一、視頻監(jiān)控高清化時代已到來
2010年，視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)入“高清元年”，各地高清監(jiān)控項目如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。2011年，武漢市城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)項目建設(shè)完成市級高清監(jiān)控點(diǎn)5000個，后續(xù)仍將建設(shè)高清監(jiān)控點(diǎn)2萬個；2012年，泉州開始投資建設(shè)8000個高清監(jiān)控點(diǎn)，長沙開始投資建設(shè)30000個高清監(jiān)控點(diǎn)，廣東公安廳啟動“慧眼工程”擬于2012年至2014年期間在全省范圍建設(shè)96萬個高清監(jiān)控點(diǎn)。
高清監(jiān)控市場的快速啟動，直接推動了高清監(jiān)控產(chǎn)品的完善和技術(shù)的升級，各大監(jiān)控廠家針對不斷變化的用戶需求，在不同的技術(shù)發(fā)展階段推出了不同的高清監(jiān)控解決方案，大致可以分為三代。
(一)第一代高清監(jiān)控系統(tǒng)
2000年，監(jiān)控產(chǎn)品數(shù)字化進(jìn)程加速，業(yè)內(nèi)對“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”的監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢逐步達(dá)成共識，然而，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)卻一直由于圖像質(zhì)量、延時、價格等各種因素難以被市場所接受，直到2006年第一代高清監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)，這種局面才有所轉(zhuǎn)變。
第一代高清監(jiān)控系統(tǒng)，主要由“百萬像素”攝像機(jī)和視頻管理軟件組成，適用于中小規(guī)模監(jiān)控場所。較傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)而言，第一代高清監(jiān)控系統(tǒng)圖像更加清晰，覆蓋面更廣，相同監(jiān)視區(qū)域可以替代原有多個固定點(diǎn)攝像機(jī)或全方位攝像機(jī)。
雖然具備一定優(yōu)勢，但第一代高清監(jiān)控系統(tǒng)是針對中小監(jiān)控場所開發(fā)，能接入的高清視頻路數(shù)有限，在傳輸、存儲、顯示、控制等相關(guān)環(huán)節(jié)也沒有能形成完整解決方案，更無法滿足高速公路、平安城市等大型專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的視頻接入需求。即使對于中小規(guī)模的監(jiān)控場所來說，雖然圖像質(zhì)量有所提高，但也沒有產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，而且成本也居高不下，因此，第一代高清監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)市場一直難以打開局面。
雖說市場推廣初期未被市場接受，難以大規(guī)模應(yīng)用，但第一代高清監(jiān)控系統(tǒng)的推出，為“高清監(jiān)控”打下了良好的基礎(chǔ)，推動了業(yè)內(nèi)對于“高清監(jiān)控”的關(guān)注，為后續(xù)“高清監(jiān)控”的蓬勃發(fā)展起到了不可磨滅的作用。
(二)第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)
第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)隨著高清IPC、高清編解碼器、高清光端機(jī)、NVR、IPSAN等設(shè)備的日趨成熟和高清監(jiān)控市場的快速啟動應(yīng)運(yùn)而生。
2009年，公安部先后發(fā)布對圖像清晰度提出更高要求的《闖紅燈自動記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》、《公路車輛智能監(jiān)測記錄系統(tǒng)通用技術(shù)條件》、《道路交通安全違法行為圖像取證技術(shù)規(guī)范》、《機(jī)動車號牌圖像自動識別技術(shù)規(guī)范》等一系列標(biāo)準(zhǔn)。同年12月，江蘇省公安廳啟動“320項目”，該項目計劃在江蘇全省范圍內(nèi)打造一個道路監(jiān)控網(wǎng)，全省各地市內(nèi)道路每3公里建立一個對車輛監(jiān)控的抓拍點(diǎn)，其它的道路每20公里建立一個監(jiān)控抓拍點(diǎn)，該項目前端設(shè)備將投資9.54億，整個項目投資近20億以上。
