技術(shù)方案:高清監(jiān)控在智能建筑中的應(yīng)用
來源:無線安防技術(shù)
摘要: 對于視頻監(jiān)控而言,圖像清晰度無疑是最關(guān)鍵的特性。圖像越清晰,細(xì)節(jié)越明顯,觀看體驗越好,智能分析等應(yīng)用業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確度也越高。所以圖像清晰度是視頻監(jiān)控永恒的追求?!?
Abstract:
Key words :
一、什么是“高清”
對于視頻監(jiān)控而言,圖像清晰度無疑是最關(guān)鍵的特性。圖像越清晰,細(xì)節(jié)越明顯,觀看體驗越好,智能分析等應(yīng)用業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確度也越高。所以圖像清晰度是視頻監(jiān)控永恒的追求。
衡量圖像清晰度的標(biāo)準(zhǔn)是分辨率,單位是像素。這個值越大,圖像越清晰。所謂高清、標(biāo)清,差異也就體現(xiàn)在這里。兩者之間的分界線就是百萬像素或720p,達(dá)到百萬像素或720p的就是高清。
(1)1080i格式,是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式。1125條垂直掃描線,1080條可見垂直掃描線,16:9,分辨率為1920×1080,隔行/60Hz,行頻為33.75KHz。
(2)720p格式,是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式。750條垂直掃描線,720條可見垂直掃描線,16:9,分辨率為1280×720,逐行/60Hz,行頻為45KHz。
(3)1080p格式,是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式。1125條垂直掃描線,1080條可見垂直掃描線,16:9,分辨率為1920×1080逐行掃描,專業(yè)格式。
二、高清監(jiān)控的優(yōu)勢
無論是從分辨率、顯示效果還是流暢度來看,高清都比標(biāo)清更有優(yōu)勢。從分辨率來看,720p的分辨率是CIF分辨率的9倍、1080i/1080p的分辨率是CIF分辨率的20倍,在同樣的顯示環(huán)境下,高清會清晰得多。從顯示效果來看,高清既支持大屏顯示,又支持16:9寬屏顯示,可以大大增強(qiáng)用戶的觀看體驗。從流暢度來看,高清支持更高的幀率,比如720p和1080i/1080p都可以支持60幀/秒或60場/秒,其圖像流暢度比標(biāo)清要高一倍。所以,高清監(jiān)控是監(jiān)控行業(yè)發(fā)展最主流的趨勢之一。
對客戶而言,高清只有在包含了前端、平臺、存儲、瀏覽、顯示等各個環(huán)節(jié)時才有意義。因此,要實現(xiàn)真正的高清監(jiān)控,必須從視頻源的采集、視頻信號的編碼壓縮、視頻信號的傳輸、視頻的瀏覽、錄像文件的回放等環(huán)節(jié)全面支持高清。
對客戶而言,高清只有在包含了前端、平臺、存儲、瀏覽、顯示等各個環(huán)節(jié)時才有意義。因此,要實現(xiàn)真正的高清監(jiān)控,必須從視頻源的采集、視頻信號的編碼壓縮、視頻信號的傳輸、視頻的瀏覽、錄像文件的回放等環(huán)節(jié)全面支持高清。
三、高清監(jiān)控在智能建筑中應(yīng)用
高清監(jiān)控在智能建筑行業(yè)的應(yīng)用拓樸圖
前端
在此前,智能建筑行業(yè)多是采用摸擬系統(tǒng),相對于這些傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng),高清攝像機(jī)無須同軸電纜、無須龐大的視頻分配器;安裝所需設(shè)備少,可大幅減少線材,從而大幅降低工程成本;同時,高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是利用寬帶網(wǎng)傳輸圖像,非常廉價,可充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,增強(qiáng)監(jiān)控范圍的靈活性,并可利用網(wǎng)絡(luò)更新軟件,直接實現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)控。
