视频监控以其直观性、实时性等特点，被高速公路、城市道路及铁路等交通行业广泛应用。高速公路运营单位通过机电系统设置的视频监控系统，可以有效地进行监控，并对各种突发事件做出及时地发现和确认。

高速公路视频监控的特点和现状
    高速公路视频监控主要分两种，一种设置于高速公路沿线（含立交、隧道、桥梁等），对交通流进行监视；一种设置于收费站，对收费进行监视。根据各路的管理体制，视频一般直接上传至临近的现场监控站，然后通过现场监控站的视频矩阵切换一定路数视频上传到监控中心，再通过监控中心视频矩阵切换一定路数视频上传到监控总中心。一般省级高速公路监控管理模式分3~4级，比如重庆市高速公路在中西部区域采用三级监控管理模式。第一级为重庆市监控总中心兼中西部区域监控中心，第二级为各公司监控中心，第三级为隧道监控站和外场设备。

    目前，大多省份高速公路之间相对独立，视频联网监控尚未形成，视频图像多采用光端机进行传输，通过视频矩阵进行切换显示和录像。各级视频矩阵采用级联方式进行视频联网控制。

传统监控和组播监控
    传统监控模式在高速公路建设初期，路网尚未形成时，对高速公路运营管理起到了积极作用。但随着高速公路的不断发展，路网管理中心建设的不断加快，路网多级视频监控功能需求的不断提升，传统监控模式逐渐暴露其缺点，如占用光纤资源较多、带宽得不到有效利用、系统扩建难度大、不同品牌视频矩阵级联兼容性差、与其它系统融合困难等。

    采用组播监控模式，结合虚拟矩阵，上述问题可以得到很好的解决，并可以在系统中增加其它有用的功能模块，也可以与其它系统无缝衔接。

    图1为传统监控模式和组播监控模式网络结构的对比，可以明显的看到，使用组播主要优势有。

    1、系统稳定，投资少。实现相同的功能，组播监控比传统监控结构简单，设备少。从而系统稳定性高，投资少，满足管理和运营对成本控制的需要。

    2、控制灵活，图像质量好。传统监控在实现多级监控时，需要光端机将前端摄像机视频传输给视频矩阵，再利用光端机将视频矩阵输出视频向上级传输。这种方式上级只能观看下级视频矩阵切换给上级的图像，造成上级管理的不灵活；并且图像需要通过光端机再编再解传输，造成图像质量的不断下降。与此相反，组播监控系统的编码过程只有一次，无论几级监控，各级监控的解码器直接从网络中接收IP组播信号，避免了再编再解的现象；并且在可管理性上有大幅度的提高，可以利用虚拟矩阵控制解码器接收前端任意一路视频，而不受下级监控中心的影响。[nextpage]

    由于传统视频监控模式的弊端，且系统的建设要考虑到今后几年甚至几十年业务的发展情况，结合系统现状，重庆市高速公路视频联网采用IP组播技术，可以实现多级监控，无须再编再解，并且具有网络结构简单，节省设备投资，升级扩容方便等优点。

视频组播监控系统
    视频组播监控系统组网图（见图2）

    对于视频图像，重庆市高速公路视频系统采用监控图像与收费图像共同传输方式，采用弹性分组环（RPR）技术与多业务传输平台（MSTP）技术相结合的方式。所有图像均为数字化，由各级监控和收费系统中的虚拟矩阵通过编解码器实现控制和切换调用。

    系统按工作流程分为图像及信号采集系统、图像组播系统、网络系统、虚拟矩阵系统、电视墙监视系统、数字存储系统、报警联动系统和计算机软解码系统。

图像及信号采集系统
    该系统处于最前端，主要负责视频信号的采集以及图像控制信号的传输。对于距编码器安置地点较远的摄像机，视频信号通过光端机传输给编码器编码后发送。对于距编码器较近的摄像机可以直接通过视频线接入编码器。对于带云台的摄像机和球机除了要传送视频信号外，还要传送控制信号，编码器应提供RS232接口和传输通道。

图像组播系统
1、组播
    IP组播是利用协议将IP数据包从一个源传送到多个目的地，将信息的拷贝发送到一组地址，到达所有想要接收它的接收者处，是一对多的关系。IP组播是将IP数据包“尽最大努力”传输到一个构成组播群组的主机集合，群组的各个成员可以分布于各个独立的物理网络上。IP组播群组中成员的关系是动态的，主机可以随时加入和退出群组，群组的成员关系决定了主机是否接收送给该群组的组播数据包，不是某群组的成员主机也能向该群组发送组播数据包。

    组播效率非常高，因为任何给定的链路最多用一次，可以节省网络带宽和资源。举一个例子来说明，建立一个主机发送者和远端网络的通信，网络中有N个用户。对于视频监控图像，一个视频信息流如果占用4Mbit/s的带宽，在一个组播环境里，不论网络中的用户数目有多少，设备发出的一个视频流，由网络中的路由器或交换机同时复制出N个视频流，组播到每个特定的用户，仅需4Mbit/s的带宽。因此，在系统环境中主干网是畅通的。图3为组播示意图。

    可见，IP组播能够有效地节省网络带宽和资源，大大减少网络主干网的负荷，从而高性能地发送信息。另外，组播传送的信息能同时到达用户端，时延小，且网络中的服务器不需要知道每个客户机的地址。所有的接收者使用一个网络组播地址，可实现匿名服务。[nextpage]

