一、何謂高清
高清其實就是指視頻監(jiān)控圖像的清晰度更高。對于視頻監(jiān)控而言,圖像清晰度是最關鍵的特性。圖像越清晰,細節(jié)越明顯,視覺效果就越好,智能分析等應用業(yè)務的準確度也越高。所以,圖像清晰度是視頻監(jiān)控永恒的追求。
筆者認為,高清是一個標準,而不是一種概念。標準不僅僅意味著它是一個像素數(shù)據(jù)或者是一個圖像的畫面比例,它應該是一個整體的解決方案,它要求從前端攝像到中端傳輸?shù)胶蠖孙@示都需要遵循著同樣的標準。
衡量圖像清晰度的標準主要是分辨率,單位是像素。這個值越大,圖像則越清晰。高清與標清的差異也就體現(xiàn)在這里。兩者之間的分界線就是百萬像素或720p,達到百萬像素或720p及以上的就是高清。當前業(yè)內主要的高清標準有720P、1080P、1080i三種格式。
1.720P格式,是指在逐行掃描下達到1280×720的分辨率的標準視頻顯示格式。其理論值為750條垂直掃描線,實際有720條可見垂直掃描線,屏幕比例為16∶9,頻率為60Hz,行頻為45KHz。
2.1080P格式,是指在逐行掃描下達到1920×1080的分辨率的標準視頻顯示格式。其理論值為1125條垂直掃描線,實際有1080條可見垂直掃描線,屏幕比例為16∶9。
3.1080i格式,是指在隔行掃描下達到1920×1080的分辨率的標準視頻顯示格式。其理論值為1125條垂直掃描線,實際有1080條可見垂直掃描線,屏幕比例為16∶9,頻率為60Hz,行頻為33.75KHz。
二、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)高清解決方案
當前,在大多數(shù)高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,圖像清晰度只有4CIF,這樣的清晰度很難看清過往車輛車牌號碼及局部特征。尤其對于大型橋梁、長大隧道、大型互通式立交橋、收費站、治超站、服務區(qū)、事故多發(fā)地等重點監(jiān)控目標而言,其清晰度已遠遠達不到高速公路交警或高速公路管理處的應用要求,同時由于圖像存儲需要更高的視頻分辨率,錄像回放也更加重視細節(jié)的再現(xiàn),因此,急需引入先進的數(shù)字高清視頻監(jiān)控高清解決方案。針對目前高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與存在的需求,深圳諾龍推出了一套基于數(shù)字高清在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的解決方案——UTN綜合業(yè)務光傳輸網(wǎng)。
UTN綜合業(yè)務光傳輸網(wǎng)是深圳諾龍針對數(shù)字化、網(wǎng)絡化、高清化、集成化、標準化的視頻監(jiān)控發(fā)展趨勢,通過深度挖掘市場需求及現(xiàn)有產品、技術的特點研發(fā)和生產的新一代綜合業(yè)務光傳輸平臺。UTN高清解決方案包括數(shù)字高清視頻源采集編碼、傳輸及交換、存儲、顯示及管理控制等部分組成。
1.數(shù)字高清視頻采集編碼
高清視頻效果的保證首先來源于高清信息的采集,如果沒有前端高清視頻采集,就沒有后端的高清效果。
UTN的遠端業(yè)務接入設備ONU主要完成各監(jiān)控點視頻信號、音頻、報警開關量、各種低速數(shù)據(jù)、VOIP及標準以太網(wǎng)信號等接入;遠端業(yè)務接入設備在接入視頻信號的同時進行數(shù)字化編碼處理,可支持H.264等標準壓縮格式。每臺ONU400支持4路標準視頻信號接入,每個端口可預置10-40Mbps網(wǎng)絡帶寬,完全能滿足數(shù)字高清視頻的接入;ONU采用環(huán)網(wǎng)接入時最大支持24個節(jié)點,支持環(huán)網(wǎng)自愈功能,其業(yè)務倒換時間小于30ms;各個ONU400支持ONU100星型擴展。
2.數(shù)字高清傳輸及交換
高清意味著高帶寬。而高清監(jiān)控在傳輸這一環(huán)節(jié)往往受到帶寬的影響。目前,視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸技術主要有視頻基帶傳輸、光纖傳輸、網(wǎng)絡傳輸、微波傳輸和雙絞線平衡傳輸五種傳輸方式。其中,視頻基帶傳輸距離非常短;微波傳輸則受環(huán)境影響比較大;雙絞線只適合1KM以內的監(jiān)控傳輸,且只能傳輸一路圖像;光纖傳輸則比較適合長距離傳輸;網(wǎng)絡傳輸易受網(wǎng)絡帶寬的影響。
