高清视频监控系统技术构成
一 成像技术
高清摄像机在成像原理上和标清摄像机相同, 主要由镜头 影像传感器 (C CD : 电荷藕合器件/ C M O S : 互补金属氧化物半导体 )以及相关控制电路构成 (如图l) 被摄像物体的发光或反射光通过镜头汇聚成像到影像传感器表面上, 形成微弱电荷并积累, 在相关电路控制下, 这些积累电荷被逐点移出, 通过滤波 放大后进入DSP中处理, 最后形成视频信号被输出。
标清摄像输出的是刃汪喇言 号, 即复合辛 见 领流信号而对于高清摄像机来说, 输出的则是高渭数字信号 (印M l 信号豆 知Vl信号)
(一 ) CC D 和C M O S
在CC D阵列结构中, 包含了感光二极管 并行信号暂存器 串行信号寄存器 信号转换器和模数转换器五种不同功能的电路(如图2 ) 感光二极管: 将光信号转为电荷信号;并行信号暂存器: 暂存感光后形成的电荷;串行信号寄存器: 暂存并行信号暂存器中的电荷并转移放大;信号放大器: 放大微弱电信号;模数转换器: 将放大后的电信号转换为数字信号;引肥结构主要包括: 感先 江二 极管 模数转换电路 (如图3 )
感光二极管: 将光信号转化为电荷信号;
数模转换电路: 包含了一个放大器和数模转换电路由于在一个平面上, 必须分出数模转换电路的开销 , 因此有效感光区与整个元器件的面积之比较C CD要小 正因为C CD和C M O S在视频信号采集原理上的不同, 导致其形成的摄像产品有着截然不同的特性:
CCD的优势: 灵敏度高信噪比高 成像质量高;C M O S的优势: 成本低 动态范围宽 功耗小
(二 ) 视频信号的输出
在标清摄像机领域, 视频信号的输出是通过调制技术将数字视频信号加载在SH z毛SM H z的频率上去, 这就是我们熟悉的PA L制 N TSC制或S EC A M制的模拟视频信号, 也叫复合视频流信号(C VBS ) 视频信号可找 为 孟过同轴电缆在1 仪 刀 米范围内传送, 这种技术为当时的子 熙须监控的应用振 推类 了较好的采集耳 专 输解决方案高清晰摄像机有着标清摄像机数倍的像素, 在色彩数字化灰度级方面更是提高了级别, 将这些信号调制到模拟信号并通过同轴电缆传输显然是不可能的这时, 只能是通过高速数据电缆接口来传送高清摄像机采集的数字视频信号但是我们也清楚, 一是高速数据电缆的传送数字信号的范围很有限; 二是高速数据电缆的成本也远高于同轴电缆 如何将视频信号放到一个现有的数据网络上去就成为解决这个问题的关键答案的核心在于视频压缩标准的运用 I T U一 T所制订的H 264视频压缩标准的运用使得高清视频监控在不改变现有通信体系架构大规模应用成为可能
二通信技术
目前普通I P高清摄像机视频数字信号输出接口主要采用的是1 0 / ! o o M 以太网, 由于传输距离有限 (1 0 0 米) , 因此不适合高速公路的外场监控 针对高速公路监控系统视频传输的特性, 可采用5F P光纤以太网环方式来解决外场高清摄像机传输难题 高度集成的高清I P Cd m e f d (I P C )通过光接口直接组成环网, 将外场I P视频传输至就近收费站监控室或监控分中心的视频交换设备上本方案中的双纤千兆环网, 相对传统点对点光端机节约光纤资源, 组网能力强 环网可同时传送至少6 4 路视频信号, 支持节点数至少3 2 个 相邻节点之间距离视设备光功率不同可达到20 k m或6 0 km
高清I P C直接提供分别用于实时监控的高码率高清视频流和用于存储的低码率视频流这样存储流可以配置固定路由直接到达存储阵列, 而浏览/实时监控流则通过交换设备为授权用户灵活调用浏览或硬解码显示其结果就是简化了系统的架构, 减少了不必要的帧/ 码率转换开销, 增强了系统的稳定性
三 交换技术
将高清视频流工 P化之后 , 高清视频转化为工 P数据, 其交换服从于数据交换 而对视频数据交换优化后的智能千兆环网交换设备完全可以承担高清I P 视频流 标清I P视频流混合组网交换, 用户不需要搭建两个不同的系统来支撑高清和标清视频监控两种业务三层组播技术的应用解决了多个用户对同一视频资源的访问问题, 同时将该状况下传输资源的占用降至最低整套系统采用软交换技术, 支持手工调度和摄像机轮询 组切等定制方案显示等各种弹性交换规则
