高速公路高清視頻監控技術應用分析

摘要：隨著我國高速公路的迅猛發展，對視頻監控系統的要求越來越高，模擬或標清視頻監控系統對重點部位監控的表現越來越不盡人意，不能優質地捕捉和辨識相關目標，而高清視頻監控技術的應用則很好地解決了這個問題。

關鍵詞：高速公路；高清視頻；技術分析

中圖分類號：U412 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）15-0105-02

隨著高速公路的迅猛發展，其技術和管理水平的要求也在不斷提升，這其中對高速公路進行實時監控的視頻技術顯得越來越重要，也正是因為如此，傳統的圖像監控技術已不能滿足各類工作分析需求。光學和制造技術的不斷發展，使得高清視頻監控技術越來越成熟，已完全能滿足高速公路實施高清視頻監控的要求。

1 視頻清晰度概述

標清、高清、全高清主要是指視頻監控圖像清晰度的高低，對視頻監控來說，圖像清晰度的高低十分重要。要討論高清視頻技術，首先需要明確清晰度的劃分，目前清晰度劃分主要依據廣電行業的標準，其中視頻分辨率及感光元件像素對應關系，如圖1所示：

1.1 標清

標清是指分辨率在720P以下的一種視頻格式（Standard Definition），簡稱SD。標清視頻監控是目前使用較廣的模擬視頻監控，主要包含模擬攝像機、普通鏡頭、光端機（編解碼器）和存儲介質等設備。模擬信號經過數模、模數轉換以及其他視頻損傷的影響，實際形成人眼可觀看圖像是，效果已經打了很大的折扣，這也就是高速管理人員常常無法看清車牌等的主要原因。

1.2 高清

高清是指分辨率達到720p（視頻垂直分辨率720線逐行掃描）或1080I（1080電視線各行掃描）以上的一種視頻格式（High Definition），簡稱HD。目前真正的高清視頻格式主要為：720P（視屏分辨率為1280×720，視頻寬縱比為16∶9，逐行掃描/60Hz），1080I（視屏分辨率為1920×1080，視頻寬縱比為16∶9，隔行掃描/60Hz），1080P（視屏分辨率為1920×1080，視頻寬縱比為16∶9，逐行掃描/60Hz），其中720P和1080P為最常用的格式。

1.3 全高清

全高清其實是在高清的概念中剝離了一部分，主要是指視屏分辨率為1920×1080，包括1080I和1080P，其中1080P的畫質要遠勝于1080I，主要由于1080P采用的是逐行掃描，因此在數據傳輸過程中信息更加豐富，使得還原出的畫面更加豐滿，畫質更加清晰。

1.4 高清視頻的優勢

一方面，通過圖1可以看出，對于同一個監控目標來說，采用D1視頻標準，單幅圖像數為40萬；采用720P視頻標準，單幅圖像數為90萬，采用1080P視頻標準，單幅圖像數可高達200萬。由此可見，采用高清視頻監控可以得到目標的更多細節情況，對于目標做深入的分析提供幫助。

另一方面，在高清攝像機安裝廣角鏡頭，能夠對2～4倍的標清攝像機監控范圍進行視頻監控，卻能夠得到與原標清攝像機監控同樣的清晰度。換句話說，在原來需要使用2～4臺標清監控攝像機的區域只需安裝一臺攝像機，提高工作效率的同時降低維護工作量。

2 高清視頻監控系統構成

2.1 高清圖像采集設備

要組建高清視頻監控系統，高清圖像采集設備是必不可少的。為滿足圖像目標深入分析的要求，高清圖像采集設備應具備高分辨率、高清晰度以及色彩豐富的特性。目前高清圖像采集設備主要分為高清網絡攝像機和HD-SDI高清攝像機兩類。

（1）高清網絡攝像機。高清網絡攝像機采集的數據不經過封裝，通過普通網絡傳輸，帶寬占用小，傳輸距離遠。但由于數據不進行封裝，因此存在網絡安全問題，同時其數據傳輸效果直接受到網絡狀況的制約，因此高清網絡攝像機主要用在組建對圖像實時性要求不高的監控系統。

