有线电视网远程视频监控系统及业务应用

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1、有线电视网远程视频监控系统及业务应用邝楚祥佛山珠江传媒三水网络分公司1技术实现1.1HFC 宽带数据网 HFC 是在 CATV 的基础上发展起来的一种新型 宽带接入技术, 在城市有线电视光缆同轴混合网上, 使用电缆调制解调器进行数据传输, 以模拟传输为 主, 综合接入多种业务信息, 构成宽带 IP 接入网。 HFC( Hybrid Fiber Coax) 网 络 是 光 纤 传 输 系 统 与同轴电缆分配网相结合的广播电视传输平台, HFC 网络可分为单向 HFC 和双向 HFC。单向 HFC 只运营 电视广播业务, CATV 网络一般指单项的 HFC 网络, 是运行有线电视业务的网络平台。双

2、向 HFC 不但可 以运营电视广播业务, 还可以运营各种双向的数字业 务, 双向 750MHz 同轴电缆和高频光纤组成的 HFC 网络能够提供非常高的数据带宽。在 HFC 宽 带 数 据 网 结 构 中 , IP 数 据 通 过 CMTS 头端设备进入 HFC 网络, 用户通过 Cable Modem 进 入 HFC 网 络 , 因 此 CMTS 和 Cable Modem 是 实 现 HFC 宽带的关键设备。CMTS 和 Cable Modem 将 HFC 变成了宽带数据网。1.1.1CMTS CMTS 对节 点 内 所 有 Cable Modem 进 行 注 册 登 录、管理和控制。对接入

3、的 Cable Modem 进行带宽分 配管理, 自动调节上行和下行的频率转换, 平衡带宽 分配。 下行数据采用 64QAM/256QAM 调制, 上行采 用 QPSK/16QAM 调制信号。自动调节射频输出输入 电 平 , 使 之 与 前 端 设 备 匹 配 。 CMTS 支 持 TCP /IP、 DHCP、TFTP、SNMP 等协议, Cable Modem 管理 IP 地 址及用户 IP 地址可以 DHCP 服务器动态获取, 通过 Ethernet 接口与骨干网及 Internet 建立连接。1.1.2Cable Modem 用 户 通 过 Cable Modem 接 入 HFC 宽 带

4、 网 络 , Cable Modem 与 符 合 DOCSIS 协 议 标 准 的 有 线 电 视 前端设备兼容。Cable Modem 实现调制解调、TUNER、 NTU、SNMP 代 理 和 以 太 网 集 线 器 等 多 种 功 能 , 同 CMTS 下各用户间是个虚拟局域网结构, 用户不需要 拨 号 , 永 久 在 线 。 其 上 行 /下 行 数 据 速 率 可 达 10 / 42Mbps。在 HFC 网络中, 有线电视台前端设备通过 CMTS图 1图 2与数据网相连, 电视信号和数据信号送入合路器形成 混合信号, 通过光缆线路到达各小区节点, 经过同轴 分配网络到达用户服务单元,

5、进行信号分配后, 数据 信号通过 Cable Modem, 到达用户终端 PC, 如图 1 所 示。多个用户共享一个 Cable Modem, 需添加一个以 太网集线器; 如果是通过一个 LAN 与 Cable Modem 相连, 需在 Cable Modem 和 LAN 间配置路由器。反向 链路由 Cable Modem 将用户终端发出的信号调制复 接到反向信道, 由前端设备解调后进行传输, HFC 网 络系统具有高速率接入 、 不 占用电话线路 、 无 需拨号 专线连接的优势, 而且分布极为广泛, 容易实现接入, 不需要新建传输线路。从 HFC 网络结构可以看出, 广播电视网络公司 拥有的

6、传输资源非常丰富, 具有分布广 、 覆 盖宽的特 点, 适合发展远程视频监控业务。 1.2 视频监控技术 1.2.1 模拟视频监控 它由一系列的模拟监视设备模拟摄像机、 操 控设备( 包括云台、 解码器) 和中心设备( 如矩阵、 画面 分割器、 磁带录像机等) 组成。 传输介质为模拟传输的 视频线缆, 传输距离受到限制。 1.2.2 DVR 远程视频监控利用一台带有 DVR 视频监控卡的计算机作为监 控主机的系统。 前端使用的依然是传统模拟监控设 备, 后端使用数字化的处理系统带 DVR 视频监 控卡的监控主机。 经过数字化处理后的视频数据可以 在网络上传输, 因此视频数据传输距离随着网络的覆

