前言

    提起數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)，人們較多想到的是各種視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)及其在IP網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及應(yīng)用，且充斥雜志、網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)文章不計(jì)其數(shù)。隨著光纖通信技術(shù)不斷發(fā)展及廣泛應(yīng)用，近五、六年來另一種基于光纖傳輸?shù)臄?shù)字視頻技術(shù)，以其高畫質(zhì)、低時(shí)延、優(yōu)良的QoS及高安全可靠性，逐步應(yīng)用在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，這就是數(shù)字非壓縮視頻技術(shù)。對于基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)與劣，本文不再贅述，這里僅就數(shù)字非壓縮視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展及基于數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)的新一代視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)做一介紹。文中的“數(shù)字視頻”未作特殊說明時(shí)，均指數(shù)字非壓縮視頻。

    數(shù)字視頻傳輸?shù)陌l(fā)展歷程

    早期的視頻光纖傳輸技術(shù)主要是采用模擬調(diào)幅、調(diào)頻/調(diào)相的方式，由于模擬信號(hào)抗干擾能力差、多路復(fù)用繁瑣，且對設(shè)備中的元器件性能及環(huán)境溫度要求高，逐步被數(shù)字視頻傳輸技術(shù)所取代。

    數(shù)字視頻傳輸技術(shù)是將模擬基帶的視頻信號(hào)經(jīng)高速取樣、量化并編碼后，形成數(shù)字碼流，然后將多路數(shù)字視頻碼流進(jìn)行多路復(fù)用并進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換后，經(jīng)光發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射；另一端的光接收機(jī)進(jìn)行接收，解復(fù)用并進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換后恢復(fù)成模擬視頻信號(hào)。

    第一代的數(shù)字視頻傳輸設(shè)備，為點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方式的數(shù)字視頻光端機(jī)，通常一對光端機(jī)可提供1~16路視頻信號(hào)的傳輸，其后，為滿足其他應(yīng)用需求，此類視頻光端機(jī)除提供視頻傳輸外，同時(shí)還提供音頻、數(shù)據(jù)的接入與傳輸。這類光端機(jī)在較為簡單的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，可以很好地完成傳輸優(yōu)質(zhì)動(dòng)態(tài)圖像的工作，但在組建較大規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，則顯得有些“力不從心”。

    針對點(diǎn)對點(diǎn)視頻光端機(jī)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)中顯現(xiàn)出的弱點(diǎn)，第二代的數(shù)字視頻傳輸設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，此類光端機(jī)借鑒了SDH技術(shù)并結(jié)合WDM/CWDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字視頻光纖傳輸?shù)穆?lián)網(wǎng)功能，支持環(huán)網(wǎng)（帶自愈保護(hù)）、鏈型（節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)）、樹型及混合組網(wǎng)方式，同時(shí)提供了音頻、異步數(shù)據(jù)、E1、以太網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)的接入及傳輸。北京蛙視通信技術(shù)公司的VOX多業(yè)務(wù)光傳輸平臺(tái)，是該類產(chǎn)品的典型代表。

    隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，級別也越來越多，系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)間視頻圖像共享交換數(shù)量大大增加。而現(xiàn)有的系統(tǒng)中需要通過幾級模擬矩陣、經(jīng)過多次模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)，不僅造成視頻信號(hào)傳輸質(zhì)量下降，對圖像切換控制也受到很大限制。同時(shí)現(xiàn)有系統(tǒng)中大量的接入設(shè)備和中間設(shè)備增加了故障排查的難度。因此，市場急需全新的視頻傳輸交換技術(shù)誕生，以滿足大規(guī)模、多級別遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要。北京蛙視通信開創(chuàng)性地將分布是數(shù)字視頻交換矩陣與VOX多業(yè)務(wù)光傳輸平臺(tái)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，推出了新一代的數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)VOX-XG。

    數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)

    數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)VOX-XG是集光傳輸、多業(yè)務(wù)接入、分布式數(shù)字視頻矩陣于一體，具有全數(shù)字、大容量、高擴(kuò)展性的多業(yè)務(wù)光傳輸交換平臺(tái)；同時(shí)也是一個(gè)具有完善的視頻管理及網(wǎng)絡(luò)管理能力的管理平臺(tái)。

