平安城市進入了一輪新的建設高峰，尤其是在一些一線城市，平安城市覆蓋面越來越廣，不僅僅是傳統的視頻監控和報警管理等治安管理系統，還將交通電子警察、應急系統、停車管理等城市管理納入，提升了數字城市、智慧城市的高度。

由于視頻監控屬于帶寬密集型應用，在如火如荼的建設大潮背后，是大批的IT系統進入，這包括城域網建設、視頻存儲系統建設、視頻流轉發服務器建設等等，同時，這些系統的建設又帶來了龐大、繁雜的系統維護問題。從2010年的世博會首次大范圍建設高清監控系統，到2011年的重慶大規模高清監控系統投入使用，給視頻監控系統帶來越來越大的壓力。這些壓力主要體現在：

·實時高清圖像清晰度和網絡帶寬之間的矛盾;

·高清錄像回放清晰度和錄像存儲容量之間的矛盾;

·高清錄像回放用戶數量和錄像存儲系統吞吐能力之間的矛盾。

這一系列的矛盾直接對系統建設成本和復雜性提出了更高的要求，無論是政府直接建設還是電信運營商或視頻監控廠商BT模式，在當前國際金融危機和國內通脹壓力形勢下，要從財政中撥出巨款投入城市治安管理建設，對于尚處于發展中階段的各級政府，不亞于一個沉重的經濟負擔。

筆者有過多年的通信、圖像處理的工作經驗，本文中提出了個人技術見解，希望能夠借此推動高清監控系統推進和完善。

方案一：借助于最新視頻編碼技術

當前平安城市中的高清監控采用編碼、傳輸、解碼、存儲等一系列數據流程，為了節省投資，很多采用了分布式存儲，也就是說將前端的高清視頻數據通過NVR、H-DVR、NAS和IP-SAN等存儲設備在分控中心進行集中存儲，分布式存儲的優勢在于將數據集中于各分中心，在較大規模的系統中，管理便利，可靠性好。集中存儲是將前端的高清視頻數據通過NAS、IP-SAN等集中在存儲中心，安全性好，但是投入成本與規模相關。

當前的高清編碼主要采用H.264編碼，一路1080p的碼流一般為8Mb/s，存儲一天需要的硬盤容量為8*3600*24/8/1024=84.4GB，一個月就是84.4*30/1024=2.5TB。如果部署40個1080p的監控點，一個月的錄像文件達到100TB!目前48盤位的磁盤陣列，全部接2T的硬盤，做完RAID5后，可用空間也不夠。所以，高清監控勢必會增加存儲設備上的成本投入。

所以，無論是分布式存儲還是集中式存儲，都不可避免需要建設龐大的錄像存儲系統。

IPTV視頻點播實現低碼流高質量

但是，當前電信IPTV視頻點播應用已經做到了2Mbps@720P，4Mbps@1080P，甚至有些私有編碼算法已經能夠做到512Kbps@720P，1Mbps@1080P的超低碼流級別，這甚至要比2013年才能真正發布的h.265編碼算法(2Mbps@1080P)還要低。而且這些視頻點播是全動感(fullmotion)的電影視頻，畫面復雜度要遠遠高于監控畫面(監控一般為30%動感畫面)，那么，是否兩者之間有可借鑒之處呢?

誠然，超低碼流的電信IPTV應用的視頻點播數據一般是經過多次壓縮(multipass)后，從而獲得的低碼流、高畫質的小體積視頻文件，這些工作都是離線、非實時完成的。

而實時轉碼一般是指將電視臺的高清節目實時轉碼為私有格式，以便獲得高質量、低碼流，通過現有ADSL等網絡傳遞到用戶家中。在以上表格中，全高清1080P實時轉碼后的碼流僅為2.2Mbps，這個碼流對于我們監控行業動輒4Mbps的碼流來講，也是非常低的。考慮到監控行業的30%動態畫面，筆者相信1Mbps的實時轉碼碼流應該是能夠做得到的。當然，對于交通卡口等全動感畫面，2.2Mbps的碼流也是相當不錯的成績了。

當然，以上電信級的視頻壓縮算法可能根本無法跑在當前的TI壓縮處理芯片上，要么是跑在專門設計的ASIC壓縮芯片上，要么是直接運行在PC服務器上，來實現低碼流編碼。

基于電信設計思路，增設視頻轉碼層

基于以上技術發展，筆者建議采用電信系統的設計思路，對于當前的平安城市系統進行分層設計。

傳統的平安城市視頻監控一般是編碼、傳輸到分控中心進行實時碼流瀏覽和錄像存儲。從系統層次上劃分，可分為視頻接入層、視頻錄像層、視頻實時顯示層、視頻轉發層。

筆者提出的新設計是，相對于傳統的4層規劃，建議增加一個獨立的視頻轉碼層。視頻轉碼層的工作是將視頻接入層的視頻進行解碼，然后進行二次編碼，在保持畫面質量的同時，獲得更小的碼流，以便于節省存儲空間。

按照傳統的設計，視頻編碼層一般輸出2個h.264碼流，第一個h.264碼流為高碼流(6～8Mbps)，一般用于實時顯示;第2個h.264碼流一般為中等碼流(3~5Mbps)，用于錄像，主要是為了降低存儲空間。

在新設計中，視頻編碼層直接輸出MJPEG碼流，MJPEG碼流相對較大，1080P能夠達到50Mbps，但是MJPEG基本上沒有圖像損失，在分控中心可以做到無延遲實時顯示，清晰度最好。而且解碼占用CPU極低。視頻轉碼層收到MJPEG碼流后，進行二次圖像壓縮，利用最先進的視頻編碼技術，進行二次編碼，從而在保持畫面質量的情況下，獲得極低的壓縮碼流，然后將此碼流送往視頻錄像層進行保存。

在新設計中，視頻轉發層將視頻錄像層的低碼流錄像轉發至錄像回放工作站或其他遠程工作站，并利用標準的h.264解碼器進行解碼。

在以上設計中，新的視頻編碼層也可以支持HD-CCTV攝像機，直接接入SDI視頻信號。按照電信行業的設計標準，實時編碼需要的PC處理能力將是延遲編碼的PC處理能力的2倍。所以，如果采用實時編碼，那么大概一臺I52.8GHZ的PC服務器可以處理2路1080P視頻轉碼。按照摩爾定律，CPU每隔18個月性能翻一番(價格不變)，那么考慮到Intel很快就要釋放最新采用3D晶體管技術的CPU系列，那么如果采用i7系列的PC服務器，將可以轉碼8路左右的高清視頻。和降低的存儲成本相比，總體成本應該還是要降下許多。

但是，由于直接采用了MJPEG碼流，這會大大提高對網絡帶寬的要求，對于政府自建公安專網，最便宜的光纖收發器也是百兆以太網，所以主要網絡壓力還是在于核心交換機，在這里，為了適應新的轉碼層需要，建議采用多個千兆匯聚層交換機，分為多個網段，實現轉碼后再連接到錄像存儲層。

如果采用了電信BT建設模式，建議直接采用嵌入式低碼流高清編碼器模塊，加裝在高清網絡攝像機和接入網絡中間。如果采用HD-CCTV攝像機，則可以直接用嵌入式低碼流高清編碼器直接通過SDI接口接入進行編碼。