視頻監(jiān)控以其直觀性、實時性等特點，被高速公路、城市道路及鐵路等交通行業(yè)廣泛應(yīng)用。高速公路運營單位通過機電系統(tǒng)設(shè)置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地進行監(jiān)控，并對各種突發(fā)事件做出及時地發(fā)現(xiàn)和確認。

高速公路視頻監(jiān)控的特點和現(xiàn)狀
    高速公路視頻監(jiān)控主要分兩種，一種設(shè)置于高速公路沿線（含立交、隧道、橋梁等），對交通流進行監(jiān)視；一種設(shè)置于收費站，對收費進行監(jiān)視。根據(jù)各路的管理體制，視頻一般直接上傳至臨近的現(xiàn)場監(jiān)控站，然后通過現(xiàn)場監(jiān)控站的視頻矩陣切換一定路數(shù)視頻上傳到監(jiān)控中心，再通過監(jiān)控中心視頻矩陣切換一定路數(shù)視頻上傳到監(jiān)控總中心。一般省級高速公路監(jiān)控管理模式分3~4級，比如重慶市高速公路在中西部區(qū)域采用三級監(jiān)控管理模式。第一級為重慶市監(jiān)控總中心兼中西部區(qū)域監(jiān)控中心，第二級為各公司監(jiān)控中心，第三級為隧道監(jiān)控站和外場設(shè)備。

    目前，大多省份高速公路之間相對獨立，視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控尚未形成，視頻圖像多采用光端機進行傳輸，通過視頻矩陣進行切換顯示和錄像。各級視頻矩陣采用級聯(lián)方式進行視頻聯(lián)網(wǎng)控制。

傳統(tǒng)監(jiān)控和組播監(jiān)控
    傳統(tǒng)監(jiān)控模式在高速公路建設(shè)初期，路網(wǎng)尚未形成時，對高速公路運營管理起到了積極作用。但隨著高速公路的不斷發(fā)展，路網(wǎng)管理中心建設(shè)的不斷加快，路網(wǎng)多級視頻監(jiān)控功能需求的不斷提升，傳統(tǒng)監(jiān)控模式逐漸暴露其缺點，如占用光纖資源較多、帶寬得不到有效利用、系統(tǒng)擴建難度大、不同品牌視頻矩陣級聯(lián)兼容性差、與其它系統(tǒng)融合困難等。

    采用組播監(jiān)控模式，結(jié)合虛擬矩陣，上述問題可以得到很好的解決，并可以在系統(tǒng)中增加其它有用的功能模塊，也可以與其它系統(tǒng)無縫銜接。

    圖1為傳統(tǒng)監(jiān)控模式和組播監(jiān)控模式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的對比，可以明顯的看到，使用組播主要優(yōu)勢有。

    1、系統(tǒng)穩(wěn)定，投資少。實現(xiàn)相同的功能，組播監(jiān)控比傳統(tǒng)監(jiān)控結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備少。從而系統(tǒng)穩(wěn)定性高，投資少，滿足管理和運營對成本控制的需要。

    2、控制靈活，圖像質(zhì)量好。傳統(tǒng)監(jiān)控在實現(xiàn)多級監(jiān)控時，需要光端機將前端攝像機視頻傳輸給視頻矩陣，再利用光端機將視頻矩陣輸出視頻向上級傳輸。這種方式上級只能觀看下級視頻矩陣切換給上級的圖像，造成上級管理的不靈活；并且圖像需要通過光端機再編再解傳輸，造成圖像質(zhì)量的不斷下降。與此相反，組播監(jiān)控系統(tǒng)的編碼過程只有一次，無論幾級監(jiān)控，各級監(jiān)控的解碼器直接從網(wǎng)絡(luò)中接收IP組播信號，避免了再編再解的現(xiàn)象；并且在可管理性上有大幅度的提高，可以利用虛擬矩陣控制解碼器接收前端任意一路視頻，而不受下級監(jiān)控中心的影響。[nextpage]

    由于傳統(tǒng)視頻監(jiān)控模式的弊端，且系統(tǒng)的建設(shè)要考慮到今后幾年甚至幾十年業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，結(jié)合系統(tǒng)現(xiàn)狀，重慶市高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)采用IP組播技術(shù)，可以實現(xiàn)多級監(jiān)控，無須再編再解，并且具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省設(shè)備投資，升級擴容方便等優(yōu)點。

視頻組播監(jiān)控系統(tǒng)
    視頻組播監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)圖（見圖2）

    對于視頻圖像，重慶市高速公路視頻系統(tǒng)采用監(jiān)控圖像與收費圖像共同傳輸方式，采用彈性分組環(huán)（RPR）技術(shù)與多業(yè)務(wù)傳輸平臺（MSTP）技術(shù)相結(jié)合的方式。所有圖像均為數(shù)字化，由各級監(jiān)控和收費系統(tǒng)中的虛擬矩陣通過編解碼器實現(xiàn)控制和切換調(diào)用。