該項目在設(shè)備入圍階段，對前端攝像機(jī)做出了最低200萬像素的要求，消息一經(jīng)傳出，在業(yè)內(nèi)掀起軒然大波，各大監(jiān)控廠商爭相推出針對公安需求的各類高清監(jiān)控解決方案，經(jīng)過一段時間的整合、完善，逐步形成了能夠滿足大型監(jiān)控系統(tǒng)需求的第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)。
第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)較第一代高清監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：
(1)第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)由高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、傳輸、顯示、存儲等所有環(huán)節(jié)設(shè)備組成，每個環(huán)節(jié)的設(shè)備都是針對大型監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)，系統(tǒng)功能更全面，性能更穩(wěn)定；
(2)第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)能提供1080P的高清視頻圖像，清晰度比720P有很大的提升；
(3)第二代高清監(jiān)控產(chǎn)品基于聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，能有效組建大規(guī)模的監(jiān)控系統(tǒng)；
(4)第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)可通過可視化平臺管理軟件統(tǒng)一管理。
第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)為用戶帶來了前所未有的高清體驗，直接刺激了市場的需求，2010年，各地治安卡口項目及電子警察項目開始大規(guī)模采用第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)，高清監(jiān)控市場開始進(jìn)入高速發(fā)展階段，因此，業(yè)內(nèi)將這一年稱為“高清元年”。
(三)第三代高清監(jiān)控系統(tǒng)
近兩年，第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入高速發(fā)展階段，很多大型的平安城市項目開始大規(guī)模采用第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，但隨之也在大規(guī)模市場應(yīng)用中暴露出，上墻圖像有損、PTZ操控延時等的一系列短期內(nèi)無法解決的問題，并由此推動了HD-SDI技術(shù)在監(jiān)控行業(yè)的應(yīng)用。
在各種系統(tǒng)的使用過程中人們發(fā)現(xiàn)，無論是原有的模擬監(jiān)控系統(tǒng)、第二代高清還是HD-SDI，都有無法令人割舍的地方。
原有模擬監(jiān)控系統(tǒng)還未達(dá)到使用年限，很多網(wǎng)點(diǎn)仍然使用，全部更換為高清，不但投資巨大，還將面臨巨大的決策風(fēng)險。
第二代高清系統(tǒng)已經(jīng)基本可以滿足用戶需求，但在對實(shí)時性要求較高的場合，在對大場景等圖像清晰度、細(xì)節(jié)要求較高的場合表現(xiàn)還是不如人意，200-400ms的延時，讓捕捉高速移動目標(biāo)的精準(zhǔn)PTZ操作非常困難。同時，在接入原有的模擬系統(tǒng)時，需對模擬圖像壓縮編碼后再解碼上墻，圖像質(zhì)量明顯下降，讓客戶覺得還不如原有的模擬圖像質(zhì)量好。
高清HD-SDI圖像雖然可以很好地克服高清IPC在圖像延時、圖像損傷方面的缺點(diǎn)，但是大規(guī)模HD-SDI高清系統(tǒng)不但系統(tǒng)復(fù)雜：傳輸需要高清HD-SDI光端機(jī)，交換需要HD-SDI矩陣，視頻分配需要HD-SDI分配器，存儲和聯(lián)網(wǎng)還需要HD-SDI編碼器，而且其建設(shè)成本也非常高，所以純粹的HD-SDI高清監(jiān)控系統(tǒng)難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。
于是，既能發(fā)揮高清IPC和高清HD-SDI的優(yōu)點(diǎn)，又能克服各自的缺點(diǎn)，并還能無縫接入原有模擬監(jiān)控系統(tǒng)的第三代高清監(jiān)控系統(tǒng)誕生了。第三代高清監(jiān)控系統(tǒng)能根據(jù)用戶的實(shí)際需求混合布設(shè)高清IP攝像機(jī)和高清HD-SDI攝像機(jī)，并能在監(jiān)控中心進(jìn)行統(tǒng)一上墻顯示，對于HD-SDI圖像，顯示的就是原始的、實(shí)時的高清圖像，對于標(biāo)清模擬圖像，顯示的就是實(shí)時的、無損的模擬圖像效果。
