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□胡晓光朱辉苏交科集团股份有限公司
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录播服务
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Internet Technology _________________________________________________________
【摘要】江苏高速公路于2008年开始进行视频高清化改造，随着全省高速公路视频监控点的逐步加密和监控数据对公众发布，其 对带宽资源和视频高清的要求也越来越高。在这样的背景下，本文从江苏省高速公路视频监控系统现状分析展开，结合实际技术条件， 利用自研的高码光复用密集图像传输技术构建省域高清视频传输系统。【关键词】HTM 技术波分复用省域高清视频 引言
随着髙清视频系统的快速发展，髙速公路视频监控逐步 由标清过渡为高清监控江苏高速公路于2008年开始进 行高清化改造，由沪宁高速率先引入1080P 的I P 数字高清 监控系统，随后该类监控系统在江苏高速公路范围内得到迅 速的推广使用。但I P 高清监控系统因图像丢帧、卡顿、码 流丢包而引发的马赛克、操控严重延时等缺点也较为突出。
为此，江苏宁杭高速在2011年引进、建成了当时国内首个 采用高清数字演播室串行数字接口技术（HD -SD I )的高清 监控系统（以下简称“HD -S D I 监控”）。HD -S D I 原主要用 于电视台高清电视节目拍摄和制作，约2007年前后逐步进 入我国安防领域。HD -S D I 监控主要技术特点是不对所传输 的图像码流进行任何压缩，从而保留了全部图像信息[21。但 随着髙速公路信息化建设的不断发展，对高清视频监控系统 的图像质量以及图像资源共享和分发的要求也越来越高，现 有的光纤资源已无法满足需要。如何建设一个符合高速公路 实际网络状况的包含HD -S D I 在内的高清监控系统，进一步 提升监控系统视频质量，强化远程调看高清视频资源的能力 成为了亟待解决的问题。
一
、
江苏省高速公路视频监控系统现状
江苏省联网收费高速公路4000多公里，涉及29个路公 司视频监控视频资源的调用，髙速公路3700多路图像，包 括道路监控视频、部分收费广场监控视频。根据高速公路网 络架构，现有高速公路网络系统为2.5GbPs 的SD H 网络，中 心按照规划给每个路公司分配一定带宽的通道，用于保障高 速公路收费和监控数据的上传。由于带宽资源有限，现今每 个路段中心上传视频资源的带宽仅为4-8M ，每个路段中心 现已实现同时并发上传2-4路视频资源供联网中心调看，联 网中心通过流媒体服务器向省交通运输厅、省公安厅等单位 进行视频资源的分发共享。
I P 网络髙清监控系统和HD -S D I 高清监控系统是目前江 苏髙速公路高清监控采用的两大技术类型。现江苏高速路段 监控除少数仍使用模拟视频监控的路段外，其余均采用IP 视频监控技术实现道路监控以及视频的上传和分发，其中 大多数已升级为高清数字信号，路段监控中心视频质量达到
lOSOP 1'多数路段监控中心对前端高清视频资源传输采用以
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太网方式传播，将前端的视频资源编码后通过千兆网络、交
换设备和中间平台转发。全省高速公路骨干网由3个容量为 2.5G 的骨干环组成，环一包含11个节点，环二包含10个节 点，环三包含6个节点，环间以相切和相交方式互连，从而 构建一个覆盖全路网的基础传输网。基于当前的现状，现有 骨干网络存在无法实现海量、高清视频的传输，各路公司之 间视频监控视频无法相互调用和现有监控系统无法精准服务 于大众出行等问题。 二、高码光复用密集图像传输技术概述
高码光复用密集图像传输技术（以下简称“HMT 技术”） 的原理是：将各路段的多路HD -S D I 的视频按照“视觉无损” 的标准进行特殊编码压缩，压缩（或非压缩）图像（或IP 图像） 经光复用模块经波分复用后传输至中心。该技术的关键点在 于HD -S D I 图像“视觉无损”压缩和多路光波分复用，其中 包括压缩时所必须采用的视频特殊编码及对应解码技术。
不用充电的手电筒图1 HMT 技术应用示意图
2.1 HD -S D 丨图像视觉无损压缩编解码技术
