多方面因素，过高地追求高标准，势必带来高投入。

就铁路行业视频监控应用而言，大体分为4类：第一类为通信、信号等机房监控。该类监控基本为小场景，摄像机基本安装于机房内，或沿线机房所在院落内，监控机房内设备或基站机房门口，兼顾设备安全及运行状况；第二类，沿线重点地点监控，如公跨铁、救援疏散通道、隧道口、咽喉区等。针对此类场景，摄像机多为就近安装，观测距离很少超过100 m且场景相对固定；第三类，长距摄像机，通常安装于基站铁塔，用来对高铁线路沿线状况巡视使用；第四类，即车站内图像监控，提供旅客流量监控、治安事件预防等多项帮助。

综合以上4种类型，结合高清应用场景的实际考虑，铁路行业对高清图像需求，应倾向于相对小场景下的高清晰监控，尤其以车站内监控为主要特征。但考虑到车站内监控点位分布密集，各摄像机监控场景形成交叉，故720P的清晰度已足可满足实际场景监控需求。因此，针对铁路视频监控系统，可采用”标清+数字高清“一体化系统的方式，针对重点场景采用百万级像素的高清图像进行监控，普通场景则沿用标清图像标准。

4 基于铁路视频监控技术标准体系架构的高清技术应用

现行铁路视频监控系统技术规范中，对于系统体系架构进行了明确的规定，整体系统采用流媒体分发的方式，并根据视频监控需求层级不同采用多级系统架构，如图1所示。最底层节点设置视频存储分发服务。视频流经最底层的存储分发服务处理后，实现视频存储及分发功能；而当高层级用户具有调取视频图像需求时，则通过本级视频转发服务向较低级别的转发服务/分发服务申请所需的视频图像资源。当出现多用户同时申请同一路图像资源时，则由本级分发服务/转发服务自动完成该路图像的分发功能，而无需多次申请同一路视频，从而起到了降低各级间的带宽需求。

如前所述，现有铁路视频监控系统体系架构已在多个项目中进行实践与推广，因此，引入高清技术的铁路视频监控也应遵循此体系。只需通过高清设备软件接口，在系统底层实现对高清视频图像的接入，即可使得针对既有系统部分升级为高清视频成为可能。

[1] TB 10085-2009 铁路图像通信设计规范[S].

[2]运基通信[2008]630号 铁路综合视频监控系统技术规范（试行）[S].

[3] GA/T 367-2001 视频安防监控系统技术要求[S].

[4] GB 50396-2007 出入口控制系统工程设计规范[S].

[5]西刹子.安防天下—智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社，2010.

[6]师研，侯宗友，吴平，等.高清趋势下铁路综合视频监控系统架构[J].中国铁路，2012，89-91.