7、 盖而延伸, 网络远程视频监控开始大规模的应用。该 监控主机经过商业化集成后称为视频服务器, 可以同 时采集处理多路数据。1.2.3 网络集成远程监控系统 在网络集成远程监控系统里, 网络摄像机将网络 传输和视频摄像集成在一起, 远程视频监控系统更加 易于集成, 系统配置更加灵活。网络摄像机是一种内 置视频服务器实时的、数字化的新型监控产品。CCD 芯片送来的视频信号在内置视频服务器里经过数字 化处理后进行高效压缩, 然后通过 TCP /IP 协议从视 频服务器上的 RJ45 网络接口送到数据网络上, 网络 上的用户可以直接用监控软件或者浏览器观看摄像 机图像, 并同步控制云台 、 镜 头或对

8、系统配置进行操 作。1.2.4 远程监控体系结构 远程视频监控是对分布较远的监控点进行监控,远程视频监控包括三个部分: 视频采集、视频传输、视 频监控与处理。如图 2 所示。( 1) 视频采集 视频采集主要完成场景事件的视频数据采集任 务, 并将采集到的数据发送到数据传输网络。( 2) 视频传输 视频传输将采集处理后的数据传送到监控处理 中心。可以采用不同的视频传输介质和不同的传输技 术。( 3) 视频监控与处理 视频监控与处理部分对视频数据进行处理, 其中 包括视频监控 、 数 据存储与备份 、 数 据分类及监控管 理等功能。1.3HFC 宽带数据网远程视频监控业务应用 有线电视网远程视频监

9、控就是充分利用有线电 视网的光纤资源和 HFC 宽带数据网平台, 为远程视 频监控提供弹性好 、 延 展性好的数据传输平台, 将有 线电视网的数据传输优势和远程视频监控的业务应 用相结合, 形成有线电视网远程监控应用系统。HFC 有线电视网络有光纤到小区、光纤到楼的光纤数据传 输资源, 其中同轴电缆为用户接入部分, 因此在制定 具体有线电视网远程视频监控解决方案时, 需要根据 具体的情况光纤数据传输和 HFC 宽带数据网进行适 当的配置, 为客户提供高性价比的服务方案。以道路监控为例说明 HFC 宽带数据网远程监控 的应用, HFC 宽带数据网作为远程视频监控的数据传 输平台, 将数据传输到监

10、控中心。道路交通管理中心 位于市中心, 需要对城市关键路口及城郊的交通要点 进行监控, 涉及的监控点多, 分布范围极广。系统对实 时数据传输和现场数据保全都有很高的要求。因此利 用 HFC 宽带数据网作为数据传输平台, 实现道路交 通远程监控。在现场采集到的数据通过 Cable Modem 接入 HFC 宽带数据网。如图 3 所示。2系统分析2.1带宽分析 2.1.1远程视频监控的流量分析 远程视频监控应用中, 最需要解决的是高质量的 视频图像和有限的带宽之间的矛盾, 为了在有限的带图 3宽上传输高质量的视频数据, 需要对视频数据进行压 缩, 国际上有两套视频编解码技术标准。ITU- T 开发

11、 了 H.261、H.263、H.263+协 议。 ISO 开发了 MPEG 标 准, 包括 MPEG- 1、MPEG- 2、MPEG- 4。最近, ITU- T 和 ISO/IEC 共同开发了一个最新的视频编码技术标准: H.264 /AVC, H.264 /AVC 融 合 了 H.263 + 和 MPEG- 4的优点, 与 MPEG 和 H.263+相比具有更高的数据压 缩 比 。 H.264 的 数 据 压 缩 比 是 H.263 的 2 倍 , 是 MPEG- 4 的 1.5 倍。 MPEG- 4 是目前比较流行的视频编解码技术标 准, 有 相 当 部 分 视 频 监 控 设 备 基

