新一代数字视频监控网络平台――数字视频光传输交换平台

   前言

    提起数字视频监控系统及相关技术，人们较多想到的是各种视频压缩编码标准及其在IP网络中的传输及应用，且充斥杂志、网络中的相关文章不计其数。随着光纤通信技术不断发展及广泛应用，近五、六年来另一种基于光纤传输的数字视频技术，以其高画质、低时延、优良的QoS及高安全可靠性，逐步应用在视频监控系统中，这就是数字非压缩视频技术。对于基于IP网络的视频监控系统的优与劣，本文不再赘述，这里仅就数字非压缩视频监控技术的应用、发展及基于数字视频光传输交换平台的新一代视频监控网络架构做一介绍。文中的“数字视频”未作特殊说明时，均指数字非压缩视频。

    数字视频传输的发展历程

    早期的视频光纤传输技术主要是采用模拟调幅、调频/调相的方式，由于模拟信号抗干扰能力差、多路复用繁琐，且对设备中的元器件性能及环境温度要求高，逐步被数字视频传输技术所取代。

    数字视频传输技术是将模拟基带的视频信号经高速取样、量化并编码后，形成数字码流，然后将多路数字视频码流进行多路复用并进行电/光转换后，经光发射机进行发射；另一端的光接收机进行接收，解复用并进行数/模转换后恢复成模拟视频信号。

    第一代的数字视频传输设备，为点对点传输方式的数字视频光端机，通常一对光端机可提供1~16路视频信号的传输，其后，为满足其他应用需求，此类视频光端机除提供视频传输外，同时还提供音频、数据的接入与传输。这类光端机在较为简单的视频监控系统中，可以很好地完成传输优质动态图像的工作，但在组建较大规模的视频监控系统时，则显得有些“力不从心”。

    针对点对点视频光端机在视频监控系统组网中显现出的弱点，第二代的数字视频传输设备应运而生，此类光端机借鉴了SDH技术并结合WDM/CWDM技术，实现了数字视频光纤传输的联网功能，支持环网（带自愈保护）、链型（节点式光端机）、树型及混合组网方式，同时提供了音频、异步数据、E1、以太网等多种业务的接入及传输。北京蛙视通信技术公司的VOX多业务光传输平台，是该类产品的典型代表。

    随着视频监控系统的规模在不断扩大，级别也越来越多，系统内各节点间视频图像共享交换数量大大增加。而现有的系统中需要通过几级模拟矩阵、经过多次模数/数模转换才能实现，不仅造成视频信号传输质量下降，对图像切换控制也受到很大限制。同时现有系统中大量的接入设备和中间设备增加了故障排查的难度。因此，市场急需全新的视频传输交换技术诞生，以满足大规模、多级别远程视频监控网络建设的需要。北京蛙视通信开创性地将分布是数字视频交换矩阵与VOX多业务光传输平台进行了有机的结合，推出了新一代的数字视频光传输交换平台VOX-XG。

    数字视频光传输交换平台

    数字视频光传输交换平台VOX-XG是集光传输、多业务接入、分布式数字视频矩阵于一体，具有全数字、大容量、高扩展性的多业务光传输交换平台；同时也是一个具有完善的视频管理及网络管理能力的管理平台。

    VOX-XG硬件功能结构见下图，主要由业务接口、交换背板、分复接处理和光传输接口、时钟、网管和电源几部分组成。 

    业务接口完成对各种接入信号的处理，如对模拟视、音频信号的模/数、数/模变换，对数据接入信号进行接口电平转换及速率适配，对光纤接入信号的光电、电光变换及其中各业务信号的再生重建。

    光传输接口实现将经复接处理后的信号进行电光变换，然后经光纤进行传输，同时将接收的光信号进行反向处理，光传输接口部分可根据实际应用需求情况，配置不同数量、多种速率、不同组网功能的光卡，以实现支持多个传输方向、多种传输容量、多种网络拓扑组网形式的光纤线路传输。

