高清网络视频在高速公路中应用分析
时间：2021-01-05 00:01:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
随着科学技术的进步和计算机网络的传输与存储技术、视频数字编解码技术的发展，使得视频监控系统在安防行业的应用有了一个飞跃性的发展。安防视频监控业界通常把视频监控技术的发展划为模拟监控、数模结合监控以及全数字智能化监控几个阶段。IP高清全数字智能化监控系统，作为划时代的革命性产物经过多年的发展已经解决了传统意义上诸多瓶颈问题。
首先，视频编解码技术和计算机存储技术的快速发展直接导致了高清图像有了网络传输和存储的可能，能够有效的利用最先进的编解码技术将高清的图像压缩成可以接受的并易于传输和存储的大小，为高清系统的快速发展奠定了坚实的基础。
其次，IP网络的广泛部署和快速发展推动了网络视频监控的出现，实际上视频监控IP化以后特别是CMOS技术的日益成熟、完善及720P，1080P高清摄像机的推出，很多广播级的IP视频技术都被大量的引入到视频监控应用中，除了传统意义上的技防监控，更延伸到各行各业的管理层面，使得视频监控的应用范围向更大范围扩展；第三，由于IP高清摄像机带来了视频图像质量的大幅提升，大量的视频采集的信息为各种智能视频分析工具提供了充足的分析源，大大推动了视频监控向智能监控的发展。随着高清IP监控系统的日渐成熟，可以预计，高清IP监控系统终将视频监控系统数字化、网络化、智能化推向顶峰，实现真正的全面应用。
一、高清网络摄像机技术简介
高清百万像素网络摄像机是安防行业推出的应用于监控领域的专业视频监控摄像机。通常采用MPEG4编码算法，高端的采用标准H.264算法，录像分辨率达到720P（1280×720）或1080P（1920×1080）。高清才是时代发展的趋势，在如今这个高清时代，网络摄像机的高清技术决定了它的发展方向，高清时代下，高清网络摄像机的技术优势有以下方面：1）网络化，可多人同时上网，监看不受时间、地点限制；2）语音和视频数字化，画质清晰且压缩比高，已经远远的超越了一般传统CCTV 所摄影的画面品质监控功能强大，并可以集成辨识、搜索、追踪等科技；3）录像文件管理及储存容易，可同时异地备份。操作简单，扩充及整合性高；4）安装容易，可放置在任何地方 （无线网络传输或PoE供电） 网络基础建设成熟，无需增加额外的布线成本，大幅降低成本。
二 、现阶段设计方案
高速公路图像监控主要是解决单路段少量图像的监控任务，基本使用的是模拟图像光端机+视频切换矩阵的模式，随着高速公路的建设的进行，在一些较长的路段以及路段向省中心传送图像的应用中，单纯的模拟光端机由于传输距离、占用光纤过多、无法全程网管等问题已经不能满足高速公路监控系统的要求，随之出现了模拟光端机、数字编解码器混合组网的方式，从一定程度上满足了监控系统的需求，但随着路段中心、省中心集中监控及更进一步的全程监控和向公众提供图像的需求逐步提出，混合组网的方式也无法很好的解决这些需求，虽然光端机也发展到数字光端机，但都无法为监控系统的发展提供完整的解决方案。
视频系统由前端摄像机、数字视频传输设备（远端机、局端机）、存储控制设备、监视设备等构成。前端摄像机上传至各站的收费视频信号通过全光数字传输系统上传至收费站，视频传输采用双码流设计，对每路视频双流压缩，高速率码流用于解码输出模拟视频在监视墙上显示，低速率码流用于录像存储。收费视频在前端编码后传至收费站并通过通信系统综合业务接入网传输至路段中心，在收费站和路段中心可实现对收费视频的存储、监视和控制。
三、感光器简介
感光器是IP摄像机的核心，也是最关键的技术。目前手机数码相机的核心成像部件有两种：一种是CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。
CCD：电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
CMOS：互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor），它的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像CMOS影像传感器将每一个像素的电荷转换成电压，每一个感光单位配置一个放大器，读取前便将其放大。
四、高清网络方案
1. 图像采集
图像的采集部分主要有IP高清网络摄像机来完成，它的作用相当于传统的模拟摄像机+编码及网络服务等功能的集合，只是IP高清网络摄像机所采集的图像更清晰、数据量更大、色彩还原度更高。由于IP高清网络摄像机直接输出的是高清IP网络信号，因此不会受到网络传输中各种信号干扰的困扰。
收费亭摄像机、收费车道摄像机、收费广场摄像机及外场摄像机均采用H.264编码格式，分辨率为1080P（1920×1080），可调整为720P，存储码流为720P或D1。收费车道高清摄像机字符叠加已经相关软件厂商测试，满足使用要求。
2.图像传输
高清数字系统的传输适用于光纤组网，只不过与传统模拟信号传输区别的是，不需要采用昂贵的数字化设备进行模拟信号的调制，只需要采用光电转换器件进行简单的光电转换即可，大大降低了建设成本。收费系统前端摄像机经收费广场视频交换机上传至收费站视频交换机，视频传输采用双码流设计，高清码流用于解码输出监视墙上显示，低速率码流（720P或D1）用于录像存储。
收费广场网络摄像机在100米范围内，采用UTP 5直接接入视频交换机，超过100米采用光纤收发器接入收费广场视频交换机。考虑外场环境恶劣，维护力量薄弱，故道路监控视频采用可靠性较高的工业以太网交换机统一就近接入收费站视频交换机，考虑高清网络视频码流较大，各收费站视频交换通过10G光纤接口组成环网，基本可满足视频传输。
3.图像存储
图像的存储采用的是IP SAN，以往受单块硬盘容量限制，对于海量存储需要多个设备分开存储。现阶段，单盘容量最大为3T，IP SAN支持硬盘数有的可达48块，完全满足高清视频长时间的存储需要。
4、图像显示与控制
图像的显示与控制部分包含两部分内容即高清图像的显示以及对图像的管理、切换及PTZ控制。由于高清视频图像的清晰度达到了标清720P甚至高清1080P，因此，对高清图像的显示需要采用专用的解码设备以及显示设备。显示输出的接口需要支持高清及标清视频输出。
五、存在问题
现阶段，省内高速公路新建路段，全部为高清视频，应用效果较为显著，视频回放和图像质量有大幅度的提高，为高速安全营运提供有力保障。同时存在以下不足：
1、原有已建成的为模拟或模拟+数字编码的方式，几种视频格式共存，对视频管理平台建设造成不小的困难，系统建设时需要考虑多种视频兼容，特别是改造项目。
2、高清视频的应用，原有规划IP地址划分，已经不能满足应用需求，急需解决。
3、高清视频存储容量巨大，按要求每路视频图像保存30天，每路图像每秒约3M，每个收费站需要约30多T的存储空间。由于缺少相关的智能分析，产生很多的无效数据。应当加强智能分析应用，深度研究视频数据，使高清视频发挥更大的作用。