12、于 MPEG- 4 技 术 , MPEG- 4 对网络带宽的要求代表目前大多数视频监 控系统对网络带宽的要求。H.264 /AVC 标准代表未来 视频监控系统对网络带宽的要求, 随着数据压缩技术 的进一步发展, 远程视频监控对网络带宽的要求会进 一步降低。在采用 MPEG- 4 视频编解码技术时, 远程监控系 统中每个远端监控点的带宽要求为 300800kbps。相 对 而 言 , H.264 /AVC 比 H.263 可 节 省 一 倍 带 宽, 只是 MPEG- 4 带宽需求的三分之二, 可以预计将 来的远程监控业务对网络带宽的要求会变得更低, 对 网络环境的适应性会更好, 为远程视频监控

13、业务的蓬 勃发展创造更好的条件。2.1.2 HFC 数据网的带宽分析 HFC 宽带数据网的实现以 DOCSIS 为技术标准, DOCSIS( 有线电缆数据服务传输规范) 是为利用有线 电视电缆网络来提供宽带多媒体接入应用而开发的 工业标准, 是一种以 IP 协议簇为中心的一点对多点 标准。DOCSIS 标准旨在支持现在以及和未来基于 IP 的网络服务。DOCSIS 定义了线缆调制解调器传输的物理层( PHY) 协议和接入线缆通道的媒体接入控制 ( MAC) 层协议。DOCSIS 协议在空中接口上可以传输 4 种类型的 MAC 帧: PDU 帧、ATM 信元帧 、 保 留 PDU 帧、MAC 控

14、制帧。DOCSIS 分别对下行传输和上行传 输进行定义。DOCSIS 关于上行和下行的传输特性的 定义是不同的。( 1) DOCSIS 1.0 和 DOCSIS 1.1 带宽分析 DOCSIS 1.1 对 DOCSIS 1.0 的多服务流 、 有 效负 载报头压缩、级联等特性进行了改进。DOCSIS 1.1 使 用级联特性来增加 HFC 宽带的传输能力。级联使得 Cable Modem 可以将多个数据包组成一个数据包进 行 传 输 , 级 联 是 DOCSIS 1.0 的 可 选 特 性 , DOCSIS 1.1 则强制使用级联特性。在级联方式下, 线缆调制解 调器将若干个数据包组合成一个数据

15、包传输, 从而提 高单位时间的传输能力。在 DOCSIS 1.0 和 1.1 中, 下行信道可以提供达 40Mbps 的 速 率 ( 64QAM) 。 上 行 信 道 带 宽 可 达 3.2MHz, 可 以 提 供 每 个 信 道 10Mbps 的 速 率( 16QAM) 。( 2) DOCSIS 2.0 带宽分析 DOCSIS 2.0 主要对物理层特性进行改进, 从而 提高上行信道的传输能力, DOCSIS 2.0 上行调制可 支持 64QAM, 支持 5.12Mbaud /sec 波特率, 上行传输 可达到 30Mbps。与 DOCSIS 1.0 相比, DOCSIS 2.0 频 谱效率提

16、高 50%, 单个载波吞吐量提高 300%, 提高了 统计多路复用性能。DOCSIS 2.0 通过采用 A- TDMA 和 S- CDMA 技术来改善抗干扰能力。( 3) DOCSIS 3.0 带宽分析 DOCSIS 美国 Cable Labs 在 2006 年 8 月 4 日发 布 的 新 的 技 术 标 准 DOCSIS 3.0, 采 用 了 频 道 绑 定( Channel Bonding) 的技术。采用频道绑定, 下行传输 速 率 最 小 为 160Mbps,上 行 传 输 速 率 最 小 为 120Mbps。把 4 个以上的 6MHz 频道绑定成一个逻辑 通道, 在下行方向和上行方向同样频道绑定, 从而提 高上行和下行吞吐量, 同时可为有线电视运营商提供 更为灵活的用户接入速率, 实现更灵活的用户接入, 用 户 接 入