傳輸
監(jiān)控系統(tǒng)傳輸技術(shù)主要有視頻基帶傳輸、光纖傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸、微波傳輸、雙絞線平衡傳輸和寬頻共纜傳輸?shù)攘N傳輸方式。每種技術(shù)都有其自身特點及應(yīng)用層面。在過去,由于光纖傳輸有著衰減小、頻帶寬、不受電磁波干擾、保密性好等優(yōu)點,因此光纖專線傳輸曾經(jīng)是解決長距離視頻監(jiān)控高速傳輸?shù)淖罴逊绞?。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展,目前各種寬帶網(wǎng)絡(luò)層出不窮,除了企業(yè)自建的光纖專網(wǎng)達(dá)到千兆帶寬,局域網(wǎng)也逐漸朝1000M、10000M方向發(fā)展。同時,各大運營商也在大力發(fā)展EPON、GPON光網(wǎng),使得帶寬達(dá)到Gbit以上。這些都為高清視頻圖像在網(wǎng)絡(luò)中的高效傳輸提供了更好的載體,并使得網(wǎng)絡(luò)傳輸也成為長距離音視頻傳輸?shù)牧硪环N最佳選擇。
目前,采集后未經(jīng)壓縮的高清視頻信號有模擬和數(shù)字兩種傳輸方式,模擬傳輸一般采用YPbPr分量傳輸,一路高清視頻信號需要三根同軸線纜同時傳輸。數(shù)字傳輸一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸,其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米,不適合用于監(jiān)控傳輸,HD-SDI雖可以傳輸百米左右,但對同軸電纜的要求很高,線纜的價格也非常昂貴。而如果在前端就對高清視頻進(jìn)行高效壓縮處理,然后通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑挘鋫鬏敵杀九c標(biāo)清監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化傳輸成本相當(dāng)。
由于高清視頻在廣域網(wǎng)上傳輸存在限制,加強(qiáng)帶寬建設(shè)是解決高清傳輸和網(wǎng)絡(luò)帶寬問題的重要途徑。此外,因高清占用了更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬,在組建高清系統(tǒng)特別是大路數(shù)高清系統(tǒng)時,對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用要精心設(shè)計。例如,100M以太網(wǎng),實際上同時只能承載5~6路高清圖像(考慮到以太網(wǎng)的碰撞偵聽特性),如果同一視頻源有多個用戶訪問,占用的帶寬會更大。因此對于系統(tǒng)設(shè)計、組播、轉(zhuǎn)發(fā)等技術(shù)的使用就顯得尤為重要。
存儲
目前,安防系統(tǒng)中常用的存儲方式有DAS直連、NAS網(wǎng)絡(luò)硬盤和IPSAN等構(gòu)架,其中IPSAN方式采用IP構(gòu)架的以太網(wǎng)傳輸,具備良好的擴(kuò)展性、共享性和較低的分?jǐn)倯?yīng)用成本,是目前大中型集中監(jiān)控存儲主要采用的技術(shù)之一。這些存儲方式都是IT行業(yè)非常成熟的技術(shù),存儲介質(zhì)也多半是采用IT上通用的數(shù)據(jù)硬盤,容量一般是TB級以上(按每路每小時數(shù)據(jù)量1G計算,1TB的數(shù)據(jù)硬盤大約可存儲720P的視頻圖像1000小時或者1000路攝像機(jī)同時錄像1個小時的數(shù)據(jù)),現(xiàn)在2TB的數(shù)據(jù)硬盤也逐漸走入人們的視線。隨著具體高清監(jiān)控項目規(guī)模的不斷擴(kuò)大,大型高清監(jiān)控系統(tǒng)PB級海量存儲解決方案將得到普遍應(yīng)用。
