高清前端采集單元

　　監(jiān)控系統(tǒng)高清化淺析前端采集單元，一般而言，0卡口攝像機(jī)以及電子警察等攝像單元。以治安監(jiān)控?cái)z像機(jī)為例，可以分0攝像機(jī)和固定攝像機(jī)，這兩者的區(qū)別，顧名思義，即是否可以進(jìn)行云臺(tái)控制、是否可以進(jìn)行攝像方向的調(diào)整，在平安工程應(yīng)用中，它們經(jīng)常以球型攝像機(jī)和槍型攝像機(jī)的形式出現(xiàn)。其實(shí)，對(duì)于平安工程而言，攝像機(jī)還有很多非常重要的性能指標(biāo)值得關(guān)注，比如彩色低照度性能、強(qiáng)光抑制功能、圖像幀數(shù)等基本指標(biāo)，這些指標(biāo)都決定著一臺(tái)前端攝像機(jī)0采集圖像的效果好壞。

　　數(shù)據(jù)傳輸單元

　　既然是網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)就尤為重要，這就要求在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)狀況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行專門專業(yè)的設(shè)計(jì)和考慮。在網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)正是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾休d體。

　　在平安工程中，通常會(huì)涉及到多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選擇，包括接入交換機(jī)、匯聚交換機(jī)以及核心交換機(jī)，不同交換機(jī)在視頻承載網(wǎng)中分?jǐn)偛煌娜蝿?wù)。網(wǎng)絡(luò)也有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括總線型、環(huán)型、星型以及混合型，各種拓?fù)浜透鞣N網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配合在一起，可以組成多種多樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，應(yīng)對(duì)不同的視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求。所以，在網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)正常高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，極其關(guān)鍵。

　　專業(yè)存儲(chǔ)單元

　　在平安工程建設(shè)中，不僅僅監(jiān)控清晰度越來越高，同時(shí)新增建設(shè)點(diǎn)位也在呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)，隨之而來的就是海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。在監(jiān)控系統(tǒng)中，存儲(chǔ)單元同樣是必不可少的，視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅僅需要實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)畫面，更關(guān)鍵的是，還可以在事件或事故之后及時(shí)回看事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)時(shí)的狀況，這就對(duì)專業(yè)存儲(chǔ)單元提出了嚴(yán)格的要求。平安工程中要求事發(fā)錄像能及時(shí)查看、迅速查找、完整保存，也就要求了錄像回放速度的快速，錄像搜尋的高效，以及錄像保存的可靠。另外，錄像存儲(chǔ)成本一直是業(yè)界津津樂道的一個(gè)話題，眾所周知，數(shù)據(jù)量越大，要求的存儲(chǔ)設(shè)備也就越多，設(shè)備維護(hù)工作也就越大，設(shè)備功耗也水漲船高，從而存儲(chǔ)成本隨之增加，在高清監(jiān)控系統(tǒng)中，海量的高清數(shù)據(jù)使存儲(chǔ)成本的探討也更具意義。


控制平臺(tái)單元

　　監(jiān)控平臺(tái)相當(dāng)于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的大腦，它是系統(tǒng)與用戶實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的橋梁，也是用戶管理查看系統(tǒng)工作狀態(tài)的工具。一個(gè)基礎(chǔ)的監(jiān)控平臺(tái)可以對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的配置和管理，比如讓前端設(shè)備與后端存儲(chǔ)進(jìn)行合理的通信，制定相應(yīng)的存儲(chǔ)策略，設(shè)定不同權(quán)限用戶的優(yōu)先級(jí)，查看系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)等等;監(jiān)控平臺(tái)還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，遠(yuǎn)程控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)動(dòng)變焦鏡頭的焦距縮放，或是對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行手動(dòng)抓拍，實(shí)現(xiàn)非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法;當(dāng)今，在大聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)下，通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，平臺(tái)還承擔(dān)著互通任務(wù)，通過平臺(tái)對(duì)接，可以完成不同監(jiān)控系統(tǒng)之間的交流管理，在平安工程中則表現(xiàn)為上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)管理下級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，下級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)推送視頻數(shù)據(jù)到上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。

　　圖像顯示單元

　　圖像顯示單元是監(jiān)控系統(tǒng)的窗戶，用戶通過它可以看到實(shí)時(shí)圖像和錄像回放，這也正是視頻監(jiān)控系統(tǒng)所存在的目的。