第三代高清監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)IP高清、HD-SDI高清、標(biāo)清模擬視頻的混合接入、混合上墻時，并不是簡單的通過把HD-SDI圖像和模擬圖像進(jìn)行壓縮編碼后變成統(tǒng)一的IP圖像，再進(jìn)行統(tǒng)一解碼上墻顯示來實(shí)現(xiàn)的。如果只是通過對HD-SDI圖像、模擬圖像進(jìn)行壓縮編碼后再統(tǒng)一解碼上墻，則就失去了HD-SDI圖像、模擬圖像的存在意義了，因為上墻顯示的都是IP圖像。
第三代高清監(jiān)控系統(tǒng)，能根據(jù)IP圖像、HD-SDI圖像、模擬圖像的不同特點(diǎn)進(jìn)行分別接入，同時通過技術(shù)手段把不同的圖像進(jìn)行統(tǒng)一上墻顯示，IP圖像顯示的是有延時的、有一定損傷的解碼圖像，HD-SDI圖像顯示的就是無延時的、無損的原始高清圖像，模擬圖像顯示的就是無損的、無延時的原始模擬效果。第三代高清監(jiān)控系統(tǒng)真正融合了高清IPC圖像、標(biāo)清IP圖像、高清HD-SDI圖像、標(biāo)清模擬圖像，系統(tǒng)既能滿足高清、高實(shí)時圖像的需求，又能滿足數(shù)字化存儲、IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊螅嬲龑?shí)現(xiàn)IP高清視頻、HD-SDI高清視頻、模擬視頻的任意聯(lián)網(wǎng)、調(diào)度、切換、控制。同時，第三代高清監(jiān)控系統(tǒng)還是一套多業(yè)務(wù)綜合系統(tǒng)，除了視頻、音頻外，還能支持?jǐn)?shù)據(jù)、以太網(wǎng)、開關(guān)量等多種信號的接入，能夠解決同一平臺上多業(yè)務(wù)同時接入的問題。
二、我國高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控現(xiàn)狀
近10年來，我國高速公路建設(shè)取得了巨大的成功，絕大多數(shù)省份的高速公路從孤立的單條道路跨入了縱橫交錯的路網(wǎng)化時代，而與之相適應(yīng)的，高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)作為高速公路機(jī)電“三大系統(tǒng)”的核心之一，也取得了巨大的技術(shù)進(jìn)步，目前新建高速公路的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都已采用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其中的典型就是數(shù)字壓縮/非壓縮一體化或數(shù)字全壓縮的光傳輸交換平臺系統(tǒng)。
光平臺解決方案系統(tǒng)核心思想是，隧道監(jiān)控的模擬視頻和全程監(jiān)控的路面模擬視頻通過同軸電纜接入“遠(yuǎn)端光接入模塊”(遠(yuǎn)端編碼傳輸設(shè)備)，遠(yuǎn)端光接入模塊對接入的模擬視頻進(jìn)行數(shù)字化編碼(H.264壓縮編碼或數(shù)字非壓縮編碼)后通過由“遠(yuǎn)端光接入模塊”組成的光纖自愈環(huán)網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸?shù)绞召M(fèi)站/隧道管理所/監(jiān)控分中心的平臺設(shè)備中。收費(fèi)圖像(車道圖像、收費(fèi)亭圖像)和收費(fèi)廣場圖像通過“遠(yuǎn)端光接入模塊”編碼后(H.264壓縮編碼或數(shù)字非壓縮編碼)以點(diǎn)對點(diǎn)或環(huán)網(wǎng)光纖傳輸模式接入收費(fèi)站/監(jiān)控分中心的平臺設(shè)備中。隧道管理所、收費(fèi)站、監(jiān)控分中心的平臺設(shè)備通過通信系統(tǒng)與路段監(jiān)控中心的平臺設(shè)備進(jìn)行聯(lián)接，也可以通過平臺自身組成光纖網(wǎng)絡(luò)，以避免占用高速公路通信系統(tǒng)的IP帶寬資源。
收費(fèi)站、監(jiān)控分中心、路段監(jiān)控中心的平臺設(shè)備一方面輸出IP壓縮視頻碼
流進(jìn)入存儲設(shè)備進(jìn)行存儲，另一方面通過解碼功能把編碼圖像進(jìn)行解碼，并輸出到電視墻完成圖像顯示功能。
