基于EPON技术的高清视频监控传输方案

　　平安城市高清治安监控的分析

　　随着近年平安中国、全球眼等项目的不断兴起，越来越多城市的重要场所、交通道路都将安装视频监控系统，实现对每一个重要公共场所的24小时监控。视频监控开始从楼宇、园区应用急剧扩大，监控点从十几个、几十个监控点扩展到数千个、上万个监控点，覆盖范围从一两平方公里扩大到几十、上百平方公里。很多问题也随之产生，视频监控工程建设中的最大难题就是：“如何低成本实现监控资源的大规模远程接入？”

　　城市范围的视频监控特点明显：摄像头数量众多、传输距离远，对联网技术的要求较高。网络模式即能完成远距离传输的要求又要减少主干光路的资源占用，另一方面，视频监控承载网络除包含一般城域网技术特点外，还有其独特之处：

　　视频监控承载网络对网络的上行带宽要求高，数据主要从监控点往监控中心传送，单路上行带宽在500K～3Mbps甚至更高，如某公司720P高清网络摄像机上行带宽要求2Mbps，1080P全高清网络摄像机要求上行带宽4Mbps，而目前主流的接入技术ADSL技术无法保证高清视频的实时上传；

　　前端监控点分布广，并且呈不规则分布，需要完善的网络覆盖，对网络光纤线路的建设和资源分配提出了较高的要求；

　　对于目前有较高视频监控建设需求的交通行业，组网需要利用最少的光纤资源组网，一般采用链形或树形组网，采用传统的城域网以太网交换机的组网方式级连成本很高，维护将会非常困难；

　　接入点多，整个监控系统接入点少则几百个，多则几万个接入点，这种情况下用传统的视频距阵切换监控点几乎不可能，IP技术成为必然的选择；

　　IP视频监控系统与IP应用紧密结合，由于存在着多个监控中心同时实时查看一个点的视频情况，要求网络具有极高的QoS支持能力。

　　IP视频监控承载网面临的挑战

　　IP视频监控系统作为综合性多媒体应用系统，包含了视频、音频、数据多种数据类型，并同时运行实时音视频编码/传输、音视频存储、历史视频回放以及实施音视频解码/观看等业务，在提供客户更直观的交流及监控手段的同时，也给承载网络带来了巨大压力。

　　IP视频监控集成了音视频多种业务，不同业务对于承载网络的需求也各不一样，在业务流量的方向、模型以及特征上区别较大。比如对于视频存储而言，数据安全性是第一位的，在数据传输过程中首要保障的是可靠性，而实时视频查看业务，用户的感官体验是首要考虑的，数据传输要优先考虑实时性，低延时的网络对实时视频业务来说是最重要的。

　　要完成IP承载网络的设计，需要考虑以下问题：

　　1)  多媒体业务使能

　　当前IP视频监控系统中启用了哪些业务？视频数据是满足实时查看还是事后查询？视频数据的存储策略（集中/分布存储）？

　　2)  多媒体数据的生产和消费

　　视频源（编码器/摄像头）部署在哪里？实时视频在哪里查看？视频源数据存储在哪里？

　　3)  多媒体数据流向

　　音视频数据在IP承载网中的路由方向、汇聚点。

　　4) 多媒体业务的网络服务水平指标

　　考虑多媒体数据的的带宽需求，确定视频源的数量、音视频码率大小、以及为可能的数据突发考虑带宽冗余度。

　　考虑其他网络服务水平指标，包括丢包率、抖动、时延、乱序等。

　　5) 系统扩展需求

　　需要了解整个视频监控系统可能的扩展需求，在网络接入端口扩容、核心网扩展以及存储系统扩展等方面留下必要的弹性空间。

　　 对于处于底层的IP承载网来说，IP视频监控系统承载说带来的压力和需求主要集中在以下几点：

　　IP视频监控对承载网络的压力

　　高带宽需求

　　随着数字编解码和显示系统技术的发展，高分辨率编解码和显示已经逐渐普及，D1（720×480/720×576）分辨率已经成为主流，而更高的720P/1080P也在逐步投入使用，4M、8M码率的视频应用逐渐成为主流。

