高清攝像機在高速公路全程監控的應用

文/倪天恩，江蘇京滬高速公路有限公司

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

1 信號的反復轉換造成圖像質量的下降

閉路電視監控是高速公路全程監控的重要組成部分，可供監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，及時發現交通事件或異常隋況，還可通過錄像回放對事件發生過程進行了解和調查，為及時發現和處理交通事故、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。因此閉路電視監控系統的重要性不言而喻。目前高速公路全程監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，為了節省光纜纖芯，一般采用節點式光端機。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，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，其主要特點是動態實時錄像，且壓縮效率高。但動態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，當傳輸系統發生故障時，會徹底丟失相應圖像。由于標準攝像機的分辨率低，難以兼顧場景監控和細節監控。作為交通狀態監控時，一般是作為場景監控，監視范圍大，主要是監視車流是否暢通。作為事件檢測時，則需要監視范圍在攝像機監視的一定范圍之內。而當發生交通事故時，由于顯示細節少，在監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。目前在傳輸系統有一些新的方案，如采用以太網通道和動態壓縮方式傳輸，使傳輸系統和其他的傳輸系統整合，構成了統一的傳輸平臺。但由于系統的其他部分未變，使得傳輸到監控中心的圖像質量下降更大，對后續的信號處理如事件分析帶來了更不利的影響。高清攝像機監控系統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 數字高清視頻監控系統，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、兩可變圖像監控。系統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，由此減少了傳統視頻系統中多次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的車輛檢測、事件檢測處理。系統采用全IP 尋址方式，區別于傳統視頻監控系統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一的平臺。系統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，大大提高系統效率，提高圖像存儲的有效性和可靠性，降低系統風險。系統采用高清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，保障了監控系統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，日常監控和事件檢測采用標清圖像(640×480)進行，保證系統圖像傳輸的動態連續，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。高清攝像機監控系統構成系統分為三部分組成 前端的外場系統;中心系統;傳輸網絡。外場系統由外場攝像機、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，執行預設的存儲管理，以及中心系統下發的聯動命令。中心系統由服務器、監視工作站、局域網絡設備組成，實現中心管理、設置、監控和監視及聯動控制功能。傳輸網絡實現外場設備到中心系統的傳輸，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，根與次結點采用環型結構。

3 高清攝像機監控系統的應用優勢

高清攝像機的監控系統為全數字系統，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

高清攝像機的監控系統中日常監控瀏覽采用低分辨率方式，事件發生時又能兼顧細節監控，既能提供大范圍的場景監視，又同時提供豐富的細節，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

高清攝像機的監控系統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

傳統系統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。高清攝像機的監控系統的所有圖像全部為數字圖像，可在中心系統或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 系統擴容

傳統系統采用點對點傳輸系統，每次增加外場設備，傳輸系統和中心設備均需要增加并再次布線，不僅不方便，對系統的穩定運行產生影響，高清攝像機的監控系統增加外場設備，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控系統已經發展相對的成熟，尤其是在具體監控的過程中能夠有著科學合理的應用，通過數字系統來進行通用信息的傳輸，有著重要的意義。