　　圖像顯示單元一般分為兩個(gè)部分：解碼設(shè)備和顯示設(shè)備，解碼設(shè)備負(fù)責(zé)將編碼數(shù)據(jù)解碼為顯示設(shè)備能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)，然后通過顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)圖像的顯示。在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，由

　　于視頻數(shù)據(jù)的海量性，使得解碼設(shè)備的工作量相對(duì)較高，所以對(duì)其性能要求也就更高，同時(shí)還要求解碼設(shè)備能夠?qū)D像顯示進(jìn)行分配管理，如實(shí)現(xiàn)輪巡、分屏等基本顯示功能。而一個(gè)

　　好的顯示器才能夠提供好的畫面質(zhì)量，所以對(duì)于高清視頻而言，高清顯示器也是必不可少。圖2所示為公安民警正在利用指揮中心中的客戶端和電視墻對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)操作。

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在平安工程中所扮演的角色越發(fā)重要。如何保證高清監(jiān)控尤其是網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控的質(zhì)量成為所有業(yè)界人士關(guān)注的重點(diǎn)，總結(jié)全國(guó)各地高清監(jiān)控實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)好的高清監(jiān)控系統(tǒng)，往往需要從整體到細(xì)節(jié)全方位立體化地進(jìn)行質(zhì)量技術(shù)提升，才可能讓高清監(jiān)控為人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。
　　網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控在平安城市中的應(yīng)用越來越多，更多的用戶愿意并喜歡上了高清視頻監(jiān)控，高清所帶來的超高畫質(zhì)、超寬場(chǎng)景給人以極大的視覺震撼。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控逐漸取代模擬監(jiān)控、高清監(jiān)控逐漸取代標(biāo)清監(jiān)控已經(jīng)成為了當(dāng)今平安城市建設(shè)中不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控不僅僅可以給用戶帶來更加清晰的圖像細(xì)節(jié)，還能帶給智能分析系統(tǒng)更多的數(shù)據(jù)來源，極大的豐富了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的再利用再開發(fā)，為人們使用監(jiān)控系統(tǒng)帶來了極大的便利。高清視頻監(jiān)控，正一步步改變著人們的生活。

　　網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控正突飛猛進(jìn)的發(fā)展，從清晰度上來說，從百萬像素，到200萬，再到300萬、500萬等都已經(jīng)有眾多的產(chǎn)品在市場(chǎng)上應(yīng)用;從市場(chǎng)份額上來說，高清方案已經(jīng)逐漸普及，傳統(tǒng)監(jiān)控領(lǐng)域高清所占市場(chǎng)份額也在逐步增大，據(jù)國(guó)際權(quán)威電子行業(yè)研究機(jī)構(gòu)IMS發(fā)布的報(bào)告表明，未來五年內(nèi)，高清監(jiān)控產(chǎn)品所占市場(chǎng)份額將會(huì)超越傳統(tǒng)的標(biāo)清監(jiān)控產(chǎn)品。面對(duì)高清潮流，在平安工程的建設(shè)中，用戶尤其是公安民警們更需要關(guān)注的是，如何讓網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定良好的運(yùn)行，從而使高清真正服務(wù)于大眾，服務(wù)于平安城市建設(shè)，創(chuàng)建和諧社會(huì)的美好夙愿。

　　網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控簡(jiǎn)介

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由五個(gè)部分構(gòu)成(如圖1所示)：前端采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、專業(yè)存儲(chǔ)單元、控制平臺(tái)單元以及圖像顯示單元。其實(shí)，網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)也是由這五個(gè)基本的部分組成，只是，和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)所不同的是，高清監(jiān)控的每一部分都要求適應(yīng)高清視頻的需求，如前端采集部分，則需要高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為采集單元，只有這樣，用戶最終從圖像顯示單元所看到的圖像才可能是高度清晰的、細(xì)節(jié)充分的畫面，當(dāng)然，此時(shí)的圖像顯示單元也是高清圖像顯示單元，如高清解碼設(shè)備、高清拼接屏等。

