高清攝像機在高速公路全程監(jiān)控的應用

文/倪天恩，江蘇京滬高速公路有限公司

高清攝像機現在發(fā)展相對迅速，應用到了多個行業(yè)當中。文章分析了高速公路進行全程監(jiān)控的過程中高清攝影機的作用，希望可以給有關從業(yè)人員以啟發(fā)。

1 信號的反復轉換造成圖像質量的下降

閉路電視監(jiān)控是高速公路全程監(jiān)控的重要組成部分，可供監(jiān)控人員直觀了解道路交通狀況，同時也可增加自動檢測設備，及時發(fā)現交通事件或異常隋況，還可通過錄像回放對事件發(fā)生過程進行了解和調查，為及時發(fā)現和處理交通事故、避免二次事故、保障交通暢通、減少財產損失、提高服務水平提供了有力支持。因此閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的重要性不言而喻。目前高速公路全程監(jiān)控的主要構成方式是采用標準的攝像機作為前端設備，其最大圖像分辨率可達到D1 標準。信號傳輸采用視頻光端機，為了節(jié)省光纜纖芯，一般采用節(jié)點式光端機。后端設備包括視頻分配器、視頻矩陣、硬盤錄像機、監(jiān)視器、事件分析儀等。攝像機的CCD 采集的圖像為點陣數字模式，在攝像機內轉換為復合視頻信號輸出。光端機傳輸為數字信號，在光端機傳輸中又經歷模擬到數字、數字到模擬兩次轉換。視頻信號傳輸到監(jiān)控中心后，硬盤錄像機的存儲又經過一次模擬到數字的轉換，事件分析儀的處理也是經過一次模擬到數字的轉換。

2 視頻光端機的傳輸是一套專用系統(tǒng)，且擴容不方便

由于其本質上的點對點傳輸特點，增加任何傳輸通道，都需要在定貨時一次確定，所傳輸數據的接口形式也需要一次確定。傳輸系統(tǒng)一旦建成，若要有增加攝像機等調整，只能更換設備或再增加傳輸設備。且視頻光端機難以和其他傳輸系統(tǒng)整合，不能構建傳輸平臺。目前多采用H.264 格式，其主要特點是動態(tài)實時錄像，且壓縮效率高。但動態(tài)壓縮的特點使其不適合高速公路應用。因為高速公路主要關注的是運動，H.264 的特點使其在壓縮運動圖像時可能產生馬賽克。交通事件發(fā)生的關鍵時刻，若記錄的圖像產生馬賽克是令人尷尬的，且硬盤錄像機記錄是后端記錄，當傳輸系統(tǒng)發(fā)生故障時，會徹底丟失相應圖像。由于標準攝像機的分辨率低，難以兼顧場景監(jiān)控和細節(jié)監(jiān)控。作為交通狀態(tài)監(jiān)控時，一般是作為場景監(jiān)控，監(jiān)視范圍大，主要是監(jiān)視車流是否暢通。作為事件檢測時，則需要監(jiān)視范圍在攝像機監(jiān)視的一定范圍之內。而當發(fā)生交通事故時，由于顯示細節(jié)少，在監(jiān)視畫面上只能粗略判斷事故情況。不同的應用目的造成使用要求不一致，難以兼顧。目前在傳輸系統(tǒng)有一些新的方案，如采用以太網通道和動態(tài)壓縮方式傳輸，使傳輸系統(tǒng)和其他的傳輸系統(tǒng)整合，構成了統(tǒng)一的傳輸平臺。但由于系統(tǒng)的其他部分未變，使得傳輸到監(jiān)控中心的圖像質量下降更大，對后續(xù)的信號處理如事件分析帶來了更不利的影響。高清攝像機監(jiān)控系統(tǒng)的功能及特點高清攝像機的圖像分辨率高，可從100 萬像素到500 萬像素，分辨率動態(tài)可變。由于其分辨率高，其輸出不再是視頻信號，而是采用了以太網接口，直接輸出數字圖像，當然也可輸出標準分辨率的圖像，因此高清體現的是真正的全數字。高清攝像機在高速公路上的應用是一個完全IP 數字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用分布存儲集中管理方案，主要特點為全數字、全IP 尋址、分布式存儲架構、兩可變圖像監(jiān)控。系統(tǒng)中的視頻信號由攝像機傳感器采集后，包括傳輸、存儲、分配、顯示等全部以數字化方式進行，由此減少了傳統(tǒng)視頻系統(tǒng)中多次A/D、D/A 轉換和頻繁的圖像預處理，大大減少了由于轉換和處理引起的圖像失真和延時，切實保證了圖像的質量。完全的數字圖像也方便后續(xù)的車輛檢測、事件檢測處理。系統(tǒng)采用全IP 尋址方式，區(qū)別于傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中攝像機點對點傳輸方式，應用IP 方式組網，使每一臺前端攝像機在網絡內擁有一個惟一的IP 地址，以此保證大范圍組網時的正確尋址，且接線簡單，無端IP 對應關系。同時也為其他數據傳輸提供了統(tǒng)一的平臺。系統(tǒng)圖像存儲采用分布式存儲方式，所有視頻圖像由前端記錄，減少了網絡傳輸開銷，大大提高系統(tǒng)效率，提高圖像存儲的有效性和可靠性，降低系統(tǒng)風險。系統(tǒng)采用高清IP 攝像機(100 萬像素以上)，對圖像的壓縮采用JPEG 格式，傳輸幀數(1 25 幀)和圖像分辨率(1 0 萬～U5oo 萬像素)可調，保障了監(jiān)控系統(tǒng)中有效畫面具有足夠清晰的結果，徹底避免其他處理方式中關鍵圖像的馬賽克現象。在使用中，日常監(jiān)控和事件檢測采用標清圖像(640×480)進行，保證系統(tǒng)圖像傳輸的動態(tài)連續(xù)，在有報警信息時，則可顯示存儲的高清圖像，有助于判斷事件情況，及時處理。高清攝像機監(jiān)控系統(tǒng)構成系統(tǒng)分為三部分組成 前端的外場系統(tǒng);中心系統(tǒng);傳輸網絡。外場系統(tǒng)由外場攝像機、NMC(網絡存儲控制器)、聯動控制設備等組成。實現圖像采集和前端存儲，執(zhí)行預設的存儲管理，以及中心系統(tǒng)下發(fā)的聯動命令。中心系統(tǒng)由服務器、監(jiān)視工作站、局域網絡設備組成，實現中心管理、設置、監(jiān)控和監(jiān)視及聯動控制功能。傳輸網絡實現外場設備到中心系統(tǒng)的傳輸，由傳輸設備、交換設備、傳輸介質等組成，構成一個標準的以太網。其拓撲結構為環(huán)形層級樹狀結構，分為根、次級結點及支結點和葉結點4層，根與次結點采用環(huán)型結構。