對于高清監(jiān)控系統(tǒng)而言,高清視頻存儲的安全性要求也很高,特別是存儲的視頻錄像回放的問題。視頻能否回放取決于幾個方面:
一,存儲設(shè)備是否具有足夠的混合讀寫性能,以保證存儲可在大量高清視頻寫入的同時滿足多路視頻的回放?;旌献x寫性能不足,不僅可能影響正常的視頻寫入和回放,嚴(yán)重時還有可能造成后續(xù)視頻完全無法寫入。
二,存儲系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,先進(jìn)的RAID技術(shù)、高可靠的企業(yè)級磁盤可有效降低因為磁盤損壞而造成數(shù)據(jù)丟失的可能性,保證高清視頻實時可用。
三,數(shù)據(jù)備份,重要場所的圖像或普通場所的某時段重要圖像往往需要有備份,以確保在一段時間內(nèi)該視頻隨時可用。一般可在視頻采集時同時保存到多臺存儲,或先保存單個文件,之后再復(fù)制到另一臺存儲等方式來實現(xiàn)。對重要視頻文件的多重保存或備份是設(shè)計高清監(jiān)控系統(tǒng)時必須考慮的問題。
四,平臺軟件媒體管理系統(tǒng)的有效性,主要是媒體管理系統(tǒng)后臺的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計。能否通過關(guān)鍵字,快速、準(zhǔn)確、有效地檢索到目標(biāo)視頻是媒體管理系統(tǒng)的重要指標(biāo),否則高清視頻即使保存下來,也有可能無法檢索到、無法用于圖像調(diào)用和圖像分析,那么圖像存儲就變得沒有意義。
此外,智能分析和數(shù)據(jù)挖掘功能也在存儲系統(tǒng)中充分體現(xiàn)其應(yīng)用價值。以智能建筑項目為例,存儲時間可由3個月或半年擴(kuò)展到一年,加上前端監(jiān)控點位的后期擴(kuò)展,其需要的存儲容量則更大。若加裝智能分析模塊與時間、報警觸發(fā)存儲相結(jié)合,視頻存儲所需要的空間將大大減少。在一些重要場合(如機(jī)場、海關(guān))的出入口,也可將高清攝像機(jī)抓拍的人臉或車牌視頻與后臺存儲數(shù)據(jù)庫中黑名單進(jìn)行對比,判斷是否為犯罪嫌疑人或違法車輛等,若是與黑名單信息相吻合則進(jìn)行報警并聯(lián)動配套系統(tǒng)。
管理平臺
面對智能建筑行業(yè)項目規(guī)模日益龐大和復(fù)雜、系統(tǒng)整合趨勢越來越明顯的趨勢,一個強(qiáng)大的支撐調(diào)度軟件必不可缺少,特別對于垂直集中的管理機(jī)制平臺,授權(quán)管理(是否給某個用戶具備操作權(quán)限)與級別控制(不同級別的用戶具備不同的控制管理,操作權(quán)限)顯得尤為突出。在軟件架構(gòu)上C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)各有所長,針對監(jiān)控系統(tǒng)的不同需求可以按需選擇。但是C/S架構(gòu)的軟件系統(tǒng)的功能應(yīng)用可以做得更豐富,通信開銷更少,建議以C/S結(jié)構(gòu)為主。
在硬件上,考慮到原有的投資和未來擴(kuò)展的需求,硬件平臺的高度整合和大集成功能也非常重要。例如是否同時支持摸擬和數(shù)字接入,是否同時支持高清和標(biāo)清系統(tǒng),是否支持智能分析功能,是否擁有完善的編解碼功能,是否支持大規(guī)模組網(wǎng)……等。
顯示