　　網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的五個(gè)部分有機(jī)結(jié)合，形成一個(gè)完整可靠的整體，為用戶帶來高清的視覺體驗(yàn)。各個(gè)部分各施其職，在一個(gè)完整標(biāo)準(zhǔn)的高清監(jiān)控系統(tǒng)中，五個(gè)部分缺一不可
在平安工程高清的發(fā)展涉及到方方面面，由前文所述，可以總結(jié)為5個(gè)字，即“采、傳、存、顯、控”。從這五個(gè)部分，可以看到高清的現(xiàn)狀和問題，從而得到提高監(jiān)控質(zhì)量的方式方法。

　　前端采集

　　高清的視頻效果保證首先來源于高清信息的采集，如果沒有前端高清視頻采集，無法談及后端的高清效果。

　　CMOS更適合高清時(shí)代

　　不管是高清還是模擬，其攝像機(jī)的清晰度主要取決于感光芯片的性能，主要有CCD和CMOS兩種，在高清監(jiān)控領(lǐng)域，也都有所應(yīng)用。

　　CCD，即感光耦合元件，它是一種可記錄光線變化的半導(dǎo)體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。CCD對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的適應(yīng)性更佳，在低照度下效果表現(xiàn)更好。CCD由以前1/4英寸到現(xiàn)在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等等，代表了其技術(shù)的不斷發(fā)展，再經(jīng)過圖像處理芯片的配合，能夠達(dá)到分辨率720P甚至1080P的輸出。在高清的CCD領(lǐng)域，SONY擁有最高的話語(yǔ)權(quán)，它的IT1方案中基于ICX445的130萬CCD芯片是各大廠家采用最多的一款百萬像素CCD，其有效像素為1280×1024，最高分辨率根據(jù)各家技術(shù)實(shí)力的不同可以到達(dá)720P或者更高的960P，如浙江信產(chǎn)、?？档裙镜陌偃f像素高清產(chǎn)品其最高分辨率都可以達(dá)到1280×960，即960P這個(gè)分辨率;針對(duì)200萬像素的高清監(jiān)控，SONY推出了他們的ICX274芯片，該芯片的大小為1/3英寸，最高分辨率為1600×1200即UXGA分辨率，目前市面上絕大多數(shù)的200萬CCD高清產(chǎn)品都是基于該芯片方案而設(shè)計(jì)的。

　　CMOS，即互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體。CMOS和CCD一樣同為可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的傳感器相對(duì)于CCD而言最大的缺點(diǎn)在于圖像噪點(diǎn)多，低照情況下表現(xiàn)差，但是，最大的優(yōu)點(diǎn)則是CMOS的制造原理更加簡(jiǎn)單，體積更小，功耗可以大大的降低。CCD制造工藝復(fù)雜，只掌握在少數(shù)廠家手中，導(dǎo)致其制造成本居高不下，CCD尺寸每增大一點(diǎn)，成本就呈幾何數(shù)增長(zhǎng)，因此如果監(jiān)控要走高清化，CCD顯然發(fā)展前景有限。而CMOS最大特點(diǎn)在于其成本低、功耗低。在獲得相同像素?cái)?shù)的情況下，價(jià)格更低，具有很高性價(jià)比，可以不斷朝更高像素、更高分辨率發(fā)展，而高清監(jiān)控對(duì)成本是非常敏感的，也因此市面上大部分高清攝像機(jī)都采用CMOS。

　　要做到高清，還需要在寬動(dòng)態(tài)、自動(dòng)白平衡、圖像的銳利度、以及數(shù)字降噪、色彩調(diào)整、光線補(bǔ)償?shù)榷喾矫婕夹g(shù)協(xié)作。

　　只有在這些綜合性能都能夠得到很好體現(xiàn)，并且彼此能夠相互協(xié)調(diào)情況下，才可以說是高清的真正實(shí)現(xiàn)。CMOS與其他圖像處理技術(shù)的結(jié)合要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CCD，動(dòng)態(tài)范圍更高，響應(yīng)速度也更快，更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點(diǎn)。此外，隨著技術(shù)的發(fā)展，CMOS的靈敏度也得到極大改善，在效果上，如今一些CMOS傳感器與CCD已經(jīng)不相上下甚至已經(jīng)優(yōu)于CCD的實(shí)際效果了。