2、视频组播
    在高速公路视频监控传输系统中，前端对图像进行压缩编码的编码器可以对后端所有的解码器实施组播功能，只要对解码器的接收参数稍做更改，所有解码器便可以同时接收到图像的数字视频信息数据，可实现1台编码器发送，多台解码器接收的视频组播传输机制。因此，有了这种视频组播传输机制，后端的任意一台解码器就可以接收到前端任意一台编码器所发送的数字视频信息数据。

    高速公路所承载各种业务的网络主要为IP网络，IP网络具有多方面的优势，除了有较好的灵活性，稳定性，实时性，传输容量大，承载业务种类多等各种优点外，在高速公路监控系统中还特别适用于和编解码器相配合，共同实现对数字视频信号、控制信号和报警信号的传输。由于IP网络能对数字视频信息传输进行优化并能增进监控的可管理性，且IP组播具有可升级性，与新的IP业务能相兼容，因此IP 组播技术逐步成为当今高速公路视频监控的一个发展趋势。

网络系统
    无论通信链路的网络拓扑结构如何，对于视频传输系统都视为一个透明的传输链路，前端的各个编码节点和各个中心都可以作为一个独立的模块接入整个网络当中，如图2的视频组播监控系统组网图所示。采用这种方案对于新建的道路前端节点或各级中心而言都可以无缝的直接接入网络，无论对于扩容、扩建、还是升级而言都非常的方便，而且不会对原系统造成任何影响，不会产生任何额外浪费。

    由于视频传输需要通过组播功能实现，因此通信链路必须支持组播功能，交换机必须支持有关的组播协议。在没有解码器接收信号的时候，编码器信号不在通信链路上传输，交换机直接将信号拦断。

虚拟矩阵系统
1、虚拟矩阵原理
    传统组网方式要想实现监控切换调度功能，需要使用视频矩阵，并且必须将前端所有图像输入到视频矩阵进行切换。若中心需要轮流监控200路图像中的20路，则需要200对光端机进行图像传输，在中心通过支持200路图像输入的视频矩阵切换20路图像到电视墙。

    所谓虚拟矩阵就是不通过视频矩阵而是通过计算机操作来实现视频矩阵功能的软件系统。它不但具备视频矩阵所具备的功能而且操作简单，功能强大，节省成本，是专门针对IP链路设计的软件系统。上述视频传输例子若采用虚拟矩阵只要20台解码器，且不需购买视频矩阵。虚拟矩阵通过修改解码器的接收组播IP地址可以对前端任意一路图像进行解码观看。每台解码器可以解码输出相同的图像也可以输出不同的图像，然后接入监视墙。当需要切换图像的时候，直接修改解码器的接收组播IP地址。

    虚拟矩阵能够按照用户预先的设定，方便的实现手动或自动切换功能。可以充分的节省带宽，传输通道中不必传输200个视频流，只需传输20个视频流即可。虚拟矩阵可以让前端编码器只编码不发送，当虚拟矩阵设定解码器接收图像时再通知前端的编码器输出，这样就可以保证需要观看的图像才会在链路中传输。

2、虚拟矩阵与其它系统
    虚拟矩阵作为高速公路机电监控系统的重要组成部分，既要完成自身的功能，又要与其它系统协调工作，完成整个系统的各项功能。[nextpage]

    监控系统软件作为虚拟矩阵的上层软件，用来完成整个监控系统的各项功能。监控系统软件的功能之一就是完成各类报警系统的报警警号搜集和处理，制定相应的预案，依照预案向虚拟矩阵发送指令，虚拟矩阵按照指令将一路或几路图像切换到相应的设备进行观看、录像、分析等，并返回相应的执行情况。

其它系统
    电视墙监视系统主要功能是实现图像的直观、实时显示；数字存储系统主要功能是对特定的图像在特定的时间段进行录像以备事后查看、分析；报警联动系统主要功能是实现视频监控系统与其它系统的联动控制；计算机软解码系统是在各级监控中心的计算机上对图像进行选择性的观看和控制。

编解码器配置原则
    为了满足建设和管理的需要，降低建设和管理的费用，结合网络情况，编解码器配置采用多编少解的原则。编码器根据各路段摄像机的数量，按摄像机和编码器1:1比例配置；解码器根据中心显示设备的数量，按显示设备和解码器1:1比例配置。

系统功能
·对系统中的所有图像进行集中控制，集中管理。各级监控系统应具有技术方案统一性，与其他系统协作工作时具备结构开放性；
·系统中各级中心可以依照权限调用图像，各中心相互独立，互不干扰，依照权限判定对图像进行操作；
·系统可以直接调用任意编码器的视频图像到监控中心进行监控；可以调用任意编码器的视频图像到指定的数字视频存储系统进行存储；
·系统具备报警联动功能，当有报警事件发生时，能够按照预案自动切换和调度图像，存储图像。系统支持对各种事件设置处理预案，提高对各类事件的处理速度；
·系统中一个中心发生故障时，不对其它中心造成任何影响，同时可以通过其它中心实现应急中心的功能，能够实现移动中心的功能；
·系统提供多种控制优先级供用户选择和定义，满足各种情况下各中心对摄像机的独立和并发控制要求；
·支持图像软解码，支持在计算机上显示和控制监控图像；
·支持对摄像机和云台的控制；
·采用C/S架构，通过SNMP协议对设备参数进行配置和管理，支持日志记录和查询，支持用户管理与权限配置等功能。