    交换背板提供高达数十Gbps的背板总线带宽，它在网管软件的控制下，实现对全部本地接入及光线路上的数字视频信号进行全交叉的实时交换，亦即实现全数字的视频矩阵功能，通过交换背板总线，可将数字视频信号在本地接入/截止、本地输出、直接续传、在本地环通输出并续传、组播（向所选定的一些传输方向同时传输）、广播（向所有方向同时传输）。系统组成网络时，由于每一节点/子站均存在一个数字的视频矩阵，它们在网管软件的统一调配控制下，形成了一个组成网络的分布式数字视频矩阵。从而实现了大容量、高速率、无延时的数字视频及其它业务的交换、传输。

    时钟模块提供整个网络的同步时钟，可提供多种时钟方式，供系统在不同应用或不同工作条件下进行相应选择。

    网管模块完成设备各板卡及通信线路工作运行状态的信号采集，并与后台管理软件进行通信，同时根据后台管理软件的设置或控制命令，完成对设备/板卡相关参数、工作模式等做出相应的设置或控制，后台管理软件通过与网络中各网络节点/子站内的网管模块的通信，实现对整个网络的管理功能；网管模块的另一功能，就是数字视频矩阵的视频交换管理功能，亦即数字视频信号的路由调度控制管理功能。

    VOX-XG系统由中心站和各级子站组成，通过光纤连接实现星型、链型、树型、环形（自愈）、网孔形（自愈）及混合型各种网络拓扑结构，管理软件可对整个系统进行统一管理。系统采用高速数字背板技术，用户可方便地对中心站和各级子站视音频信号进行任意切换，从而实现分布式数字矩阵功能。最前端的远端模块通过光纤把视频传输到前端子站，同时本地模拟视频也可直接接入该子站，一起进到前端子站的矩阵系统，前端子站配置视频输出卡提供矩阵输出，同时可配置光纤传输卡把矩阵系统级联到上级子站，最后可级联到中心站，实现分布式矩阵联网。整个系统可提供视频、音频、异步数据、E1以及以太网等多种业务接入，并实现大容量、高速率、无延时的数字视频及其它业务的交换、传输。

    VOX-XG具有完备的网络管理功能，通过网络管理软件，对整个网络中各设备的运行进行实时有效的管理。包括：

    ◇配置管理：
    对设备参数及系统参数进行配置管理。建立和调整网络的物理、逻辑资源配置；网络拓扑图形的显示；增加或删除网络中的物理设备；增加或删除网络中的传输链路；设置和监视环回。

    ◇故障管理：
    提供对系统中相关设备及整个网络异常的检测并记录，通过异常数据判别网络中故障的位置、性质及确定其对网络的影响，并进一步采取相应的措施。故障可定位到光线路、通道、板卡或接口。

    ◇性能管理：
    网络管理系统能对网络及网络中各种设备的性能进行监视、分析和控制，确保网络本身及网络中的各设备处于正常运行状态。

    ◇安全管理：
    防止非法用户的进入；对运行和维护人员，根据其权限，实现多级管理。$Page_Split$

  数字视频光传输交换平台VOX-XG具有以下特点：

    分布式数字视频矩阵结构、全交叉数字矩阵功能；
    一级编码，多级共享，全网视频图像无损传输和任意切换；
    视频和语音同步切换；
    视频分配功能，可取代模拟视频分配器；
    字符叠加功能，可取代字符叠加器；
    多种业务接入、同一传输平台。除实现高质量视频接入、传输和交换外，还可提供以太网、E1、音频、报警信号及低速数据的接入和传输；
    模块化设计、扩展灵活，业务卡即插即用，可热插拔；
    智能化通用背板总线设计，可与技术发展同步演进，并顺应需求变化，平滑升级系统；
    中心/子站内的扩容，采用堆叠技术，使系统扩容随心所欲；
    系统容量大、超强的组网能力。支持环形（自愈）、网孔形（自愈） 、星型、链型、树型及混合型各种网络拓扑结构；
    良好的兼容性。可将已有视频监控系统接入本平台，实现统一的控制及管理；
    便捷的控制管理功能、完善的安全保证机制；
    全网接入、传输和交换统一管理。故障自我诊断，良好的人机界面，大大提升自动化管理水平。网管接入可在任何一点，权限设置实现多级管理。