　　 流量均衡要求

　　视频存储和实时视频查看的需求同时存在，存储集中汇聚以及多路视频的接入造成了流量的局部热点，整体网络流量分布不均衡。

　　低时延要求

　　根据ITU-T G.114建议，音视频传输双向延时不超过300ms，即单向延时不超过150ms，而可感知的网络时延基线是200ms，网络时延高于200ms后，用户满意度将大打折扣。随着高码率应用的普及，现有IP网络将难以满足高清视频监控实时业务的承载要求。

　　高可靠性要求

　　视频存储数据一般要求可查证、可追溯，对可靠性要求高，网络的故障乃至中断都对业务可用性、数据可靠性造成威胁。

　 高清视频监控承载网解决之道

　　IP视频监控系统建设首要解决的是监控前端设备的接入问题，而PON是一种点到多点(P2MP)结构的无源光网络，是无源光网络的简称(Passive Optical Network )，由光线路终端OLT、光网络单元 ONU和无源分光器POS组成。

　　采用EPON产品，在光纤资源有限，或监控点成总线分布、监控点密集等情况下，可为用户提供低成本、高品质、大规模的视频监控接入解决方案，除满足视频监控需求外，还符合了运营商的“光进铜退”策略，是目前城市范围视频监控系统的最佳组网方式。

　　基于EPON的高清视频监控解决方案是通过EPON以太无源光网络将视频编码设备(DVS、IPC)部署在前端，并通过EPON接入网将IP化的视频信号上传，IP视频流可以灵活地传输至多级监控中心，多级监控中心通过IP城域网络连接，通过分布在各监控中心的视频解码器将图像转化为模拟型号进行输出显示。

　　系统结构

　　EPON网络采用点至多点的拓朴结构，取代点到点结构，大大节省了光纤的用量、管理成本。EPON支持的基本组网方式为星型和树型，通过这两种基本组网结构，结合不同类型的分光器（均分、固定非均分、可调分光比）可以衍生出其它多种网形式，可以满足多种应用的需要。

　　 OLT提供的GE接口（可光可电）可以为监控中心提供双向传输通道，而OLT的PON端口通过光纤连接POS进行无源分光，分出来的光纤再分别连接不同监控节点的ONU，通过ONU的FE接口连接高清视频摄像机进行监控。每台OLT可以覆盖20KM，最多256个ONU节点，同时可以根据不同情况提供不同的组网接入方式。   OLT提供了灵活的主干链路保护功能，OLT上任意两个PON口都可以互为主备保护，当不需要保护时每个PON口可以独立承载业务，这样便于客户灵活的配置和使用。 必要时可对相关链路采用4个GE端口聚合上传，不但能够保证带宽，也可以对数据起到保护作用。同时OLT和ONU都具有强大的二层功能，可以通过ACL、VLAN、QoS、QinQ等手段对用户的视频监控业务进行控制和安全保证。

　　基于EPON的IP视频监控解决方案优势

　　有效保证了网络带宽和支持能力，解决高清视频大容量传输要求

　　带宽分配灵活，服务有保证。EPON可以通过DBA(动态带宽算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等来实现对每个监控点进行带宽分配，并保证每个监控点视频流及用户的QoS。

　　提高了光纤资源利用率，节省了光网络建设/租用费用

　　由于EPON技术具有点对多点实现业务传输汇聚的特点，以及可以多级分光应用的应用模式，使得基于主干道可以多级级联接入视频监控点，光纤的数量不再取决于监控点摄像机的多少，而是和整体布局有关。

　　网络改造、扩容灵活方便、可靠性高

　　网络结构灵活，支持星形、链形、树形等网络模式，系统扩展能力强。采用无源ODN网络，无源光器件故障率低，不易受外界环境干扰，分光器无需供电和维护。

　　视频监控图像一次编码压缩传输，保障图像质量

　　由于在摄像机前端完成了高清图像的IP化，因此在网络的任何位置浏览它都是一次传输，一次解压的过程，高速的传输网络完全可以保障对于图像观看质量和传输时延的要求。

　　实现一网多用，办公、语音等业务需求可在同一承载网上传输

　　基于EPON的高清视频监控传输系统还丰富了语音等综合业务的发展途径，能够提供语音、办公等综合业务数据传输通道，在将各个监控点的图像信号传送到监控中心之外，还可以接入监控点的语音业务，更加适合在公安、消防、交通等部门的应用。

（作者单位：深圳市宏电技术股份有限公司）