四 显示技术
高清效果必须使用高清数字显示设备才能表现 出来 后端的显示设备一般有CR T LCD PD P三种从清晰度来说, LCD完全可以满足1 0 8 0 P 的使用要求此外还有新的显示技术( 如O LED高清屏) 等都已将高清晰指标放在最重要的位置, 而各类显示屏也都瞄准1 6 : 9宽屏面向高清显示在高清数字接口方面, D V I 接口的传输完全采用了数字格式, 保证了视频源到显示终端传输过程中信息的完整性, 可以得到更快捷的传输速度以及更清晰的影像而H D M 工 接口, 避免了DV I接口面积过大 不能传输音频等缺点, 虽然H D M 工 最高传输速度小于DV I , 但其支持八声道或单声道的数码音频传输, 无需单独使用音频连接线同时其连接线的长度也可以达到20多米( D V I线在8米以上就会影响画质)与D V I 接口相比, H D M 工 不仅拥有更高带宽和更高分辨力等特性, 还能集视频传输和音频传输于一身, 大大简化了线缆的连接
五 存储技术
目前存储的主要解决方案包括直连式存储 (D A S ) 存储区域网络临A N ) 网络接入存储 (N A S ) 等3种 DA S是架构比较简单的存储系统, 但其未实现存储和转发的分离, 对服务器性能要求比较高 由于D A S对于距离的限制性 , 扩容比较困难 , 不太适合广域网的 全球眼 大容量要求的业务平台N A S在性能上已经有了很大的提高, 但是其设计上还是以文件共享为主, 文件系统查询缓慢, 容量不可管理, 数据越来越多时甚至会出现无法调用的情况, 不适合流媒体特别是监控的应用5A N又可分为FC SA N和I P SA N , 其中FC SA N更多用于数据中心局域范围内高带宽 低时延的I T 系统, 而且建设成本高, 不适合于视频监控系统; 而I P SA N在成本 网络距离 系统性能等多方面都更加适合广域网大容量的视频监控存储系统, 其应用于视频监控系统中组网架构如图4所示
I P S A N 架构的出现使得服务器和存储能够更大限度地发挥出性能, 无论是服务器的扩容或者存储的扩容都变得简单 ,
存储和转发的分离是平台对服务器的要求降低, S A N架构是以块增量存储的, 查询快, 容量可以管理 可以运营, 适合大系统 , 数据调用反应时间短, 不存在时间差, 成为视频监控存储解决方案的首选
六 智能技术
在高速公路监控领域, 如果高清视频监控系统的建设仅仅是采集 显示系统的简单升级, 便会走上在标清视频监控系统建设过程中一度存在的低智能化的错误路线在总结了高速公路视频监控系统建设的经验基础上, 本文提出的解决方案支持提高前端智能化 , 将每个高清摄像机定义为一个具有图像采集 分析处理 网络通信的智能视频单兵, 在遇到场景 异常行为出现时,高清智能前端发出相应的报警并支持异常状态模式提高解析度录像, 是高清视频监控和智能监控结合的路线
(一 )高清智能前端应支持以下针对道路 车辆 气象环境等检测数据: 进入区域检测 离开区域检测 区域内物体遗留速度异常 行人检测
(二 )交通数据监测, 在智能化高清前端的辅助下, 系统应提供以下交通数据: 平均车流量统计 平均车速统计 车道占有率统计
(三 ) 统计运营管理, 系统应提供丰富的短期分析报表模板 , 为路段日常运营管理作出技术上的支持 管理系统对各种检测可以打印检测内容 统计生成报表系统提供中 长期分析报表模型, 支持数据分类 统计生成月或年报表, 为高速公路长期运行积累数据打造平台, 利于高速公路长期运营分析并改善路段运营状况 提高路段管理 维护水平和服务水平总之, 基于智能检测的管理系统可以成为一个辅助决策系统, 为路段的综合管理提供技术上的支持和科学的 数据的准备