高清效果必須使用優(yōu)秀的顯示設(shè)備才能表現(xiàn)出來。后端的顯示設(shè)備一般有CRT、LCD、PDP三種。而高清顯示效果必須要使用大尺寸顯示器才能表現(xiàn)出來,現(xiàn)在有采用拼接墻技術(shù),比如在體育場館、建筑群的大型指揮中心,大都使用拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟,但LCD拼接墻也正在逐漸搶占市場,從清晰度來說,LCD完全可以滿足1080p的使用要求。此外還有新的顯示技術(shù)(如OLED高清屏)等都已將高清晰指標(biāo)放在最重要的位置,而各類顯示屏也都將16:9寬屏成為高清產(chǎn)品的定型規(guī)格。
譬如,DVI接口的傳輸完全采用了數(shù)字格式,保證了視頻源到顯示終端傳輸過程中信息的完整性,可以得到更快捷的傳輸速度以及更清晰的影像。再如HDMI接口,避免了DVI接口面積過大、不能傳輸音頻等缺點,雖然HDMI最高傳輸速度小于DVI(DVI可達(dá)8Gbps,HDMI為5Gbps,最高畫質(zhì)的HDTV信號傳輸需要2Gbps),但其支持八聲道或單聲道的數(shù)碼音頻傳輸,無需單獨使用音頻連接線。同時其連接線的長度也可以達(dá)到20多米(DVI線在8米以上就會影響畫質(zhì))。與DVI接口相比,HDMI不僅擁有更高帶寬和更高分辨力等特性,還能集視頻傳輸和音頻傳輸于一身,大大簡化了線纜的連接。
面對智能建筑行業(yè)項目規(guī)模日益龐大和復(fù)雜、系統(tǒng)整合趨勢越來越明顯的趨勢,一個強(qiáng)大的支撐調(diào)度軟件必不可缺少,特別對于垂直集中的管理機(jī)制平臺,授權(quán)管理(是否給某個用戶具備操作權(quán)限)與級別控制(不同級別的用戶具備不同的控制管理,操作權(quán)限)顯得尤為突出。在軟件架構(gòu)上C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)各有所長,針對監(jiān)控系統(tǒng)的不同需求可以按需選擇。但是C/S架構(gòu)的軟件系統(tǒng)的功能應(yīng)用可以做得更豐富,通信開銷更少,建議以C/S結(jié)構(gòu)為主。
在硬件上,考慮到原有的投資和未來擴(kuò)展的需求,硬件平臺的高度整合和大集成功能也非常重要。例如是否同時支持摸擬和數(shù)字接入,是否同時支持高清和標(biāo)清系統(tǒng),是否支持智能分析功能,是否擁有完善的編解碼功能,是否支持大規(guī)模組網(wǎng)……等。
顯示
高清效果必須使用優(yōu)秀的顯示設(shè)備才能表現(xiàn)出來。后端的顯示設(shè)備一般有CRT、LCD、PDP三種。而高清顯示效果必須要使用大尺寸顯示器才能表現(xiàn)出來,現(xiàn)在有采用拼接墻技術(shù),比如在體育場館、建筑群的大型指揮中心,大都使用拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟,但LCD拼接墻也正在逐漸搶占市場,從清晰度來說,LCD完全可以滿足1080p的使用要求。此外還有新的顯示技術(shù)(如OLED高清屏)等都已將高清晰指標(biāo)放在最重要的位置,而各類顯示屏也都將16:9寬屏成為高清產(chǎn)品的定型規(guī)格。
譬如,DVI接口的傳輸完全采用了數(shù)字格式,保證了視頻源到顯示終端傳輸過程中信息的完整性,可以得到更快捷的傳輸速度以及更清晰的影像。再如HDMI接口,避免了DVI接口面積過大、不能傳輸音頻等缺點,雖然HDMI最高傳輸速度小于DVI(DVI可達(dá)8Gbps,HDMI為5Gbps,最高畫質(zhì)的HDTV信號傳輸需要2Gbps),但其支持八聲道或單聲道的數(shù)碼音頻傳輸,無需單獨使用音頻連接線。同時其連接線的長度也可以達(dá)到20多米(DVI線在8米以上就會影響畫質(zhì))。與DVI接口相比,HDMI不僅擁有更高帶寬和更高分辨力等特性,還能集視頻傳輸和音頻傳輸于一身,大大簡化了線纜的連接。
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