一、引言

閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)是公路交通口中不可或缺的重要組成部分，承擔(dān)著將路面交通情況實(shí)時(shí)上傳到道路監(jiān)控指揮中心的作用，從而及時(shí)了解各區(qū)域的狀況，以保障在事故出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)。而相應(yīng)的視頻監(jiān)控鏈路作為傳輸視頻信號(hào)的載體，影響著視頻質(zhì)量、信號(hào)傳輸速度和傳輸穩(wěn)定性等多種方面。因此，對(duì)于鏈路的傳輸質(zhì)量的測(cè)試評(píng)判和定期檢查尤為重要。

傳統(tǒng)模擬視頻信號(hào)，如CCVS（模擬標(biāo)清復(fù)合視頻信號(hào)）和YPbPr（模擬高清分量視頻信號(hào)），相應(yīng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)的測(cè)試，一般是直接通過模擬視頻接口進(jìn)行測(cè)試。隨著信號(hào)的數(shù)字化，基于HDMI接口的視頻傳輸系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于模擬信號(hào)的傳輸之中（需要先進(jìn)行數(shù)字化過程）。同時(shí)，為了維持較好的視頻質(zhì)量，有的系統(tǒng)也會(huì)考慮利用光發(fā)光收系統(tǒng)來將模擬信號(hào) (甚至是數(shù)字化的HDMI信號(hào)) 直接光調(diào)制傳輸。所以，基于HDMI接口的視頻信號(hào)測(cè)試也是很有必要的。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，IP網(wǎng)絡(luò)漸漸成為主流。相應(yīng)地，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)也不斷向IP化視頻傳輸轉(zhuǎn)換，有的攝像頭也可直接輸出IP視頻數(shù)據(jù)。

視頻的數(shù)字化和基于IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸是相輔相成且共同發(fā)展的兩個(gè)技術(shù)趨勢(shì)，同時(shí)視頻的分辨率也在不斷增大，目前公路口的主流應(yīng)用已經(jīng)是高清視頻信號(hào)了。由于視頻數(shù)據(jù) (尤其高清視頻) 傳輸量大，要求傳輸網(wǎng)絡(luò)必須具備較好的性能，同時(shí)因?yàn)楦骷?jí)交換處理，更會(huì)加大傳輸出現(xiàn)丟包的可能。因此有一套可以針對(duì)高清視頻IP傳輸網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試方案勢(shì)在必行。

二、傳輸系統(tǒng)介紹

2.1 傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)

為了維持較好的傳輸質(zhì)量，傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)往往會(huì)采取光發(fā)光收的方式，將模擬信號(hào)（甚至是數(shù)字化后的HDMI信號(hào)）通過光發(fā)射機(jī)進(jìn)行光調(diào)制傳輸，然后再利用光接收機(jī)進(jìn)行光解調(diào)后輸入下一級(jí)系統(tǒng)。如圖1所示：

圖1 光發(fā)光收傳輸系統(tǒng)

該傳輸系統(tǒng)可支持標(biāo)清模擬復(fù)合視頻信號(hào)(CCVS)、高清模擬分量視頻信號(hào)(YPbPr)以及數(shù)字化的HDMI視頻信號(hào)的傳輸。

2.2 基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸系統(tǒng)

從目前行業(yè)主流應(yīng)用來看，基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸系統(tǒng)分為帶編解碼器和不帶編碼器兩種，帶編碼器的系統(tǒng)是為了兼容傳統(tǒng)的攝像機(jī)，不帶編碼器的系統(tǒng)是采用的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可直接輸出IP視頻信號(hào)。

基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸測(cè)試是一個(gè)難點(diǎn)，不僅要考慮實(shí)際系統(tǒng)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，還要考慮儀器行業(yè)能提供的測(cè)試條件。

2.2.1 帶編碼器的IP傳輸系統(tǒng)

帶編解碼器的視頻傳輸系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)是IP網(wǎng)絡(luò)，通過編碼器和解碼器實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的IP化，從而使視頻信號(hào)在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸。典型的示意圖如下：

圖2 傳統(tǒng)帶編碼器IP傳輸系統(tǒng)

如果攝像頭是標(biāo)清攝像頭，那么編碼器就需要支持標(biāo)清格式。視頻編碼器對(duì)輸入的非壓縮或淺壓縮視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，封裝為TS流后以ASI接口或是SDI over IP形式輸出給IP傳輸網(wǎng)絡(luò)。一般的標(biāo)清視頻編碼器主要的輸入是標(biāo)清模擬復(fù)合視頻 (CCVS) 或是SDI接口，也有部分商用產(chǎn)品支持HDMI接口。同樣，解碼器也需要支持對(duì)應(yīng)的標(biāo)清格式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮TS流的解碼。標(biāo)清解碼器的輸入主要是ASI或IP接口，輸出主要是CCVS接口，也可選用SDI和HDMI接口。