　　高清攝像機(jī)需要搭配高清鏡頭

　　平安工程的高清監(jiān)控不僅對(duì)攝像機(jī)、也對(duì)專業(yè)鏡頭提出了高清化的需求。高清鏡頭對(duì)于高清監(jiān)控具有重要意義。高清時(shí)代的攝像機(jī)清晰度可達(dá)到百萬級(jí)別，但若所搭配的鏡頭與其不匹配，那就無法完全呈現(xiàn)出攝像機(jī)的超高分辨率效果。

　　在相同的攝像機(jī)情況下，畫面最終的表現(xiàn)，鏡頭的分辨率起了決定性的作用。高清鏡頭優(yōu)于普通鏡頭主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：清晰度、光譜透射能力和光譜矯正能力。高清鏡頭能增強(qiáng)畫面的對(duì)比度和亮度，獲得高清的圖像效果，對(duì)畫面的細(xì)節(jié)表現(xiàn)更豐富。

　　那么要如何選擇高清鏡頭呢?一般來說，在選擇鏡頭時(shí)要根據(jù)攝像機(jī)的最高分辨率來選擇相同或高于其像素的鏡頭產(chǎn)品。此外，還要根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)具體分析。比如，在需要夜間拍攝的場(chǎng)所，為了讓日夜型攝像機(jī)具有更好的拍攝效果，必須依賴于高清鏡頭具有更大的口徑，如2/3英寸，以及更好的光圈值F，讓攝像機(jī)能夠獲取更多的光通量，協(xié)助攝像機(jī)在夜間獲得更好的拍攝效果。

　　某些項(xiàng)目攝像機(jī)在使用過程中需要配合紅外補(bǔ)光燈，那么應(yīng)該使用具備IR功能的鏡頭，這樣在夜晚也能得到更加明亮的畫面，同時(shí)也降低夜晚虛焦的問題。而對(duì)于較為苛刻的環(huán)境，例如配合激光燈，對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)監(jiān)控，就要保證非可見光波長(zhǎng)在900um時(shí)依然能夠達(dá)到60%以上的透射率。

　　視頻處理器作用不容忽視

　　要實(shí)現(xiàn)清晰的圖像質(zhì)量，除了前端鏡頭、傳感器部分對(duì)光線的處理，影像處理部分也是攝像機(jī)中不可忽視的一環(huán)。

　　直接從傳感器中得到的圖像往往效果差強(qiáng)人意，不論色彩還是細(xì)節(jié)都與實(shí)際圖像有很大差距，難以作為事后證據(jù)。經(jīng)過圖像處理，包括面部檢測(cè)、噪聲過濾、去壞點(diǎn)、膚色矯正、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光以及邊緣加強(qiáng)等等操作后，可以使圖像變的更加細(xì)膩，更加貼近真實(shí)世界中的圖像。因此采用什么樣的處理器會(huì)直接影響監(jiān)控的效果。

　　當(dāng)前很多高清攝像機(jī)直接采用CMOS廠商提供的ISP或者一體化CMOS(內(nèi)置ISP圖像處理器)，這些ISP圖像處理器可以應(yīng)付一般的場(chǎng)景，但是對(duì)于需要寬動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景，處理效果差。而監(jiān)控系統(tǒng)和消費(fèi)電子或者廣電應(yīng)用模式不同，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，被監(jiān)控對(duì)象無法配合攝像機(jī)的角度，所以在背光、逆光等情況下，普通的ISP圖像處理器則無法提供有效的寬動(dòng)態(tài)圖像，從而造成可視圖像質(zhì)量下降。

　　在高清時(shí)代，處理器不僅承載了圖像處理與分析、編解碼壓縮等大量工作，還會(huì)嵌入大量的智能分析算法，對(duì)海量高清數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，負(fù)擔(dān)起更重要的作用。

　　此外，視頻處理器不但支持多格式解碼、多速率多流以及高清多通道功能，而且還可提供音頻、語(yǔ)音以及其它高清視頻編解碼器，可實(shí)現(xiàn)更高的靈活性與更低的設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

　　視頻處理器支持從D1、720p乃至高達(dá)30幀每秒的1080p的全系列產(chǎn)品，從而使客戶能夠構(gòu)建可擴(kuò)展的產(chǎn)品線，支持各種編解碼器。ISP軟件實(shí)施可提供視頻穩(wěn)定、面部檢測(cè)、噪聲過濾、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光以及邊緣增強(qiáng)等功能。