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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卡口攝像機以及電子警察等攝像單元。以治安監(jiān)控攝像機為例，可以分0攝像機和固定攝像機，這兩者的區(qū)別，顧名思義，即是否可以進行云臺控制、是否可以進行攝像方向的調(diào)整，在平安工程應(yīng)用中，它們經(jīng)常以球型攝像機和槍型攝像機的形式出現(xiàn)。其實，對于平安工程而言，攝像機還有很多非常重要的性能指標值得關(guān)注，比如彩色低照度性能、強光抑制功能、圖像幀數(shù)等基本指標，這些指標都決定著一臺前端攝像機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)對于監(jiān)控系統(tǒng)就尤為重要，這就要求在進行系統(tǒng)設(shè)計的時候要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)狀況，對網(wǎng)絡(luò)要進行專門專業(yè)的設(shè)計和考慮。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，通常會涉及到多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的選擇，包括接入交換機、匯聚交換機以及核心交換機，不同交換機在視頻承載網(wǎng)中分攤不同的任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)也有多種拓撲結(jié)構(gòu)，包括總線型、環(huán)型、星型以及混合型，各種拓撲和各種網(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，一個好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，一個好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對監(jiān)控系統(tǒng)正常高速的運轉(zhuǎn)，極其關(guān)鍵。
專業(yè)存儲單元
在平安工程建設(shè)中，不僅僅監(jiān)控清晰度越來越高，同時新增建設(shè)點位也在呈現(xiàn)指數(shù)增長，隨之而來的就是海量數(shù)據(jù)的存儲與管理。在監(jiān)控系統(tǒng)中，存儲單元同樣是必不可少的，視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅僅需要實時的現(xiàn)場畫面，更關(guān)鍵的是，還可以在事件或事故之后及時回看事發(fā)現(xiàn)場當時的狀況，這就對專業(yè)存儲單元提出了嚴格的要求。平安工程中要求事發(fā)錄像能及時查看、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，錄像存儲成本一直是業(yè)界津津樂道的一個話題，眾所周知，數(shù)據(jù)量越大，要求的存儲設(shè)備也就越多，設(shè)備維護工作也就越大，設(shè)備功耗也水漲船高，從而存儲成本隨之增加，在高清監(jiān)控系統(tǒng)中，海量的高清數(shù)據(jù)使存儲成本的探討也更具意義。
控制平臺單元
監(jiān)控平臺相當于整個監(jiān)控系統(tǒng)的大腦，它是系統(tǒng)與用戶實現(xiàn)人機互動的橋梁，也是用戶管理查看系統(tǒng)工作狀態(tài)的工具。一個基礎(chǔ)的監(jiān)控平臺可以對監(jiān)控設(shè)備進行統(tǒng)一的配置和管理，比如讓前端設(shè)備與后端存儲進行合理的通信，制定相應(yīng)的存儲策略，設(shè)定不同權(quán)限用戶的優(yōu)先級，查看系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)等等;監(jiān)控平臺還可以對設(shè)備進行實時控制，遠程控制云臺轉(zhuǎn)動、機動變焦鏡頭的焦距縮放，或是對實時圖像進行手動抓拍，實現(xiàn)非現(xiàn)場執(zhí)法;當今，在大聯(lián)網(wǎng)的趨勢下，通過統(tǒng)一的標準，平臺還承擔著互通任務(wù)，通過平臺對接，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)為上級監(jiān)控系統(tǒng)管理下級監(jiān)控系統(tǒng)，下級監(jiān)控系統(tǒng)推送視頻數(shù)據(jù)到上級監(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時圖像和錄像回放，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部分：解碼設(shè)備和顯示設(shè)備，解碼設(shè)備負責將編碼數(shù)據(jù)解碼為顯示設(shè)備能夠識別的數(shù)據(jù)，然后通過顯示設(shè)備實現(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)備的工作量相對較高，所以對其性能要求也就更高，同時還要求解碼設(shè)備能夠?qū)D像顯示進行分配管理，如實現(xiàn)輪巡、分屏等基本顯示功能。而一個
好的顯示器才能夠提供好的畫面質(zhì)量，所以對于高清視頻而言，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監(jiān)控系統(tǒng)進行相關(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，總結(jié)全國各地高清監(jiān)控實施經(jīng)驗，一個好的高清監(jiān)控系統(tǒng)，往往需要從整體到細節(jié)全方位立體化地進行質(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產(chǎn)安全保駕護航。
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)控逐漸取代標清監(jiān)控已經(jīng)成為了當今平安城市建設(shè)中不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。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)控數(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)品在市場上應(yīng)用;從市場份額上來說，高清方案已經(jīng)逐漸普及，傳統(tǒng)監(jiān)控領(lǐng)域高清所占市場份額也在逐步增大，據(jù)國際權(quán)威電子行業(yè)研究機構(gòu)IMS發(fā)布的報告表明，未來五年內(nèi)，高清監(jiān)控產(chǎn)品所占市場份額將會超越傳統(tǒng)的標清監(jiān)控產(chǎn)品。面對高清潮流，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)建和諧社會的美好夙愿。