    VOX-XG硬件功能結(jié)構(gòu)見下圖，主要由業(yè)務(wù)接口、交換背板、分復(fù)接處理和光傳輸接口、時(shí)鐘、網(wǎng)管和電源幾部分組成。 

    業(yè)務(wù)接口完成對各種接入信號(hào)的處理，如對模擬視、音頻信號(hào)的模/數(shù)、數(shù)/模變換，對數(shù)據(jù)接入信號(hào)進(jìn)行接口電平轉(zhuǎn)換及速率適配，對光纖接入信號(hào)的光電、電光變換及其中各業(yè)務(wù)信號(hào)的再生重建。

    光傳輸接口實(shí)現(xiàn)將經(jīng)復(fù)接處理后的信號(hào)進(jìn)行電光變換，然后經(jīng)光纖進(jìn)行傳輸，同時(shí)將接收的光信號(hào)進(jìn)行反向處理，光傳輸接口部分可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求情況，配置不同數(shù)量、多種速率、不同組網(wǎng)功能的光卡，以實(shí)現(xiàn)支持多個(gè)傳輸方向、多種傳輸容量、多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M網(wǎng)形式的光纖線路傳輸。

    交換背板提供高達(dá)數(shù)十Gbps的背板總線帶寬，它在網(wǎng)管軟件的控制下，實(shí)現(xiàn)對全部本地接入及光線路上的數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行全交叉的實(shí)時(shí)交換，亦即實(shí)現(xiàn)全數(shù)字的視頻矩陣功能，通過交換背板總線，可將數(shù)字視頻信號(hào)在本地接入/截止、本地輸出、直接續(xù)傳、在本地環(huán)通輸出并續(xù)傳、組播（向所選定的一些傳輸方向同時(shí)傳輸）、廣播（向所有方向同時(shí)傳輸）。系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于每一節(jié)點(diǎn)/子站均存在一個(gè)數(shù)字的視頻矩陣，它們在網(wǎng)管軟件的統(tǒng)一調(diào)配控制下，形成了一個(gè)組成網(wǎng)絡(luò)的分布式數(shù)字視頻矩陣。從而實(shí)現(xiàn)了大容量、高速率、無延時(shí)的數(shù)字視頻及其它業(yè)務(wù)的交換、傳輸。

    時(shí)鐘模塊提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同步時(shí)鐘，可提供多種時(shí)鐘方式，供系統(tǒng)在不同應(yīng)用或不同工作條件下進(jìn)行相應(yīng)選擇。

    網(wǎng)管模塊完成設(shè)備各板卡及通信線路工作運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)采集，并與后臺(tái)管理軟件進(jìn)行通信，同時(shí)根據(jù)后臺(tái)管理軟件的設(shè)置或控制命令，完成對設(shè)備/板卡相關(guān)參數(shù)、工作模式等做出相應(yīng)的設(shè)置或控制，后臺(tái)管理軟件通過與網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)/子站內(nèi)的網(wǎng)管模塊的通信，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理功能；網(wǎng)管模塊的另一功能，就是數(shù)字視頻矩陣的視頻交換管理功能，亦即數(shù)字視頻信號(hào)的路由調(diào)度控制管理功能。

    VOX-XG系統(tǒng)由中心站和各級子站組成，通過光纖連接實(shí)現(xiàn)星型、鏈型、樹型、環(huán)形（自愈）、網(wǎng)孔形（自愈）及混合型各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，管理軟件可對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)采用高速數(shù)字背板技術(shù)，用戶可方便地對中心站和各級子站視音頻信號(hào)進(jìn)行任意切換，從而實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)字矩陣功能。最前端的遠(yuǎn)端模塊通過光纖把視頻傳輸?shù)角岸俗诱?，同時(shí)本地模擬視頻也可直接接入該子站，一起進(jìn)到前端子站的矩陣系統(tǒng)，前端子站配置視頻輸出卡提供矩陣輸出，同時(shí)可配置光纖傳輸卡把矩陣系統(tǒng)級聯(lián)到上級子站，最后可級聯(lián)到中心站，實(shí)現(xiàn)分布式矩陣聯(lián)網(wǎng)。整個(gè)系統(tǒng)可提供視頻、音頻、異步數(shù)據(jù)、E1以及以太網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)接入，并實(shí)現(xiàn)大容量、高速率、無延時(shí)的數(shù)字視頻及其它業(yè)務(wù)的交換、傳輸。