面對高清應用的超大數(shù)據(jù)量帶寬以及實時性的要求,目前只有兩種傳輸方式在高清傳輸中得到認可,一種是采用光纖專線傳輸。采用光纖傳輸是解決長距離視頻監(jiān)控高速傳輸系統(tǒng)的最佳解決方式,通過把視頻及控制信號轉換為光信號在光纖中傳輸。光纖傳輸具有衰減小、頻帶寬、不受電磁波干擾、重量輕、保密性好等一系列優(yōu)點,廣泛應用于國家及省市級的主干通信網(wǎng)絡。而在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,光纖傳輸也已成為長距離音視頻及控制信號傳輸?shù)氖走x方式。第二種是網(wǎng)絡傳輸。隨著目前網(wǎng)絡傳輸技術的迅猛發(fā)展,通信網(wǎng)絡也逐漸朝1000M甚至10000M方向發(fā)展。因此UTN采用光纖+通信網(wǎng)絡兩種混合傳輸模式系統(tǒng)可解決高清監(jiān)控的高帶寬問題。
UTN針對高速公路監(jiān)控點具體分布的情況,在前端各監(jiān)控點配置ONU400,各ONU400組成光纖環(huán)網(wǎng)傳輸方式傳輸?shù)奖O(jiān)控中心OLT設備。其1.25G的業(yè)務接入卡可支持最多96路視頻輸入,單機框則可達到192路視頻的接入能力交換。與上級監(jiān)控通信網(wǎng)絡的系統(tǒng)擴展級聯(lián)則通過千兆電口進行聯(lián)網(wǎng)。
UTN引入先進的TDM控制機制,將ONU采集到的數(shù)據(jù),各自在自身的獨立通道內傳輸,各ONU之間不存在資源競爭問題,從而徹底解決了網(wǎng)絡阻塞的問題,保證各業(yè)務傳輸質量。同時采用單纖雙環(huán)設計,擁有專用的高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通道和低數(shù)數(shù)據(jù)通道,高低速數(shù)據(jù)在各自的通道中傳輸,低速數(shù)據(jù)不需要進行IP打包分發(fā),極大地提高網(wǎng)絡傳輸?shù)膶崟r性及安全性。與外網(wǎng)的通訊通過交換控制卡進行,可有效隔離廣播風暴。
3.數(shù)字高清存儲
高清監(jiān)控視頻存儲大多以超大數(shù)據(jù)流為代價,因此對于高清視頻,需要有足夠的存儲空間。選擇什么樣的高清存儲方案將直接影響視頻流暢度、系統(tǒng)穩(wěn)定性等一系列因素。UTN采用OTS-NVR網(wǎng)絡存儲服務器進行分布式存儲、中心集中管理模式。OTS-NVR網(wǎng)絡存儲服務器采用IP構架的以太網(wǎng)傳輸,具備良好的擴展性、共享性和較低的分攤應用成本,是目前大規(guī)模高清監(jiān)控存儲主要采用的技術之一。此種存儲方式多半是采用我們所常見的硬盤,容量一般是TB級別。隨著2TB硬盤甚至更高容量的產品走入我們視線,大型高清監(jiān)控系統(tǒng)PB級海量存儲方案能得到更好的應用。
4.數(shù)字高清瀏覽顯示
高清效果必須使用優(yōu)秀的顯示設備才能表現(xiàn)出來。
UTN采用高清電視墻解碼卡將高清顯示到大屏幕上,同時還具備音頻的解碼輸出和網(wǎng)絡接入功能??梢园褋碜郧岸藗魉瓦^來的組播IP數(shù)據(jù)包進行數(shù)字化解碼進行高還原。還可以直接在PC瀏覽客戶端上對監(jiān)控內容進行實時查看或歷史錄像回放查看。此外,UTN還支持SNMP網(wǎng)管,其利用網(wǎng)管進行配置及監(jiān)視其工作狀態(tài),并對各類報警并加以直觀顯示和聯(lián)動。
5.數(shù)字高清控制及管理
UTN完成對所有監(jiān)控設備、業(yè)務的管理及控制,包括視頻管理服務器、MCU控制器及網(wǎng)絡鍵盤等其他設備。視頻管理服務器不僅可對前端設備進行集中的管理和控制,還可對分布在各區(qū)域的存儲終端設備進行遠程的集中管理。用戶只需要在一臺客戶端上就可以對整網(wǎng)設備進行批量配置下發(fā)、遠程升級、遠程操作、業(yè)務實現(xiàn)等操作,另針對不同的用戶可以采用域管理、用戶管理和云臺控制沖突管理等多種權限管理模式。不同的用戶可以根據(jù)指定的權限對系統(tǒng)進行操作;MCU控制器可以通過網(wǎng)絡鍵盤、數(shù)字矩陣等設備相連接。