    系統(tǒng)按工作流程分為圖像及信號采集系統(tǒng)、圖像組播系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、虛擬矩陣系統(tǒng)、電視墻監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)字存儲系統(tǒng)、報警聯(lián)動系統(tǒng)和計算機軟解碼系統(tǒng)。

圖像及信號采集系統(tǒng)
    該系統(tǒng)處于最前端，主要負責(zé)視頻信號的采集以及圖像控制信號的傳輸。對于距編碼器安置地點較遠的攝像機，視頻信號通過光端機傳輸給編碼器編碼后發(fā)送。對于距編碼器較近的攝像機可以直接通過視頻線接入編碼器。對于帶云臺的攝像機和球機除了要傳送視頻信號外，還要傳送控制信號，編碼器應(yīng)提供RS232接口和傳輸通道。

圖像組播系統(tǒng)
1、組播
    IP組播是利用協(xié)議將IP數(shù)據(jù)包從一個源傳送到多個目的地，將信息的拷貝發(fā)送到一組地址，到達所有想要接收它的接收者處，是一對多的關(guān)系。IP組播是將IP數(shù)據(jù)包“盡最大努力”傳輸?shù)揭粋€構(gòu)成組播群組的主機集合，群組的各個成員可以分布于各個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)上。IP組播群組中成員的關(guān)系是動態(tài)的，主機可以隨時加入和退出群組，群組的成員關(guān)系決定了主機是否接收送給該群組的組播數(shù)據(jù)包，不是某群組的成員主機也能向該群組發(fā)送組播數(shù)據(jù)包。

    組播效率非常高，因為任何給定的鏈路最多用一次，可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源。舉一個例子來說明，建立一個主機發(fā)送者和遠端網(wǎng)絡(luò)的通信，網(wǎng)絡(luò)中有N個用戶。對于視頻監(jiān)控圖像，一個視頻信息流如果占用4Mbit/s的帶寬，在一個組播環(huán)境里，不論網(wǎng)絡(luò)中的用戶數(shù)目有多少，設(shè)備發(fā)出的一個視頻流，由網(wǎng)絡(luò)中的路由器或交換機同時復(fù)制出N個視頻流，組播到每個特定的用戶，僅需4Mbit/s的帶寬。因此，在系統(tǒng)環(huán)境中主干網(wǎng)是暢通的。圖3為組播示意圖。

    可見，IP組播能夠有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源，大大減少網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)的負荷，從而高性能地發(fā)送信息。另外，組播傳送的信息能同時到達用戶端，時延小，且網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器不需要知道每個客戶機的地址。所有的接收者使用一個網(wǎng)絡(luò)組播地址，可實現(xiàn)匿名服務(wù)。[nextpage]

2、視頻組播
    在高速公路視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)中，前端對圖像進行壓縮編碼的編碼器可以對后端所有的解碼器實施組播功能，只要對解碼器的接收參數(shù)稍做更改，所有解碼器便可以同時接收到圖像的數(shù)字視頻信息數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)1臺編碼器發(fā)送，多臺解碼器接收的視頻組播傳輸機制。因此，有了這種視頻組播傳輸機制，后端的任意一臺解碼器就可以接收到前端任意一臺編碼器所發(fā)送的數(shù)字視頻信息數(shù)據(jù)。

    高速公路所承載各種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)主要為IP網(wǎng)絡(luò)，IP網(wǎng)絡(luò)具有多方面的優(yōu)勢，除了有較好的靈活性，穩(wěn)定性，實時性，傳輸容量大，承載業(yè)務(wù)種類多等各種優(yōu)點外，在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中還特別適用于和編解碼器相配合，共同實現(xiàn)對數(shù)字視頻信號、控制信號和報警信號的傳輸。由于IP網(wǎng)絡(luò)能對數(shù)字視頻信息傳輸進行優(yōu)化并能增進監(jiān)控的可管理性，且IP組播具有可升級性，與新的IP業(yè)務(wù)能相兼容，因此IP 組播技術(shù)逐步成為當(dāng)今高速公路視頻監(jiān)控的一個發(fā)展趨勢。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
    無論通信鏈路的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如何，對于視頻傳輸系統(tǒng)都視為一個透明的傳輸鏈路，前端的各個編碼節(jié)點和各個中心都可以作為一個獨立的模塊接入整個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，如圖2的視頻組播監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)圖所示。采用這種方案對于新建的道路前端節(jié)點或各級中心而言都可以無縫的直接接入網(wǎng)絡(luò)，無論對于擴容、擴建、還是升級而言都非常的方便，而且不會對原系統(tǒng)造成任何影響，不會產(chǎn)生任何額外浪費。

    由于視頻傳輸需要通過組播功能實現(xiàn)，因此通信鏈路必須支持組播功能，交換機必須支持有關(guān)的組播協(xié)議。在沒有解碼器接收信號的時候，編碼器信號不在通信鏈路上傳輸，交換機直接將信號攔斷。