    VOX-XG具有完備的網(wǎng)絡(luò)管理功能，通過網(wǎng)絡(luò)管理軟件，對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的管理。包括：

    ◇配置管理：
    對設(shè)備參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置管理。建立和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的物理、邏輯資源配置；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D形的顯示；增加或刪除網(wǎng)絡(luò)中的物理設(shè)備；增加或刪除網(wǎng)絡(luò)中的傳輸鏈路；設(shè)置和監(jiān)視環(huán)回。

    ◇故障管理：
    提供對系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)異常的檢測并記錄，通過異常數(shù)據(jù)判別網(wǎng)絡(luò)中故障的位置、性質(zhì)及確定其對網(wǎng)絡(luò)的影響，并進(jìn)一步采取相應(yīng)的措施。故障可定位到光線路、通道、板卡或接口。

    ◇性能管理：
    網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能對網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備的性能進(jìn)行監(jiān)視、分析和控制，確保網(wǎng)絡(luò)本身及網(wǎng)絡(luò)中的各設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

    ◇安全管理：
    防止非法用戶的進(jìn)入；對運(yùn)行和維護(hù)人員，根據(jù)其權(quán)限，實(shí)現(xiàn)多級管理。$Page_Split$

  數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)VOX-XG具有以下特點(diǎn)：

    分布式數(shù)字視頻矩陣結(jié)構(gòu)、全交叉數(shù)字矩陣功能；
    一級編碼，多級共享，全網(wǎng)視頻圖像無損傳輸和任意切換；
    視頻和語音同步切換；
    視頻分配功能，可取代模擬視頻分配器；
    字符疊加功能，可取代字符疊加器；
    多種業(yè)務(wù)接入、同一傳輸平臺(tái)。除實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量視頻接入、傳輸和交換外，還可提供以太網(wǎng)、E1、音頻、報(bào)警信號(hào)及低速數(shù)據(jù)的接入和傳輸；
    模塊化設(shè)計(jì)、擴(kuò)展靈活，業(yè)務(wù)卡即插即用，可熱插拔；
    智能化通用背板總線設(shè)計(jì)，可與技術(shù)發(fā)展同步演進(jìn)，并順應(yīng)需求變化，平滑升級系統(tǒng)；
    中心/子站內(nèi)的擴(kuò)容，采用堆疊技術(shù)，使系統(tǒng)擴(kuò)容隨心所欲；
    系統(tǒng)容量大、超強(qiáng)的組網(wǎng)能力。支持環(huán)形（自愈）、網(wǎng)孔形（自愈） 、星型、鏈型、樹型及混合型各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
    良好的兼容性?？蓪⒁延幸曨l監(jiān)控系統(tǒng)接入本平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制及管理；
    便捷的控制管理功能、完善的安全保證機(jī)制；
    全網(wǎng)接入、傳輸和交換統(tǒng)一管理。故障自我診斷，良好的人機(jī)界面，大大提升自動(dòng)化管理水平。網(wǎng)管接入可在任何一點(diǎn)，權(quán)限設(shè)置實(shí)現(xiàn)多級管理。

    數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)的典型應(yīng)用
    ――平安城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)
    公安系統(tǒng)“平安城市”視頻應(yīng)用的主要需求及特點(diǎn)是：通信網(wǎng)絡(luò)為三級/四級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，要求提供靈活的組網(wǎng)能力和網(wǎng)絡(luò)延伸拓展能力；要有豐富的通信接口；提供多點(diǎn)雙向高質(zhì)的視音頻傳輸并可實(shí)現(xiàn)會(huì)議電視功能；各信道之間相互獨(dú)立，良好的保密性和可靠性。

    采用傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)（視頻光端機(jī)+模擬矩陣）構(gòu)建這樣的視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，其弱點(diǎn)表現(xiàn)為：
    ◇ 中間設(shè)備多（光端機(jī)、矩陣、視分器等等），品牌多、型號(hào)雜，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、方便和有效的管理；
    ◇ 多級視頻傳輸，多次A/D、D/A變換，圖像質(zhì)量嚴(yán)重劣化；
    ◇ 系統(tǒng)擴(kuò)容困難；
    ◇ 難以構(gòu)建多級別、大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