高清摄像机在成像原理上和标清摄像机相同, 主要由镜头 影像传感器 (C CD : 电荷藕合器件/ C M O S : 互补金属氧化物半导体 )以及相关控制电路构成 (如图l) 被摄像物体的发光或反射光通过镜头汇聚成像到影像传感器表面上, 形成微弱电荷并积累, 在相关电路控制下, 这些积累电荷被逐点移出, 通过滤波 放大后进入DSP中处理, 最后形成视频信号被输出。
标清摄像输出的是刃汪喇言 号, 即复合辛 见 领流信号而对于高清摄像机来说, 输出的则是高渭数字信号 (印M l 信号豆 知Vl信号)
(一 ) CC D 和C M O S
在CC D阵列结构中, 包含了感光二极管 并行信号暂存器 串行信号寄存器 信号转换器和模数转换器五种不同功能的电路(如图2 ) 感光二极管: 将光信号转为电荷信号;并行信号暂存器: 暂存感光后形成的电荷;串行信号寄存器: 暂存并行信号暂存器中的电荷并转移放大;信号放大器: 放大微弱电信号;模数转换器: 将放大后的电信号转换为数字信号;引肥结构主要包括: 感先 江二 极管 模数转换电路 (如图3 )
感光二极管: 将光信号转化为电荷信号;
数模转换电路: 包含了一个放大器和数模转换电路由于在一个平面上, 必须分出数模转换电路的开销 , 因此有效感光区与整个元器件的面积之比较C CD要小 正因为C CD和C M O S在视频信号采集原理上的不同, 导致其形成的摄像产品有着截然不同的特性:
CCD的优势: 灵敏度高信噪比高 成像质量高;C M O S的优势: 成本低 动态范围宽 功耗小
(二 ) 视频信号的输出
在标清摄像机领域, 视频信号的输出是通过调制技术将数字视频信号加载在SH z毛SM H z的频率上去, 这就是我们熟悉的PA L制 N TSC制或S EC A M制的模拟视频信号, 也叫复合视频流信号(C VBS ) 视频信号可找 为 孟过同轴电缆在1 仪 刀 米范围内传送, 这种技术为当时的子 熙须监控的应用振 推类 了较好的采集耳 专 输解决方案高清晰摄像机有着标清摄像机数倍的像素, 在色彩数字化灰度级方面更是提高了级别, 将这些信号调制到模拟信号并通过同轴电缆传输显然是不可能的这时, 只能是通过高速数据电缆接口来传送高清摄像机采集的数字视频信号但是我们也清楚, 一是高速数据电缆的传送数字信号的范围很有限; 二是高速数据电缆的成本也远高于同轴电缆 如何将视频信号放到一个现有的数据网络上去就成为解决这个问题的关键答案的核心在于视频压缩标准的运用 I T U一 T所制订的H 264视频压缩标准的运用使得高清视频监控在不改变现有通信体系架构大规模应用成为可能
二通信技术
目前普通I P高清摄像机视频数字信号输出接口主要采用的是1 0 / ! o o M 以太网, 由于传输距离有限 (1 0 0 米) , 因此不适合高速公路的外场监控 针对高速公路监控系统视频传输的特性, 可采用5F P光纤以太网环方式来解决外场高清摄像机传输难题 高度集成的高清I P Cd m e f d (I P C )通过光接口直接组成环网, 将外场I P视频传输至就近收费站监控室或监控分中心的视频交换设备上本方案中的双纤千兆环网, 相对传统点对点光端机节约光纤资源, 组网能力强 环网可同时传送至少6 4 路视频信号, 支持节点数至少3 2 个 相邻节点之间距离视设备光功率不同可达到20 k m或6 0 km
高清I P C直接提供分别用于实时监控的高码率高清视频流和用于存储的低码率视频流这样存储流可以配置固定路由直接到达存储阵列, 而浏览/实时监控流则通过交换设备为授权用户灵活调用浏览或硬解码显示其结果就是简化了系统的架构, 减少了不必要的帧/ 码率转换开销, 增强了系统的稳定性
三 交换技术
将高清视频流工 P化之后 , 高清视频转化为工 P数据, 其交换服从于数据交换 而对视频数据交换优化后的智能千兆环网交换设备完全可以承担高清I P 视频流 标清I P视频流混合组网交换, 用户不需要搭建两个不同的系统来支撑高清和标清视频监控两种业务三层组播技术的应用解决了多个用户对同一视频资源的访问问题, 同时将该状况下传输资源的占用降至最低整套系统采用软交换技术, 支持手工调度和摄像机轮询 组切等定制方案显示等各种弹性交换规则