虛擬矩陣系統(tǒng)
1、虛擬矩陣原理
    傳統(tǒng)組網(wǎng)方式要想實現(xiàn)監(jiān)控切換調(diào)度功能，需要使用視頻矩陣，并且必須將前端所有圖像輸入到視頻矩陣進行切換。若中心需要輪流監(jiān)控200路圖像中的20路，則需要200對光端機進行圖像傳輸，在中心通過支持200路圖像輸入的視頻矩陣切換20路圖像到電視墻。

    所謂虛擬矩陣就是不通過視頻矩陣而是通過計算機操作來實現(xiàn)視頻矩陣功能的軟件系統(tǒng)。它不但具備視頻矩陣所具備的功能而且操作簡單，功能強大，節(jié)省成本，是專門針對IP鏈路設(shè)計的軟件系統(tǒng)。上述視頻傳輸例子若采用虛擬矩陣只要20臺解碼器，且不需購買視頻矩陣。虛擬矩陣通過修改解碼器的接收組播IP地址可以對前端任意一路圖像進行解碼觀看。每臺解碼器可以解碼輸出相同的圖像也可以輸出不同的圖像，然后接入監(jiān)視墻。當(dāng)需要切換圖像的時候，直接修改解碼器的接收組播IP地址。

    虛擬矩陣能夠按照用戶預(yù)先的設(shè)定，方便的實現(xiàn)手動或自動切換功能?？梢猿浞值墓?jié)省帶寬，傳輸通道中不必傳輸200個視頻流，只需傳輸20個視頻流即可。虛擬矩陣可以讓前端編碼器只編碼不發(fā)送，當(dāng)虛擬矩陣設(shè)定解碼器接收圖像時再通知前端的編碼器輸出，這樣就可以保證需要觀看的圖像才會在鏈路中傳輸。

2、虛擬矩陣與其它系統(tǒng)
    虛擬矩陣作為高速公路機電監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，既要完成自身的功能，又要與其它系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，完成整個系統(tǒng)的各項功能。[nextpage]

    監(jiān)控系統(tǒng)軟件作為虛擬矩陣的上層軟件，用來完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的各項功能。監(jiān)控系統(tǒng)軟件的功能之一就是完成各類報警系統(tǒng)的報警警號搜集和處理，制定相應(yīng)的預(yù)案，依照預(yù)案向虛擬矩陣發(fā)送指令，虛擬矩陣按照指令將一路或幾路圖像切換到相應(yīng)的設(shè)備進行觀看、錄像、分析等，并返回相應(yīng)的執(zhí)行情況。

其它系統(tǒng)
    電視墻監(jiān)視系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)圖像的直觀、實時顯示；數(shù)字存儲系統(tǒng)主要功能是對特定的圖像在特定的時間段進行錄像以備事后查看、分析；報警聯(lián)動系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的聯(lián)動控制；計算機軟解碼系統(tǒng)是在各級監(jiān)控中心的計算機上對圖像進行選擇性的觀看和控制。

編解碼器配置原則
    為了滿足建設(shè)和管理的需要，降低建設(shè)和管理的費用，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)情況，編解碼器配置采用多編少解的原則。編碼器根據(jù)各路段攝像機的數(shù)量，按攝像機和編碼器1:1比例配置；解碼器根據(jù)中心顯示設(shè)備的數(shù)量，按顯示設(shè)備和解碼器1:1比例配置。

系統(tǒng)功能
·對系統(tǒng)中的所有圖像進行集中控制，集中管理。各級監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有技術(shù)方案統(tǒng)一性，與其他系統(tǒng)協(xié)作工作時具備結(jié)構(gòu)開放性；
·系統(tǒng)中各級中心可以依照權(quán)限調(diào)用圖像，各中心相互獨立，互不干擾，依照權(quán)限判定對圖像進行操作；
·系統(tǒng)可以直接調(diào)用任意編碼器的視頻圖像到監(jiān)控中心進行監(jiān)控；可以調(diào)用任意編碼器的視頻圖像到指定的數(shù)字視頻存儲系統(tǒng)進行存儲；
·系統(tǒng)具備報警聯(lián)動功能，當(dāng)有報警事件發(fā)生時，能夠按照預(yù)案自動切換和調(diào)度圖像，存儲圖像。系統(tǒng)支持對各種事件設(shè)置處理預(yù)案，提高對各類事件的處理速度；
·系統(tǒng)中一個中心發(fā)生故障時，不對其它中心造成任何影響，同時可以通過其它中心實現(xiàn)應(yīng)急中心的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)移動中心的功能；
·系統(tǒng)提供多種控制優(yōu)先級供用戶選擇和定義，滿足各種情況下各中心對攝像機的獨立和并發(fā)控制要求；
·支持圖像軟解碼，支持在計算機上顯示和控制監(jiān)控圖像；
·支持對攝像機和云臺的控制；
·采用C/S架構(gòu)，通過SNMP協(xié)議對設(shè)備參數(shù)進行配置和管理，支持日志記錄和查詢，支持用戶管理與權(quán)限配置等功能。