三、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的高清應用
高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設包括隧道監(jiān)控、收費站監(jiān)控、道路監(jiān)控及監(jiān)控分中心幾部分。隧道監(jiān)控系統(tǒng)主要完成隧道變電所、隧道口、左右隧道內的數(shù)字高清圖像的視頻監(jiān)控。收費監(jiān)控系統(tǒng)主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況,對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發(fā)事件和特殊事件進行觀察和記錄,并實施有效的監(jiān)督。道路監(jiān)控系統(tǒng)主要是對高速公路干線、互通立交等高速公路重點路段進行監(jiān)視,掌握高速公路交通狀況,及時發(fā)現(xiàn)交通阻塞路段、違章車輛,及時給予引導,以保證高速公路的安全通暢。監(jiān)控分中心系統(tǒng)主要完成道路、隧道、變電所、收費站及外場的所有數(shù)字高清圖像集中監(jiān)控管理,通過通信系統(tǒng)與市中心或省中心監(jiān)控系統(tǒng)互連。
1.收費站視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計
在收費站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,收費亭、車道的視音頻及低速數(shù)據(jù)通過ONU400組成單纖環(huán)網(wǎng)接入收費站監(jiān)控室的OLT。廣場的高清網(wǎng)絡高速球機視頻信息通過ONU100直接以點對點式接入收費站監(jiān)控室的OLT。其他如投包房、票據(jù)室等地的高清攝像機信號則直接接入收費站監(jiān)控室OLT的數(shù)字視頻編碼卡上。
2.隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計
隧道內監(jiān)控的數(shù)字高清圖像直接采用ONU400組成光纖環(huán)網(wǎng),將高清數(shù)字圖像傳輸至隧道管理所OLT。隧道口高清數(shù)字攝像機圖像采用ONU100通過光纖接入就近ONU400環(huán)網(wǎng)節(jié)點,通過光纖環(huán)網(wǎng)回傳。隧道內橫洞高清數(shù)字攝像機圖像可就近接入ONU400光纖環(huán)網(wǎng)節(jié)點回傳至隧道管理所OLT。
3.道路及分中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計
基于系統(tǒng)優(yōu)化和降低成本兩方面考慮,將路段的外場高清數(shù)字攝像機按照就近集中的原則,相距在200米內的高清數(shù)字攝像機集中到一個監(jiān)控點。集中監(jiān)控點配置1臺ONU400遠端接入設備,支持4路高清數(shù)字視頻的輸入以及2路RS232/485透明數(shù)據(jù)通道。監(jiān)控分中心監(jiān)控系統(tǒng)可以通過通信系統(tǒng)與隧道監(jiān)控系統(tǒng)、收費站監(jiān)控系統(tǒng)、路段監(jiān)控系統(tǒng)互連,可實現(xiàn)所有數(shù)字高清圖像的查看、切換和控制。
4.UTN系統(tǒng)的組網(wǎng)
在進行省級聯(lián)網(wǎng)時,UTN可以通過通信系統(tǒng)很方便地將視頻等數(shù)據(jù),通過網(wǎng)絡進行發(fā)布。保證了各個UTN傳輸網(wǎng)內數(shù)據(jù)的可靠性同時,兼具有傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡的各種優(yōu)點。
四、結語
UTN綜合業(yè)務光傳輸網(wǎng)是一個真正標準的全數(shù)字壓縮全光網(wǎng)絡的傳輸平臺,其高清晰圖像采集編碼、網(wǎng)絡+光纖混合傳輸、高清存儲、高清顯示和高清的管理控制更適合高速公路數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的需求。