隨著高清視頻監(jiān)控的興起，高速公路對高清視頻監(jiān)控已開始進(jìn)行試驗性的探索，主要技術(shù)方案是采用高清IPC，但都只限于在一些重要的場合安裝幾個路清IPC監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行測試或試驗，大規(guī)模應(yīng)用的案例還不是很多。由于高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與平安城市等監(jiān)控系統(tǒng)的存在很大差異，因此在平安城市已開始應(yīng)用的第二代高清監(jiān)控系統(tǒng)并不能直接照搬應(yīng)用到高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中來，這就造成目前高速公路視頻監(jiān)控高清化的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于平安城市等監(jiān)控系統(tǒng)。
高速公路視頻監(jiān)控圖像可以分為隧道內(nèi)監(jiān)控圖像、隧道口/橋梁等重點(diǎn)部位監(jiān)控圖像、路面監(jiān)控圖像(全程監(jiān)控圖像)、收費(fèi)站車道圖像、收費(fèi)亭內(nèi)圖像、收費(fèi)站廣場監(jiān)控圖像等幾類，每類監(jiān)控圖像的功能都不完全一樣，也即對這幾類監(jiān)控圖像的技術(shù)要求也不完全一樣。在高速公路視頻監(jiān)控高清化的過程中，如果能深入分析這些不同監(jiān)控類型圖像的特點(diǎn)，采用不同的高清視頻技術(shù)，并用統(tǒng)一的系統(tǒng)解決從高清視頻采集到聯(lián)網(wǎng)傳輸、交換、大屏控制、上墻顯示、存儲等一系列問題，則高速公路視頻監(jiān)控高清化進(jìn)程一定會得到快速推進(jìn)。
三、新技術(shù)推動高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的高清化進(jìn)程
高速公路視頻監(jiān)控要完成高清化，首先需要考慮不同類型的圖像對高清技術(shù)的不同需求。
隧道內(nèi)監(jiān)控圖像主要用于監(jiān)控隧道內(nèi)的交通狀況，主要是隧道內(nèi)的車輛密度、行駛速度、有無事故等。由于都采用固定的槍機(jī)，因此對圖像延時并不敏感，但對圖像的清晰度的要求則最好能看清車牌，在發(fā)生事故時可以第一時間得到更多的信息。因此圖像采集采用130萬或200萬的高清IPC比較合適。
隧道口、橋梁等重點(diǎn)部位的監(jiān)控主要是對隧道口或橋梁等重點(diǎn)地段的路面運(yùn)行情況和周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視，其監(jiān)視場景和范圍都比較大，而且需要快速地轉(zhuǎn)換視角和場景范圍，必要時還需對某些特殊部位進(jìn)行細(xì)節(jié)監(jiān)視，如山體是否有滑坡跡象、橋梁有無異常等。因此，對這類圖像的需求是：完全實(shí)時、快速精準(zhǔn)的PTZ控制、圖像力求清晰、細(xì)節(jié)力求豐富。這類監(jiān)控點(diǎn)采用200萬高清HD-SDI高速球機(jī)比較合適。
路面全程監(jiān)控圖像主要是觀察路面的交通擁堵情況，必要時(如發(fā)生交通事故)也需要看清局部狀況，因此，這類圖像對實(shí)時性要求不高，清晰度則是越清晰越好。這類監(jiān)控點(diǎn)合適采用200萬高清IP攝像機(jī)，可以采用云臺或球機(jī)。
對于收費(fèi)車道和收費(fèi)亭內(nèi)圖像，對實(shí)時性要求不是太高，一般130萬或200萬IPC就可以滿足要求。但對于收費(fèi)廣場圖像，由于要監(jiān)視的范圍較大，有時還需要看清車輛或人員的細(xì)節(jié)，需要進(jìn)行精準(zhǔn)的PTZ操控，因此采用200萬高清HD-SDI高速球機(jī)比較合適。
所以，要真正實(shí)現(xiàn)高速公路視頻監(jiān)控高清化，并不是簡單地選用一款高清IPC就可以實(shí)現(xiàn)的了，只有根據(jù)不同的圖像需求，選用不同的高清技術(shù)，才能真正有效地發(fā)揮高清視頻監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)。
另一個問題是，如何把這些不同的高清圖像用一套統(tǒng)一的系統(tǒng)完成傳輸、控制、交換、上墻顯示等一系列難題。高速公路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同于平安城市，后者是一個星形的拓?fù)洌ㄟ^簡單的點(diǎn)對點(diǎn)設(shè)備就可以完成對各種不同高清信號的傳輸，由于高速公路的鏈狀拓?fù)洌饫w資源的有限性，其系統(tǒng)會比平安城市復(fù)雜。
從以上面分析可看出，要在高速公路實(shí)現(xiàn)高性能的高清視頻監(jiān)控，必須采用第三代高清監(jiān)控技術(shù)，讓不同的高清視頻發(fā)揮不同的作用，以滿足高速公路視頻監(jiān)控圖像多樣化的特點(diǎn)。也只有通過第三代高清監(jiān)控技術(shù)，才能真正把高速公路視頻監(jiān)控提升到一個全新的高度。
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