    数字视频光传输交换平台的典型应用
    ――平安城市报警与监控系统
    公安系统“平安城市”视频应用的主要需求及特点是：通信网络为三级/四级网络结构，要求提供灵活的组网能力和网络延伸拓展能力；要有丰富的通信接口；提供多点双向高质的视音频传输并可实现会议电视功能；各信道之间相互独立，良好的保密性和可靠性。

    采用传统监控系统（视频光端机+模拟矩阵）构建这样的视频监控系统时，其弱点表现为：
    ◇ 中间设备多（光端机、矩阵、视分器等等），品牌多、型号杂，无法实现统一、方便和有效的管理；
    ◇ 多级视频传输，多次A/D、D/A变换，图像质量严重劣化；
    ◇ 系统扩容困难；
    ◇ 难以构建多级别、大规模、远距离的联网系统。

    下图为采用VOX-XG构建的平安城市报警与监控系统网络拓扑图

    通过数字视频光传输交换平台VOX-XG构建的平安城市报警与监控系统，完全避免了传统视频监控系统的不足，通过光纤组成整个传输网络，实现安防监控资源的整合、共享、统一调度和管理，同时将视频、音频及数据（含Ethernet）统一到同一传输平台。

    在该拓扑图中
    ◇ 前端监控点视频及其它信号，经远端接入模块传至派出所监控室进行显示监控，根据需要，通过管理控制，选出一定路数视频信号同时传送至分局监控中心(本地环通输出并续传)；
    ◇ 分局监控中心将各派出所传至的视频显示，同时选定一定路数信号传至市局及政府相关部门(本地环通输出并续传)，传至市局及相关部门的信号可相同也可不同；如需要，同样可将所需信号上传至省/厅监控中心；
    ◇ 根据需要，上传至分局/市局的图像可同时传至其它需要该图像的监控点（派出所/分局/…)；
    ◇ 视/音频信号的双向传输及多点共享，可实现会议电视，并快速形成应急指挥系统；
    ◇ 各监控中心的视频信号可经VON设备传至IP网络中，以进行图像的存储及事后查询，同时也可实现图像的共享；
    ◇ 系统提供多级管理，及相应的管理权限认证；各节点均可作为管理系统的接入点。

    在数字视频传输广泛应用的公安、交通管理领域，经常需要完成重大事件的保卫任务，对突发事件的紧急应对，VOX-XG全网的任意切换功能就充分体现出它的优越性。VOX-XG通过网管设置可建立任意路径的视频通道，对重大事件或突发事件进行全程追踪。同时可以将全网中任一节点设置为临时指挥中心，对全网进行临时控制和管理。也就是说派出所、分局、指挥中心组成的多极网络中，通过简单的设置即可将事发当地升级成临时指挥中心，替代指挥中心完成对全网业务的调配与管理，应对突发事件极为灵活、便捷。

    结束语

    数字视频光传输交换平台VOX-XG不仅适合构建简单视频监控系统，更适合构建多级联网且对视频图像质量要求高的复杂监控网络。同时也是专网用户通信网络改造升级中，通信设备的良好换代产品。

    数字视频光传输交换平台融合了多种技术及多种应用，为构建视频监控网络提供了一个新思路，为数字视频传输技术在视频监控领域中的应用指明了发展方向。 

    新一代数字视频监控网络平台的推出，必将开创一个数字视频监控的新时代。