    下圖為采用VOX-XG構(gòu)建的平安城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

    通過數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)VOX-XG構(gòu)建的平安城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)，完全避免了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不足，通過光纖組成整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)安防監(jiān)控資源的整合、共享、統(tǒng)一調(diào)度和管理，同時(shí)將視頻、音頻及數(shù)據(jù)（含Ethernet）統(tǒng)一到同一傳輸平臺(tái)。

    在該拓?fù)鋱D中
    ◇ 前端監(jiān)控點(diǎn)視頻及其它信號(hào)，經(jīng)遠(yuǎn)端接入模塊傳至派出所監(jiān)控室進(jìn)行顯示監(jiān)控，根據(jù)需要，通過管理控制，選出一定路數(shù)視頻信號(hào)同時(shí)傳送至分局監(jiān)控中心(本地環(huán)通輸出并續(xù)傳)；
    ◇ 分局監(jiān)控中心將各派出所傳至的視頻顯示，同時(shí)選定一定路數(shù)信號(hào)傳至市局及政府相關(guān)部門(本地環(huán)通輸出并續(xù)傳)，傳至市局及相關(guān)部門的信號(hào)可相同也可不同；如需要，同樣可將所需信號(hào)上傳至省/廳監(jiān)控中心；
    ◇ 根據(jù)需要，上傳至分局/市局的圖像可同時(shí)傳至其它需要該圖像的監(jiān)控點(diǎn)（派出所/分局/…)；
    ◇ 視/音頻信號(hào)的雙向傳輸及多點(diǎn)共享，可實(shí)現(xiàn)會(huì)議電視，并快速形成應(yīng)急指揮系統(tǒng)；
    ◇ 各監(jiān)控中心的視頻信號(hào)可經(jīng)VON設(shè)備傳至IP網(wǎng)絡(luò)中，以進(jìn)行圖像的存儲(chǔ)及事后查詢，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)圖像的共享；
    ◇ 系統(tǒng)提供多級管理，及相應(yīng)的管理權(quán)限認(rèn)證；各節(jié)點(diǎn)均可作為管理系統(tǒng)的接入點(diǎn)。

    在數(shù)字視頻傳輸廣泛應(yīng)用的公安、交通管理領(lǐng)域，經(jīng)常需要完成重大事件的保衛(wèi)任務(wù)，對突發(fā)事件的緊急應(yīng)對，VOX-XG全網(wǎng)的任意切換功能就充分體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。VOX-XG通過網(wǎng)管設(shè)置可建立任意路徑的視頻通道，對重大事件或突發(fā)事件進(jìn)行全程追蹤。同時(shí)可以將全網(wǎng)中任一節(jié)點(diǎn)設(shè)置為臨時(shí)指揮中心，對全網(wǎng)進(jìn)行臨時(shí)控制和管理。也就是說派出所、分局、指揮中心組成的多極網(wǎng)絡(luò)中，通過簡單的設(shè)置即可將事發(fā)當(dāng)?shù)厣壋膳R時(shí)指揮中心，替代指揮中心完成對全網(wǎng)業(yè)務(wù)的調(diào)配與管理，應(yīng)對突發(fā)事件極為靈活、便捷。

    結(jié)束語

    數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)VOX-XG不僅適合構(gòu)建簡單視頻監(jiān)控系統(tǒng)，更適合構(gòu)建多級聯(lián)網(wǎng)且對視頻圖像質(zhì)量要求高的復(fù)雜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)也是專網(wǎng)用戶通信網(wǎng)絡(luò)改造升級中，通信設(shè)備的良好換代產(chǎn)品。

    數(shù)字視頻光傳輸交換平臺(tái)融合了多種技術(shù)及多種應(yīng)用，為構(gòu)建視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)新思路，為數(shù)字視頻傳輸技術(shù)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用指明了發(fā)展方向。 

    新一代數(shù)字視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的推出，必將開創(chuàng)一個(gè)數(shù)字視頻監(jiān)控的新時(shí)代。