铁路综合视频监控系统方案设计

论文摘要

视频监控系统在铁路运输中的作用日益显著。铁路公安、车务、电务、客运、货运等部门各自建设了独立的视频监控系统。这些系统技术水平参差不齐,规模有大有小,互相独立,不能资源共享,重复建设,造成巨大浪费。为了解决这些问题,铁道部决定建设铁路综合视频监控系统,它是一个共享平台,包括行车、客货运等各类视频监控系统。然而,铁路综合视频监控系统的建设还处于起步阶段,在建设过程中遇到了许多问题。本论文将就视频编码技术、视频存储技术、视频接入技术等方面在铁路综合视频监控系统的应用进行研究,在此基础上,提出了一种铁路综合视频监控系统设计方案。视频编解码技术和视频数据存储技术是铁路综合视频监控系统的关键技术。目前铁路综合视频监控系统普遍采用的视频编解码标准是MPEG-4/H.264。然而MPEG-4/H.264标准都涉及几十项国外专利,而且分别属于不同的公司机构。铁路综合视频监控系统规模巨大,产生的专利费将会非常多,而且手续繁琐。本论文在铁路综合视频监控系统中引入我国拥有自主知识产权的AVS音视频编码标准,提出一种新型的通信协议栈。这样不但能够节约大量专利费用,而且能够提供与H.264相当的编码效率的情况下,降低编解码复杂度,从而降低建设成本。目前,铁路综合视频监控系统采用的视频数据存储技术主要有DAS、NAS、SAN。在工程设计和建设中,发现许多问题,比如NAS存储系统在调取存储视频信息时速度很慢。本论文对各种存储技术进行了详细分析,提出了适合铁路综合视频监控系统的存储技术。DAS和SAN技术主要是进行“块”存储,而NAS技术主要是进行“文件”存储,连续性差,在历史图像的调用浏览上响应速度较慢。比较之下,DAS和SAN技术更适合于对视频信息的存储,NAS技术更适合于对文本信息的存储。采用DAS时,整个视频网络上的存储设备是分散、独立而无法共享的,资源利用率较低。FC-SAN的部署方式、构建成本均较之IP-SAN高出很多,所以目前在大型网络数字视频监控系统中更多采用的是IP-SAN架构。铁路综合视频监控系统一般规模较大,视频路数较多,要求资源共享,再考虑到投入维护成本,本文推荐采用IP-SAN存储技术。目前,铁路综合视频监控系统前端摄像机接入层有以下几种方式：射频同轴电缆、点对点光端机和节点式光端机。本文提出一种新式的接入方式,基于VPON和EPON的视频接入方式。这种方式有以下几个优点：1、节约大量光纤资源。2、无源光网络的稳定性。3、全光纤网络的安全性和抗干扰性。本论文设计铁路综合视频监控系统具有以下特点：1、采用AVS编码标准,改进了通信协议栈。可实现与H.264、MPEG-4相当的编码效率,而且实现简单。可避免大量国外专利费,节约大量投资。2、采用IP-SAN存储技术,实现网络大容量共享视频存储,降低了投资。3、基于无源光网络（VPON和EPON）组建视频接入层,节约大量光纤资源,而且可做到无损传输。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 相关视频监控技术的研究现状
• 1.2.1 视频监控技术的应用现状
• 1.2.2 铁路综合视频监控系统的现状
• 1.2.3 视频编解码技术的研究现状
• 1.2.4 铁路综合视频监视系统中的存储应用现状
• 1.3 论文的研究内容及创新之处
• 1.4 论文结构
• 第二章 视频编解码技术
• 2.1 MPEG-1
• 2.2 MPEG-2
• 2.3 MPEG-4
• 2.4 H.261、H.263
• 2.5 H.264
• 2.6 AVS
• 2.7 SVC压缩标准
• 2.8 MVC压缩标准
• 第三章 一种铁路综合视频监控系统设计方案
• 3.1 铁路综合视频监控系统概述
• 3.2 接入层
• 3.2.1 无源光网络（PON）技术
• 3.2.2 基于PON的非压缩视频传输技术（VPON）
• 3.2.3 以太无源光网络（EPON）实现方法
• 3.3 通信协议栈的改进
• 3.4 存储技术选择
• 第四章 AVS编码器的DSP移植
• 4.1 几种编解码技术在铁路综合视频系统中的适用性分析
• 4.2 AVS编码器的DSP移植
• 4.2.1 TMS320DM642 DSP系统开发平台
• 4.2.2 AVS编码器移植
• 4.2.3 编码器在CCS仿真环境下的编译
• 4.2.4 软件仿真
• 4.2.5 编码器的脱机运行
• 4.3 视频序列的获取
• 4.3.1 网络传输
• 4.3.2 针对监控的编码
• 4.4 一种新型的通信协议栈
• 4.4.1 协议栈现状
• 4.4.2 一种新型的通信协议栈
• 第五章 视频数据存储技术
• 5.1 硬盘
• 5.2 DAS（直接附加存储）
• 5.3 NAS（网络附加存储）
• 5.4 SAN（存储区域网络）
• 5.5 多种存储方式的比较
• 5.6 iSCSI IP-SAN存储典型实现方法
• 5.6.1 典型iSCSI IP-SAN存储系统
• 5.6.2 系统容量和带宽计算
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表