（2）HD-SDI高清攝像機。HD-SDI高清攝像機是將機芯采集的高清信號進行格式封裝后，輸出未經壓縮處理的原始數據通過HD-SDI線纜傳輸，因此數據安全性較高，數據傳輸延遲較小，同時其圖像還原效果比高清網絡攝像機更真實、細膩，這是HD-SDI高清攝像機的主要優勢。但是HD-SDI高清攝像機數據傳輸距離較短，若要進行長距離傳輸，必須經由SDI高清光端機傳輸。另外HD-SDI高清攝像機采集圖像為無損處理，所以必須要經過支持高清的壓縮設備做壓縮處理后才能存儲，因此成本投入較大。HD-SDI高清攝像機主要用在組建對圖像實時性、真實性以及豐滿性較高的監控系統中。

除上述分析外，在組建高清視頻監控系統時還應根據傳輸、存儲、數據還原設備等綜合因素選擇高清圖像采集設備。

2.2 高清視頻傳輸設備

高清圖像采集系統采集到的數據需要通過支持高清視頻傳輸的設備進行傳輸。對應于高清圖像采集系統，高清視頻傳輸設備也為兩類：支持網絡傳輸的以太網光端機和支持HD-SDI視頻傳輸的SDI高清光端機。一般高清網絡攝像機數據傳輸占用帶寬為8～16M，根據光纖網絡帶寬合理傳輸一定路數的視頻圖像；HD-SDI高清攝像機數據占用帶寬1G以上，帶寬要求高，傳輸成本也相對較高。

2.3 高清監視器

高清監視器是高清視頻監控系統的重要組成設備，只有通過高清監視器我們才能觀看到圖像采集設備采集到的圖像。目前高清監視器接口以HDMI、DVI、SDI為主，需要特別注意的是HD-SDI高清攝像機必須要接入真實的HD-SDI高清監視器。

2.4 高清視頻數據存儲

高清視頻監控系統的數據存儲容量要求大且可靠性要求高，這對高清視頻數據存儲提出了較高的要求，目前使用的存儲方式包括NVR和IP-SAN。

（1）NVR。NVR（網絡硬盤錄像機）主要功能是通過網絡接收高清網絡攝像機的數據，并進行存儲、管理。若對應圖像采集設備為HD-SDI高清攝像機時，則需要將高清圖像數據進行H.264壓縮編碼后再進行存儲。NVR采用全網絡化的分布式架構，具有成本低、部署靈活、安裝簡單以及存儲可靠的特點，大大促進了高清視頻監控系統的實用化。

（2）IP-SAN。隨著高清視頻監控系統數據量的劇增，普通硬盤已無法滿足存儲需求。IP-SAN主要利用第三方服務器導入和導出數據（俗稱“云存儲”），具有超強的集中存儲能力，便于數據的集中化管理，同時在長距離傳輸及管理方面表現突出，能夠明顯地降低運營成本。

3 高清視頻監控在高速公路的典型應用

通過上述分析可以得知，高清視頻監控比標清視頻監控分辨率更高、清晰度更好、色彩更加豐富，但高清視頻監控的成本投入也較大。根據實際工作經驗，高速公路沒有必要全部采用高清視頻監控，只有根據不同區域的監控重點、內容以及需求對高清和標清視頻監控進行合理配置，才能做到經濟性和技術性的平衡。

一般在以下部位可以安裝高清攝像機：在高速公路收費系統中，收費廣場、安保要害部位和部分人工收費亭；在外場監控系統中，重要橋梁和互通區；在隧道監控系統中，隧道的出入口。這樣有重點地布置高清攝像機可以使整條高速公路受益于“高清晰化”，彌補了標清視頻監控系統清晰度不足的同時，合理利用有限資源發揮了系統最大的潛力。

4 結語

高清視頻監控技術在高速公路行業的應用越來越廣泛，但如何通過分析高清視頻監控系統的組成，進一步合理配置高清-標清視頻監控，兼顧技術先進性和經濟性，充分發揮高清視頻監控的優勢，仍然是一個值得深入探討的課題。

參考文獻

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作者簡介：周光華（1987—），男，湖南衡陽人，供職于廣東省高速公路有限公司京珠北分公司，研究方向：高速公路三大系統（收費、監控及通信系統）工程管理。