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弱电工程

HD-SDI监控摄像机在平安城市中的应用

发布日期:2015-12-26 06:27:54

  “平安城市”建设,从最早2004年开始的21个城市试点及2005年3111工程至今已近八年时间,透过大规模的省、市、县三级开展与系统工程建设,目前中国“平安城市”已进入密集及二期建置时期,预计在十二五计划下,未来几年仍会有近百亿人民币的市场规模,衍生的商机可谓庞大。

  “平安城市”在领域有着典型的特点,如涉及的区域广、站点数量较多;人流量大,涉及到防灾、治安等多个方面;其包括重点企事业单位监控、社区监控、网吧/宾馆行业监控、危险/污染行业监控、闯红、城市出入卡口监控、公共道路/治安场所监控。其将整个城市的监控作为一个整体,各个站点的图像会涉及到多个系统、多个部;在控制中心,涉及到交通治安、社会治安、防灾等均需要实时作为第一手参考资料。

  因此,“平安城市”项目对的要求,已经不再仅仅是要求“看到”,而是要“看清”,标清系统所能提供的画面清晰度,已经成为系统升级的瓶颈,特别是交通的电子警察,违章车辆跟踪和,更是要求前端实时图像化,否则智能分析将无从下手。

  前端视频采集

  电子警察系统对前端设备要求比较高,多会选用分辨率达到100万像素(720P)或者200万像素(1080P)的。目前在高清视频应用中常见的有基于色差分量等方式的模拟高清、基于HDMI/DVI等接口的高清、基于以太网进行传输的网络数字高清、以及在视频领域已经成熟应用的基于SDI接口的数字高清。综合来看,前面两种方式由于受到传输介质以及对信道的要求,其传输距离仅能满足临近设备之间的连接和传输,不适合应用于安防视频系统。

  基于以太网的高清视频具备了较好的灵活性,已经在标清视频应用中绽放出光彩,但在超过百万像素的应用中,由于视频压缩技术的限制,目前还无法将视频码流压缩到更低的应用范围。以一个200万像素的实时视频图像为例,其视频码率要求的经验值为6~8Mbps,甚至更高。而随着分辨率增大带来的问题并不只是简单的码流数量叠加,编码过程中由于关键帧带来的突发数据对传输网络的冲击更大。当有大量前端摄像点同时运行的系统中,要完全控制突发数据带来的影响几乎无法实现。由于数据量的增大,单帧数据的分组数增加,出现丢包的可能性就会增大。另外,基于以太网的各厂家高清视频设备的兼容问题也还没有比较完善的实际互换解决方案。

  SDI(Serial Digital Input,串行数字接口) 是 ITU-R BT.656 以及SMPTE(电影与电视工程师协会)提出的串行链路标准,通过75 欧姆同轴来传输未压缩的数字视频,为高清视频传输和应用提供了另外一条道路。

  SDI接口现今已经有SMPTE 259M(SD-SDI,数据率270 Mbps)、SMPTE 292M(HD-SDI, 数据率1.485Gbps)、SMPTE 424M(-SDI,数据率达到2.97 Gbps)等多个标准。采用 SDI接口的系统中,没有引入压缩以及解压缩的过程,传输过程中也不需要考虑图像时间冗余度,因此,无需进行视频帧的缓冲,视频可以实时传送。摄像机传感器的信号能够经过SDI接口,无任何损失地直接到达显示单元。

  与网络数字高清比较起来,基于SDI接口的高清视频系统主要具备以下几个优点:

  · 高清图像无延迟实时传输——在传输过程中没有产生压缩与封包化的动作,无需编码和解码,使得系统图像不会产生延迟问题,可与模拟系统的实时性媲美,在要求实时监控的场合具有网络高清系统无法企及的优势;

  · 高清图像无损不失真——以未经压缩的数字图像在同轴电缆上或者上传输,不失真。所提供的未压缩高清图像是智能监控所需的最佳图像来源。另外,SDI接口即使外延也不会带来网络外延问题,中心系统与前端系统是完全的,不可能经过SDI接口产生网络入侵,安全性较网络系统要高。此外,由于视频是实时传送,不会出现网络系统中的视频中断或者延迟,避免带来错误的信息;

  · 系统升级方便——类似于传统模拟CCTV系统,在允许的距离内,更换摄像机和后端设备可以使用已有的同轴电缆、光纤线路,直接从模拟升级到FullHD的分辨率。比起转换到IP,经销商/不需再做额外的升级和学习复杂的网络知识。基于SDI传输系统,还能嵌入音频信息,并可支持数据传输,现场使用方便。

  电警系统组成

  电子警察作为交通管理、违章、获取证据的一种手段,近几年已在全国各城市广泛使用,就其整体结构可以划分为二个部分,一是前端抓拍取证、二是后端智能分析处理。

  前端抓拍取证

  电子警察外部硬件设备以其功能上可划分成三个系统,它们是前端感应系统、抓拍摄像系统、后端传输系统

  1、前端感应系统

  前端感应系统是电子警察整体设备中的触手,其目的就是为了感应到有移动的机动车,从实现理论来讲,前端有多种形式,如线感应器、感应器、声纳感应器、线圈感应器、条形线状感应器、视频感应器等,目前在各城市电子警察中主要使用的是线圈感应器。