中国智能交通网http://www.zhinengjiaotong.com
深浅：高清视频监控系统技术构成http://www.zhinengjiaotong.com/tech/show-9246.html
四 显示技术
高清效果必须使用高清数字显示设备才能表现 出来 后端的显示设备一般有CR T LCD PD P三种从清晰度来说, LCD完全可以满足1 0 8 0 P 的使用要求此外还有新的显示技术( 如O LED高清屏) 等都已将高清晰指标放在最重要的位置, 而各类显示屏也都瞄准1 6 : 9宽屏面向高清显示在高清数字接口方面, D V I 接口的传输完全采用了数字格式, 保证了视频源到显示终端传输过程中信息的完整性, 可以得到更快捷的传输速度以及更清晰的影像而H D M 工 接口, 避免了DV I接口面积过大 不能传输音频等缺点, 虽然H D M 工 最高传输速度小于DV I , 但其支持八声道或单声道的数码音频传输, 无需单独使用音频连接线同时其连接线的长度也可以达到20多米( D V I线在8米以上就会影响画质)与D V I 接口相比, H D M 工 不仅拥有更高带宽和更高分辨力等特性, 还能集视频传输和音频传输于一身, 大大简化了线缆的连接
五 存储技术
目前存储的主要解决方案包括直连式存储 (D A S ) 存储区域网络临A N ) 网络接入存储 (N A S ) 等3种 DA S是架构比较简单的存储系统, 但其未实现存储和转发的分离, 对服务器性能要求比较高 由于D A S对于距离的限制性 , 扩容比较困难 , 不太适合广域网的 全球眼 大容量要求的业务平台N A S在性能上已经有了很大的提高, 但是其设计上还是以文件共享为主, 文件系统查询缓慢, 容量不可管理, 数据越来越多时甚至会出现无法调用的情况, 不适合流媒体特别是监控的应用5A N又可分为FC SA N和I P SA N , 其中FC SA N更多用于数据中心局域范围内高带宽 低时延的I T 系统, 而且建设成本高, 不适合于视频监控系统; 而I P SA N在成本 网络距离 系统性能等多方面都更加适合广域网大容量的视频监控存储系统, 其应用于视频监控系统中组网架构如图4所示
I P S A N 架构的出现使得服务器和存储能够更大限度地发挥出性能, 无论是服务器的扩容或者存储的扩容都变得简单 ,
存储和转发的分离是平台对服务器的要求降低, S A N架构是以块增量存储的, 查询快, 容量可以管理 可以运营, 适合大系统 , 数据调用反应时间短, 不存在时间差, 成为视频监控存储解决方案的首选
六 智能技术
在高速公路监控领域, 如果高清视频监控系统的建设仅仅是采集 显示系统的简单升级, 便会走上在标清视频监控系统建设过程中一度存在的低智能化的错误路线在总结了高速公路视频监控系统建设的经验基础上, 本文提出的解决方案支持提高前端智能化 , 将每个高清摄像机定义为一个具有图像采集 分析处理 网络通信的智能视频单兵, 在遇到场景 异常行为出现时,高清智能前端发出相应的报警并支持异常状态模式提高解析度录像, 是高清视频监控和智能监控结合的路线
(一 )高清智能前端应支持以下针对道路 车辆 气象环境等检测数据: 进入区域检测 离开区域检测 区域内物体遗留速度异常 行人检测
(二 )交通数据监测, 在智能化高清前端的辅助下, 系统应提供以下交通数据: 平均车流量统计 平均车速统计 车道占有率统计
(三 ) 统计运营管理, 系统应提供丰富的短期分析报表模板 , 为路段日常运营管理作出技术上的支持 管理系统对各种检测可以打印检测内容 统计生成报表系统提供中 长期分析报表模型, 支持数据分类 统计生成月或年报表, 为高速公路长期运行积累数据打造平台, 利于高速公路长期运营分析并改善路段运营状况 提高路段管理 维护水平和服务水平总之, 基于智能检测的管理系统可以成为一个辅助决策系统, 为路段的综合管理提供技术上的支持和科学的 数据的准备