研究不同压缩方式和不同压缩参数条件下HD -SD I 视频 的高清程度和对网络带宽的需求。同时为满足高质量实时性 强的视频传输，视频压缩应选择压缩比较小的压缩方法，选 择高比特率传输模式，同时确立根据不同场景和指令，编码 器可实现不同的码率，保证视频传输高效，实现编码率根据 网络情况自适应。将HD -S D I 信号压缩为符合H .264标准， 1080P 格式的高清视频流。对应的编解码器所需要达到的技 术效果如下：
1、
编码器采用H .264协议进行HD -S D I 图像压缩，压
缩的视频经过解码器解压后可满足视觉无损效果。系统可根
据网络带宽资源自适应调整H .264编码压缩输出码流为0.3M 至16M 带宽。
2、 压缩的视频可采用I P 流方式进行输出，方便进行视
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大理石复合板nternet Technology
频存储及分发。复合挤塑聚苯板
3、光端机使用原SD H 设备上使用的单纤，通过波分复 用设备共享单纤资源，完成HD -SD I 视频传输和原有业务的 传输通讯，传输距离最大为80km 。
2.2 H D -S D I 图像多路波分双复用技术
基于波分复用的本质，结合目前波分设备的价格和用户 单位的需求等多重因素，可采用粗波分将单根光纤内的光频 率分割为18个不同波长的光波，即能传输18路不同的视频。 基于省域范围内的现状，可对收、发两光纤进行双复用，即收、 发两光纤每根光纤传输18个不同波段的光波，实现双向18 个波段（双向共36个波段），实现了双向18路等带宽数据 传输。
在实际应用中，网络传输两端增加波分设备，通过原骨 干网光纤资源，将信号送至高速公路联网营运管理中心，中 心可通过视频分配器、S D I 高清视频矩阵完成对视频资源的 使用和共享。
2.3省域高清视频传输系统方案构建2.
3.1传输系统架构
现有的数据业务经互连的基础传输网，均能传输至联网 中心。由于各骨干环之间存在互连的节点，导
致部分节点的 传输有多条线路选择。本章为保证最大的数据传输量，考虑 各线路的负荷，将基础传输网优化为几条不同的线路，且可 相互组网成环，进一步扩大网络的容量。以崇启大桥至联网 中心为例，需经过“小海一泰兴东一姜堰一茳都一润扬大桥” 节点转换至联网中心。
应用HMT 技术在省域范围内传输大量“高清、无损” 的髙清视频，需要充分利用现有的骨干网至各骨干节点之间 的直连光纤，但为降低对现有业务的影响和提高传输效率， 构建的传输系统不经各骨干节点的转换。即在各骨干节点处 增设高码复用单元，实现两相邻骨干节点之间的数据光纤传 输。
同时，为保障长距离的图像传输，在现有的中继位置和 通信光衰较大的位置增设对应的光中继单元，以确保每个骨 干节点均能经由环网传输至联网中心。具体示意图如图3所7K 〇
由上图3可以发现，例如：崇启大桥一小海一泰兴东一 姜堰一江都一润扬大桥一联网中心的链路上增设了 5对高码 复用及桥接设备，在崇启大桥和联网中心一端各增设1套高 码复用及桥接设备。外场汇集至崇启大桥的视频能借用现有 的骨干光纤网络传输至联网中心。
完整的省域髙清视频传输系统架构应该包含从外场设备 监控视频汇集、上传到联网中心的利用、分发和实现各路公 司高清视频的共享等所有的环节。
本系统构建的是星型网络系统，可以在星型末端和各物 理节点处利用光矩阵，在紧急状态下重新构建“动态星型自 愈网络”，提升系统的的稳定性和可靠性。拓扑图见图4。
2.3.3动态星型自愈网
本系统采用预分配波段方式构建。该种方式存在的问题 是，当达到视频传输到上限时，其它冗余资源无法利用，在 应急处置时，仍然可能存在带宽资源紧张的情况。为解决该 问题，本课题提出了“波段动态分配技术”。
本系统构建的是星型网络系统，可以在星型末端进行桥 接，构建视频通讯环网，但由于环网需要备份资源，波段数 量减少一半。为了保证通道数量，可利用光矩阵，在紧急状 态下重新构建星型网络。既能保证波段带宽，保证了系统的 稳定性和可靠性。自愈环网需要对矩阵的光路情况进行监控，
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图2
多路波分双纤复用示意图
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ZigBee 模块 |
主控模块H 红外模块1
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e 牙模块I h |