  线圈感应器是目前电子警察使用中最多的一种感应器,因其安装方便,准确率较高,而且价格低,被广泛使用,但其检测面积大,特殊状态下使用不方便。

  2、拍摄系统

  拍摄系统是电子警察取得违章图像,并记录图像的过程设备,其包括拍摄工具和控制器,从目前使用的电子警察来讲,一般采用光学相机、数码相机,摄像机、数码相机+摄像机等拍摄工具。

  光学相机是最早期的电子警察所使用的拍摄工具,其性能稳定,成像清晰度高,但因使用的照相机局限,其拍摄用胶卷张数有限,而且具有人工定时换胶卷的麻烦。

  数码相机是目前常用的电子警察拍摄工具,其图像下载方便,没有其他费用,但目前使用的数码相机大多为民用型 (0~40℃),在室外工作时,性能不可靠,特别是高温状态下会发生“死机”和乱拍。要想解决这一问题,一方面选用高档数码相机(工业级),这样就大大增高成本,失去同摄像机竟争的价格优势。另一方法是为数码相机打造一个恒温环境,能自动制冷制热,完全满足数码相机的工作环境,确保相机不死机。

  摄像机是视频电子警察常用的拍摄工具,其性能稳定,图像传输方便,前端摄像机对感光器件直接输出的原始数据,经75欧姆电缆或者等进行传输。SDI光端机、、SDI高清视频均内置线路均衡电路,将经过传输的高速视频信号进行调理整形,整个过程可确保感光器件输出的图像数据实时进入后端,并到达切换矩阵进行应用控制,最终到达。在整个光端机传输、信号分配、高清切换控制、联网视频传输等过程中均采用高速串行数字信号进行传输,在传输、交换过程中均不会带来任何图像损伤。

  由于SDI接口具备相应的标准,因此,在传输、分配、显示过程中都可以采用标准测试设备进行实际测试,或者可直接采用具备SDI接口的监视器进行视频查看,判定安装使用过程中可能出现的问题。

  在经SDI光端机进入机房后,采用视频分配器将信号分为多路,一组给SDI矩阵使用,用于本地显示以及实时上传到上级治安系统(如交警队、派出所等);另一组直接传输给SDI,进行视频图像编码,再经由交换网络,提供给后端平台进行本地存储或者远程访问使用。鉴于高清视频的码流量较大,各站宜划分子网,以屏蔽广播数据包等无用数据。

  3、传输系统

  目前采用的传输系统有手工下载(人工传输)和有线传输、传输三种。手工下载是指人工换胶卷(卡)或用便携电脑式设备(u盘)将电子警察所在路口的图像下载并带回指挥中心的一种方式。有线传输是指通过光纤或电缆(线)等进行网络传输图像的方式。是指通过公众网(GPRS)等进行无线无地域传输图像的方式。随着SDI光端机成本的降低,为SDI视频远距离传输提供了一套低成本的解决方案,同时也为SDI摄像机的普及铺平了道路。

  后端智能分析处理

  当前端摄像机获取到道路视频后,后端要根据当前的红绿灯状态,来分析经过路口的车辆是否有违规行为,快速、准确地分析离不开前端视频的清晰程度。

  与ISCS系统连接

  根据电子警察系统的组成结构,系统包括前端高清SDI实时视频图像获取,以及数字高清视频应用处理二部分,并由两部分共同完成对图像的后续处理(实时监看、机器分析、存储处理等等)。因此,势必会涉及到如何设计大型综合系统的总体结构问题。

  电子警察系统是城市ISCS系统(城市综合监控系统)的非常重要的组成部分,由于ISCS系统其结构的灵活性,因此,其系统结构可以采用各专业领域建立分布式、独立的视频管理的模式,在ISCS系统中再对各独立的专业领域的视频管理系统进行接入与整合,最后纳入到ISCS系统中进行管理。而电子警察系统是专事负责对城市道路车辆视频采集、违章抓拍分析、视频存储的专业系统,其具有鲜明的行业特征,其可如同城市卡口监控系统、公共道路场所治安监控系统等,都可被集成到城市ISCS系统中。

  ISCS系统集成的前提是软硬件接口标准和的统一,而现在的SDI高清电子警察系统中所采用的矩阵切换控制、控制码分配器等设备,均具备相应的RS232/RS422接口或者以太网接口等。其控制指令、协议、Demo控制程序等信息均可以统一提交给ISCS系统,以便进行更进一步的ISCS系统集成。

  结语

  采用SDI方式传输视频,保障了实时图像的品质,避免了由于网络压缩带来细节方面的损失,并且保证在使用图像时的实时性;在电子警察系统的前端,我们可以通过SDI光端机远程传输到我们的控制中心,再通过SDI矩阵和DVR分别实现高清上墙和编码存储。

  SDI传输技术,在保证图像实时性的基础上,提供了另外一种高清视频的实现方式,在模拟系统的基础上,只需要更换前端采集设备和光端机传输设备,我们就可以将原有的标清模拟系统升级成高清系统,而不需要额外的工程开销,这种方案将为我们的智能交通搭建一个高清的平台,天地伟业作为安防领域的中坚力量,我们将继续为推动“平安城市”建设作出更大的努力。

[苏墨影  ]

本文整理编辑:北京弱电工程专家 www.k235.cn