视频监控系统建设与应用

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1引言

视频监控系统逐步从模拟化向数字化、网络化、智能化发展，这一发展对视频清晰度同步提出了更高的要求，高清晰度的视频意味着摄像机的像素高，对网络传输带宽、存储空间也提出了更高的要求。当前IP视频监控系统是一种综合性的多媒体应用系统，它同时并行运行24h实时音视频编码和存储等业务进程，与此同时，它还需兼顾录像回放、音视频解码、云台控制等业务进程。不同业务进程对于传输网络的需求也各不一样，在业务进程流量的方向、模型、特征上区别较大。传输网络带宽是前后端设备视频数据流的关键传输通道，视频数据流中主要包含视频、音频和控制信息三类数据，视频监控全天候24h实时运行。若按照30路视频监控点、30天的录像进行存储、8M/s的码率进行计算：则网络带宽=1080P录像路数×1080P码率，由此可计算出30路视频监控点所需网络带宽为240M/s；则全量录像存储裸容量=1080P录像路数×1080P码率×1080P录像天数×1024×1024×CBR×24×3600÷8÷1000÷1000÷1000÷1000，由此可计算出30路视频监控点位，在30天的存储量需要约82TB的存储资源进行存储。因此网络带宽、视频存储的高要求是其发展的关键。由此可见IP视频监控系统在为客户提供更直观的交流及监控手段的同时，也给其基础层的IP传输网络、存储空间带来了巨大压力。

2高清视频监控接入网现状

以平安城市（公安主导建设）中的视频监控为例，由于各派出所辖区前端监控分布较广，且覆盖不均匀，传输通道资源需进行有效合理的分配，然而，前端监控点与派出所监控中心传输距离通常较远，通常采用裸光纤方式实现前端监控点与派出所监控中心的互联，并经成对的光端机传输到接入层交换机进行汇聚，然而，由于传输距离的限制，点对点光纤通道的传输将需要一对光纤实现收发功能[2]，这样使得光纤资源的建设成本大大增加。另外，每路高清视频监控的平均码流可达到8Mbps，在密集高并发频繁调用的视频监控覆盖区，若网络带宽有限，则视频数据、控制数据流量的集中爆发将导致整个系统网络出现严重拥塞、延时、误码的概率也将急剧增加，在一定程度上促使整体性能急剧下降，因此当前组网方式对于快速发展的视频监控系统而言，仍存在大量弊端，具体表现在：（1）点对点的传输主要通过光端机来完成一收一发即，意味着需要两对纤芯资源，这使得光缆网络主干纤芯资源被快速消耗，光缆资源日趋紧张。（2）点对点传输主要通过光端机实现，然而放置在监控点的光端机的管理和维护成本较高，市场上近远端光端机的厂商较多，接口无法统一，后台系统还无法进行统一的管理，只能通过人工进行现场进行故障处理，这直接影响了系统的维护效率。（3）点对点传输需要开通连接点较多，缺乏统一有效的保护措施，直接导致业务开通和障碍处理耗费大量人力，这在一定程度上直接增加了后期运维的压力和成本。

3基于EPON技术的组网

EPON技术可满足当前高清网络视频监控系统的平台化、集中存储和远程多级调用的需求，前端摄像机数量以及网络组网可以实现无限扩展，大大降低了投资成本。基于EPON的视频监控网络架构如图1所示。OLT放在机房，ONU放在前端监控处，为监控图像传输提供网络接口。ODN为OLT和ONU提供了数据传输通道。EPON由OLT（光网络终端）、ONU（光网络单元）和ODN（光分配网络）三大系统组成。EPON网络通过波分复用技术（WDM）在一根光纤上实现双向传输（下行1490nm、上行1310nm），且在上行采用分组复用，可避免碰撞。通过光分器即光分配网络（ODN）实现点到多点的传输网络架构。上行采用时分多址（TDMA）方式实现ONU向OLT的数据传输；下行采用广播方式实现OLT向所有ONU发送数据，ONU仅接收自己的数据帧。EPON通过光信号进行数据传输，其传输结构采用“一对多”的方式；一方面，利用EPON的拓扑结构实现网络接入；另一方面，采用以太网协议实现数据传输。因此，EPON技术是既为监控网络提供了高带宽，又降低了成本。同时还具备较强的扩展性，且能接入以太网，方便管理。此外，EPON网络还具备以下优势：（1）数据传输速率高，平均每条链路可达到1.25Gbps，每条链路最多可承载128个监控点位，即每个监控点位的数据传输速率可达9Mbps，该速率足以满足高清监控8Mbps的码流，即可支持高清视频数据的实时传输和调看；（2）节约了建设和维护成本，光分配网络可为多个监控点位共享同一条主链路，且分路器对供电和环境并无太多要求，极大地节约了建设和维护成本；（3）节约了电力成本，核心网与前端视频监控的互联采用无源光网络，可节省电力成本；（4）组网灵活，可支持不同的网络组网架构，如树形、星形、网状型等；（5）节约光纤资源，即单纤芯资源即可实现收发功能；（6）传输距离远，OLT接1:32的分光器可传输最大距离为20KM。

4基于EPON技术在平安城市中的设计方案

视频监控系统整体架构由前端视频采集层、网络传输层、后端的视频监控中心组成。如图2所示为基于EPON技术的视频监控系统设计方案，其中网络传输层可分为核心网络层、数据汇聚层和接入层。在该系统架构中前端监控采集的视频数据通过ONU上联到ODN网络，ODN通过1：N分光器实现与各监控点位的ONU互联。编码压缩后的视频数据经无源光网络上传至监控中心。由此可见，传统高清视频监控网络方案相对于基于EPON监控网络的优势主要在组网灵活、方便，一方面可有效节约纤芯资源，同时ODN网络部分采用的均为无源器件，在一定程度上节约了电力成本和维护管理成本。相信在下一代的视频接入层，EPON会在平安城市、平安校园、智慧城市等信息化网络中具有更广阔的应用。

参考文献

[1]谢培新.“平安城市”高清视频监控系统监控资源接入网组网模式探讨[J].信息通信,2015(09).

[2]洪伟鹏,孙耀波.EPON技术在高速公路视频监控系统中的应用研究[J].公路,2010,27(01):102-105.

[3]王凡.基于以太网的无源光网络接入与带宽分配技术研究[D]西安：西安电子科技大学,2010.

[4]郎为民.EPON/GPON从原理到实践[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[5]胡玉辉.EPON将成IP视频监控应用主流[N].通信产业报,2009-02-23(07).

[6]井明川.高清监控网络传输方案设计创新[J].中国安防,2012(Z1):59-64.

作者:刘博斐 朱雨豪 陈锁 廖光文 单位:中电科新型智慧城市研究院有限公司