如果是高清視頻攝像頭，那么編碼器就需要支持高清格式。高清視頻編碼器相對(duì)于標(biāo)清視頻編碼器的區(qū)別就是視頻分辨率要基于HD格式，輸入接口則主要是SDI或HDMI接口，輸出接口仍然是ASI或IP接口，承載的仍然是TS流。解碼器也須對(duì)應(yīng)地支持相應(yīng)高清格式，同樣是不再具有CCVS接口。公路交通行業(yè)主要要求高清解碼器支持HDMI輸出。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)攝像頭IP傳輸系統(tǒng)

隨著流媒體技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控行業(yè)不斷引入新的技術(shù)，比如基于UDP/http或是RTSP的流媒體視頻傳輸方式。與此同時(shí)，攝像頭也逐漸演變?yōu)榱司W(wǎng)絡(luò)攝像頭，可直接以IP格式輸出信號(hào)。一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)攝像頭傳輸系統(tǒng)框架如下：

圖3 網(wǎng)絡(luò)攝像頭IP傳輸系統(tǒng)

在監(jiān)控中心，解碼器直接接收流媒體格式的IP視頻，解碼后通過HDMI接口或是其它接口輸出給監(jiān)視器。

三、測(cè)試方案

針對(duì)JTG2182-2020標(biāo)準(zhǔn)，我司北京度緯科技有限公司推出了一套完全符合該標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于閉路電視測(cè)試內(nèi)容的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)方案。支持所有符合標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)試圖像信號(hào)發(fā)生功能以及各種視頻傳輸質(zhì)量測(cè)試功能。

3.1閉路電視監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)Vision Eye  

圖4 Vision Eye測(cè)試連接圖

說明：閉路電視監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)Vision Eye主要包括：模擬數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器VSG、IP視頻信號(hào)發(fā)生器、模擬數(shù)字視頻信號(hào)分析儀VTS。

針對(duì)公路交通行業(yè)，系統(tǒng)支持“綜合測(cè)試圖”信號(hào)發(fā)生功能，整合JTG2182-2020標(biāo)準(zhǔn)要求的所有測(cè)試圖像信號(hào)。系統(tǒng)測(cè)試過程中不需要切換測(cè)試信號(hào)，并且支持一鍵測(cè)試，可將所有測(cè)試指標(biāo)同時(shí)測(cè)試及顯示結(jié)果。測(cè)試系統(tǒng)搭建完成后，整體測(cè)試時(shí)間一般不超過10s。

系統(tǒng)支持包括但不限于下列測(cè)試項(xiàng)：

 輸出量化誤差

 信號(hào)通道間時(shí)延差

 幅頻特性

 非線性失真

 信噪比

 微分增益

 微分相位

 色度亮度增益不等

 色度亮度時(shí)延差

 回波

 線性響應(yīng)（K系數(shù)）

3.2 傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)測(cè)試方案

圖5 傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)測(cè)試方案

針對(duì)傳統(tǒng)模擬視頻傳輸系統(tǒng)的測(cè)試，典型的測(cè)試系統(tǒng)如圖5所示。測(cè)試設(shè)備主要是采用視頻信號(hào)發(fā)生器VSG和視頻分析儀，利用視頻信號(hào)發(fā)生CCVS或YPbPr信號(hào)，經(jīng)過傳輸系統(tǒng)后，利用視頻分析儀進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)于數(shù)字化的HDMI視頻信號(hào)傳輸，如果傳輸環(huán)節(jié)還是采用光發(fā)光收的架構(gòu)，測(cè)試原理與傳統(tǒng)模擬視頻測(cè)試無異，只是視頻信號(hào)發(fā)生器和分析儀需要支持HDMI接口，同時(shí)視頻分析儀內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)D/A變換。

3.3 IP網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)測(cè)試方案 

圖6 IP網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)測(cè)試方案

針對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸系統(tǒng)的測(cè)試，典型的測(cè)試系統(tǒng)如圖6所示。信號(hào)發(fā)生設(shè)備主要是采用視頻信號(hào)發(fā)生器VSG和IP視頻信發(fā)生器IPSG，信號(hào)分析設(shè)備主要采用視頻分析儀VTS。

利用標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)發(fā)生器VSG產(chǎn)生CCVS、YPbPr或HDMI信號(hào)，同時(shí)采用廠家提供的編碼器來實(shí)現(xiàn)IP化匹配，然后再通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。相應(yīng)的，接收端也需要廠家提供的相應(yīng)解碼器來將IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視頻分析儀VTS所能接收的形式，然后再提供給視頻分析儀VTS進(jìn)行測(cè)試。

若信號(hào)發(fā)生裝置采用IP視頻信發(fā)生器IPSG，可直接產(chǎn)生IP視頻信號(hào)，無需通過廠家提供的編碼器來實(shí)現(xiàn)IP化匹配。信號(hào)經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸以后，可通過硬盤錄像機(jī)轉(zhuǎn)換成可分析的信號(hào)格式，再傳輸給視頻信號(hào)分析儀VTS進(jìn)行分析。也可保存在錄像機(jī)本地硬盤，以供后續(xù)進(jìn)行分析。