網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控簡介
一個標準的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由五個部分構(gòu)成(如圖1所示)：前端采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、專業(yè)存儲單元、控制平臺單元以及圖像顯示單元。其實，網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)也是由這五個基本的部分組成，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、細節(jié)充分的畫面，當然，此時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)的五個部分有機結(jié)合，形成一個完整可靠的整體，為用戶帶來高清的視覺體驗。各個部分各施其職，在一個完整標準的高清監(jiān)控系統(tǒng)中，五個部分缺一不可
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個字，即“采、傳、存、顯、控”。從這五個部分，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更適合高清時代
不管是高清還是模擬，其攝像機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、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。CCD對監(jiān)控場景的適應(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)實力的不同可以到達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到1280×960，即960P這個分辨率;針對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)計的。
CMOS，即互補性氧化金屬半導(dǎo)體。CMOS和CCD一樣同為可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的傳感器相對于CCD而言最大的缺點在于圖像噪點多，低照情況下表現(xiàn)差，但是，最大的優(yōu)點則是CMOS的制造原理更加簡單，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，成本就呈幾何數(shù)增長，因此如果監(jiān)控要走高清化，CCD顯然發(fā)展前景有限。而CMOS最大特點在于其成本低、功耗低。在獲得相同像素數(shù)的情況下，價格更低，具有很高性價比，可以不斷朝更高像素、更高分辨率發(fā)展，而高清監(jiān)控對成本是非常敏感的，也因此市面上大部分高清攝像機都采用CMOS。
要做到高清，還需要在寬動態(tài)、自動白平衡、圖像的銳利度、以及數(shù)字降噪、色彩調(diào)整、光線補償?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現(xiàn)。CMOS與其他圖像處理技術(shù)的結(jié)合要遠遠超過CCD，動態(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。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的實際效果了。
高清攝像機需要搭配高清鏡頭
平安工程的高清監(jiān)控不僅對攝像機、也對專業(yè)鏡頭提出了高清化的需求。高清鏡頭對于高清監(jiān)控具有重要意義。高清時代的攝像機清晰度可達到百萬級別，但若所搭配的鏡頭與其不匹配，那就無法完全呈現(xiàn)出攝像機的超高分辨率效果。
在相同的攝像機情況下，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。高清鏡頭能增強畫面的對比度和亮度，獲得高清的圖像效果，對畫面的細節(jié)表現(xiàn)更豐富。
那么要如何選擇高清鏡頭呢?一般來說，在選擇鏡頭時要根據(jù)攝像機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)項目特點具體分析。比如，在需要夜間拍攝的場所，為了讓日夜型攝像機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，讓攝像機能夠獲取更多的光通量，協(xié)助攝像機在夜間獲得更好的拍攝效果。
某些項目攝像機在使用過程中需要配合紅外補光燈，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，同時也降低夜晚虛焦的問題。而對于較為苛刻的環(huán)境，例如配合激光燈，對遠距離目標監(jiān)控，就要保證非可見光波長在900um時依然能夠達到60%以上的透射率。
視頻處理器作用不容忽視
要實現(xiàn)清晰的圖像質(zhì)量，除了前端鏡頭、傳感器部分對光線的處理，影像處理部分也是攝像機中不可忽視的一環(huán)。
直接從傳感器中得到的圖像往往效果差強人意，不論色彩還是細節(jié)都與實際圖像有很大差距，難以作為事后證據(jù)。經(jīng)過圖像處理，包括面部檢測、噪聲過濾、去壞點、膚色矯正、自動白平衡、自動曝光以及邊緣加強等等操作后，可以使圖像變的更加細膩，更加貼近真實世界中的圖像。因此采用什么樣的處理器會直接影響監(jiān)控的效果。
當前很多高清攝像機直接采用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)付一般的場景，但是對于需要寬動態(tài)的場景，處理效果差。而監(jiān)控系統(tǒng)和消費電子或者廣電應(yīng)用模式不同，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，被監(jiān)控對象無法配合攝像機的角度，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態(tài)圖像，從而造成可視圖像質(zhì)量下降。
在高清時代，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，還會嵌入大量的智能分析算法，對海量高清數(shù)據(jù)進行分析，負擔起更重要的作用。
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、語音以及其它高清視頻編解碼器，可實現(xiàn)更高的靈活性與更低的設(shè)計復(fù)雜性。
視頻處理器支持從D1、720p乃至高達30幀每秒的1080p的全系列產(chǎn)品，從而使客戶能夠構(gòu)建可擴展的產(chǎn)品線，支持各種編解碼器。ISP軟件實施可提供視頻穩(wěn)定、面部檢測、噪聲過濾、自動白平衡、自動曝光以及邊緣增強等功能。