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替慧家庭网关
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解析/转換层
应用层
I 用户管理I I
设备节点管理
门锁灯
空调插库
音响窗帘
智能家居设备
手机
移动控制终端C ^)
引言：
近年来，在物联网技术的推动下，人类的生活方式朝着 智能化、信息化、网络化发展，越来越多功能各异的智能家 居设备出现在家庭环境中。在智慧家庭系统中，家庭网关作 为系统的主要枢纽，无线通信协议的增多，导致智能家居设 备通信接口没有统一标准，不同的设备根据自身的厂商设计 方式采用不同的通信协议。对用户而言，如果选择某一品牌 网关，则只能选择支持该品牌网关通信协议的部分智能家居 设备，给用户带来很大的局限性。现有的智慧家庭网关在用 户管理方面也不够重视，所有使用者具有统一的权限。随着 智能家居设备的智能化，很多家居设备的数据信息也具有隐 私性和安全性的需求，本文设计一种多协议家庭网关通信方 式，可构建异构通信网络，实现多协议智能家居设备的控制， 并实现用户权限的分级和数据信息的保护。
―、智能家庭网关总体设计
为了实现对WIFI 、蓝牙、ZigBee 和红外四种不同通讯 协议的智能家居设备进行控制，并且能够兼容移动终端的IP 网络控制，在通信层设计一种数据单元格式，将四种协议的 智能家居设备节点通信和移动控制终端通信统一到同一种数 据单元格式进行处理。为了提高智慧家庭网关数据的隐私性 和安全性，网关系统软件设计一种用户信息存储格式，对每 组用户的使用权限进行区分。智慧家庭网关系统总体设计如 图1所示。家庭网关与智能家居设备之间的通信接口包含四
种协议的接口收发模块，用于接收传感器采集的数据或向智 能设备发送控制指令。家庭网关与移动控制终端之间的通信 方式为I P 网络模块，支持TCP /I P 协议，用户向家庭网关发 送控制智能家居设备的数据指令、接收家庭网关返回的智能 家居设备状态信息。
图1
二、智能家庭网关详细设计
2.1家庭网关的硬件设计
根据硬件选型扩展性好、功耗低、成本低、性能高和通 用性的原则，开发板模块核心芯片是基于CorteX -A 9内核的
Exyn 〇S 4412四核处理器，实现对协议转换和数据处理，它
当发现一处光中断后，利用SD H 环网或者利用第18波段构 建的监控环网来控制光矩阵，完成自愈星型网络切换。
三、结束语
随着全省高速公路视频监控点的逐步加密和监控数据对 公众发布，其对带宽资源和视频高清的要求也越来越高。本
方案充分利用现有SD H 骨干网资源，采用波分复用技术构 建的视频监控专网的方法，兼容I P 和HD -SD I 视频传输。
具有成本低，带宽大，信号分类传输，系统安全可靠的特点 [4~5]。信号分类传输（SD H 与视频通道分别在不同的波段中）， 系统安全可靠；并且复用器/解复用器波器基本无需要额外 电源供电，SD H 通道均采用无源设备，进一步提高了系统 的稳定性。自愈星型网络技术的提出，保证了系统的可靠性， 同时不会影响传输能力。为全省视频图像的上传和分享提供 一个低成本、高效率的解决方案。
参考文献
[1] 范一斌.面向城市公共安全的高清图像监控系统设计及关键技术研究[D ].上海交通大学,2014.[2] 李新鹏.基于达芬奇平台的无线智能多路视频监控系统的实现[D ].电子科技大学，2016.[3] 王广友.基于IP 的视频监控系统及应用[D ].南京邮电大学，2012.[4] 贺立充.中国移动智慧校园光网建设方案设计及工程实践[D ].南京邮电大学，2018.[5]
郭政莼.江苏电力通信光传输网需求预测与组网方式研究[D ].东南大学，2019.
胡晓光（1975-)，男，汉，黑龙江佳木斯，本科，中级，高速公路信息化。
互联网+技术
.nternet Technology
多协议智能家庭网关系统的设计与实现
□柯德营焦少波高飞郑州信大先进技术研究院
【摘要】家庭网关作为智慧家庭系统的核心，实现家庭异构网络与互联网之间的数据交换。为实现移动控制终端可远程监控多种协 议下智能家居设备的功能，本文设计一种新的多协议智能家庭网关通信方式，构建异构通信网络，具有良好的实用性。【关键词】多协议家庭网关协议转换物联网
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