鑒于不同的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)是由不同的廠家承建，因此，在進(jìn)行測(cè)試過程中，需要聯(lián)系不同廠家，根據(jù)相應(yīng)的編碼器進(jìn)行匹配測(cè)試，這期間可能會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題，甚至需要廠家提供技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)支持，較為繁瑣。采用IP視頻信發(fā)生器IPSG進(jìn)行信號(hào)發(fā)生則可以避免這樣的問題。同時(shí)，IPSG所輸出的視頻信號(hào)還支持GB/T28181-2016協(xié)議，無須擔(dān)心傳輸過程中與監(jiān)控機(jī)房的匹配問題。

四、核心測(cè)試設(shè)備介紹

4.1模擬數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器 VSG

支持模擬復(fù)合視頻(CCVS)模擬HD分量(YPbPr)及HDMI輸出；

模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)需要配置或者升級(jí)；

多種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖形，并針對(duì)公路口測(cè)試提供SD/HD綜合測(cè)試圖卡；

直接設(shè)置按鈕切換圖像和制式，操作便捷；

SD信號(hào)支持720X576/50Hz，寬高比4:3；

SD綜合測(cè)試圖包括CCIRL 7/18 /330/331、75％彩條、SINX/X、50％平場(chǎng)、紅場(chǎng)、15KHZ方波及靜默行信號(hào)等；

HD分辨率支持1080i/1080P，幀率支持50Hz/60Hz；

HD提供綜合測(cè)試圖、 多波群、100％彩條、極限八灰度、白窗、黑窗、黑白窗、 棋盤格、白場(chǎng)、黑場(chǎng)、跳幀及在1080i和1080p格式下有效的拖尾測(cè)試圖。

4.2 IP視頻信號(hào)發(fā)生器 IPSG

 IP視頻信號(hào)發(fā)生器支持千兆網(wǎng)口，并可通過千兆網(wǎng)口直接輸出標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，并且支持未來拓展光口輸出功能；

 IP視頻輸出支持GB/T28181-2016協(xié)議（媒體發(fā)送端）、RTSP協(xié)議（Server端）、RTSP協(xié)議（客戶端Announce推流）；

 支持配置GB/T28181-2016標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)，包括SIP服務(wù)器ID、域、地址、端口、密碼、心跳間隔和并發(fā)數(shù)量等；

 支持配置RTSP服務(wù)端參數(shù)，包括起始端口、流起始名稱和并發(fā)數(shù)量等；

 支持配置RTSP推流端參數(shù)，包括RTSP推流地址和并發(fā)數(shù)量等；

 設(shè)備支持新增、保存、加載和刪除測(cè)試方案功能。可保存視頻輸出配置，加載測(cè)試方案后可直接導(dǎo)入所保存的相關(guān)配置進(jìn)行測(cè)試；

 視頻源可選擇mp4后綴H.264視頻編碼方式的視頻文件；

 視頻源可選擇靜態(tài)圖片，以H.264進(jìn)行編碼輸出流，分辨率和碼率等參數(shù)可以控制；

 支持模擬多路（不少于128路）并發(fā)信號(hào)源，綁定不同端口，用于仿真模擬多臺(tái)攝像終端；

 IP視頻信號(hào)發(fā)生模塊設(shè)備采用觸摸屏設(shè)計(jì)。

4.3模擬數(shù)字視頻信號(hào)分析儀 VTS

 一體化設(shè)計(jì)，專為交通閉路電視傳輸通道測(cè)試而生；

 支持對(duì)復(fù)合視頻信號(hào)（CCVS）和HDMI視頻信號(hào)進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試；

 支持HDMI接口輸入的分量視頻測(cè)試，可查看HDMI接口視頻信息；

 HDMI輸入時(shí)的分量視頻分析支持R/G/B和Y/Cb/Cr；

 支持直接切換不同的輸入模式；支持信號(hào)波形圖顯示功能，具有測(cè)試信號(hào)和測(cè)試位置設(shè)置及顯示功能；

 支持導(dǎo)入測(cè)試設(shè)置模板，一鍵執(zhí)行測(cè)試，直接讀取JTG 2182標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)項(xiàng)目所有測(cè)試結(jié)果，支持測(cè)試結(jié)果截圖輸出；

 復(fù)合視頻測(cè)試支持：視頻輸出幅度，亮度波形失真，亮色時(shí)延差，DG/DP，亮度非線性失真，視頻頻響和同步特性指標(biāo)；

 分量視頻測(cè)試功能支持：Y信號(hào)輸入幅度、Cr信號(hào)輸入幅度、Cb信號(hào)輸入幅度、非線性失真、亮度通道線性響應(yīng)、信號(hào)時(shí)延差和SNR等功能。

4.4典型測(cè)試信號(hào)