3 高清攝像機監(jiān)控系統(tǒng)的應用優(yōu)勢

高清攝像機的監(jiān)控系統(tǒng)為全數字系統(tǒng)，沒有多次轉換造成的圖像質量下降，直接采用攝像機產生的JPEG 圖片。

3.1 圖像分辨率

高清攝像機的監(jiān)控系統(tǒng)中日常監(jiān)控瀏覽采用低分辨率方式，事件發(fā)生時又能兼顧細節(jié)監(jiān)控，既能提供大范圍的場景監(jiān)視，又同時提供豐富的細節(jié)，避免了普通攝像機需要轉動云臺調整鏡頭焦距的操作，簡單實用。

3.2 圖像傳輸

高清攝像機的監(jiān)控系統(tǒng)的圖像傳輸采用通用的以太網設備，設備組成簡單清晰，連接簡單方便。

3.3 功能擴展

傳統(tǒng)系統(tǒng)功能擴展如車輛檢測、事件分析需要增加專用設備，處理復合視頻信號。高清攝像機的監(jiān)控系統(tǒng)的所有圖像全部為數字圖像，可在中心系統(tǒng)或NMC 中通過選擇嵌入的附加軟件功能模塊，實現相應功能，簡單方便。

3.4 系統(tǒng)擴容

傳統(tǒng)系統(tǒng)采用點對點傳輸系統(tǒng)，每次增加外場設備，傳輸系統(tǒng)和中心設備均需要增加并再次布線，不僅不方便，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產生影響，高清攝像機的監(jiān)控系統(tǒng)增加外場設備，只需要在外場接入即可，中心只在操作界面上設置即可。

4 結束語

現在的高清攝像機監(jiān)控系統(tǒng)已經發(fā)展相對的成熟，尤其是在具體監(jiān)控的過程中能夠有著科學合理的應用，通過數字系統(tǒng)來進行通用信息的傳輸，有著重要的意義。