高空眺望高清监控系统的设计

高空眺望高清监控系统的设计

发表时间：2017-10-10T18:17:31.960Z 来源：《基层建设》2017年第15期作者：顾鑫铭[导读] 摘要：目前，数字高清监控系统已在公共安全项目的建设中应用的较为普遍。本文基于某地区高空瞭望监控系统的设计和建造，对高清监控系统涉及到的前端设备选型、图像编码和传输控制、存储应用和智能分析等相关技术进行了讨论。实践证明本文所设计的系统能够实现满足要求的所有功能，运行稳定，实用性好。

上海顺视信息科技有限公司上海 200000 摘要：目前，数字高清监控系统已在公共安全项目的建设中应用的较为普遍。本文基于某地区高空瞭望监控系统的设计和建造，对高清监控系统涉及到的前端设备选型、图像编码和传输控制、存储应用和智能分析等相关技术进行了讨论。实践证明本文所设计的系统能够实现满足要求的所有功能，运行稳定，实用性好。

关键词：数字高清监控系统设计；HDTV1080视频格式处理；高清视频的传输系统；高清视频的编码与存储 0 引言

为了能更及时的预警和处理园内及周边大客流所带来的治安，交通等突发情况，上海市宝山公安分局急需在园区周围原有的图像监控基础上，计划在若干较高地理位置处添加高空瞭望的高清监控点位，目的在于实现监控区域较大范围内的图像精确监控，实现具体远距离目标特写的拍摄、以及全天候全方位的精确监控。用技术手段实现所涉及的区域的社会治安的管理。

1 高清监控系统概述

高清监控系统综合当前较为先进的多项技术，包括（1）计算机技术、（2）多媒体技术、（3）数字图像压缩技术和（4）网络应用技术，通过系统新建的有线或者无线的局域网，或者是公共网络（例如互联网）进行信息的传输；新建的监控系统采用开放式架构，可以实现与原有的监控设施、警报和语音传输网络、数据处理和存储设备等兼容。

高清监控系统，主要采用高清视频数字技术，即从系统的采集监控视频开始，无论是发送和传输监控视频，还是存储和显示监控视频，到最后的接收显示监控视频，这一系列过程的操作对象全部是高清的数字视频，该过程主要涉及到的内容包括（1）选取合适的数字高清监控系统前端及编码处理、（2）设计合理的数字高清监控系统的视频信息的控制及传输模式、（3）根据适宜的存储技术对存储系统的硬件设施进行选型、（4）根据系统的需求添加智能分析模式及集成共用技术。监控范围远远超过某一限定的区域，而是面向全网的监控，并且，监控系统不仅具有较强的抗干扰能力，而且能够实现视频画面的高清效果。

高清监控系统，顾名思义，与原有的模拟监控系统的相比，无论是监控画面的分辨率、清晰度还是色彩还原等方面，都达到了更好的水平，这是因为高清监控系统的前端应用了智能自适应调节技术，监控视频采集过程中的各种参数将根据当时的环境条件自动调节，无须人工控制。

2 难点分析

高空瞭望监控系统用途广泛，监控效果明显优于一般监控系统，但实施有一定的难度，主要难点在于：监控系统前端设备（例如摄像机和云台）的选型和参数设计、高清数字视频信息的传输和存储、对监控信息的只能分析等。本文将从几个方面来解决上述问题。

3 解决方案

3.1 高清监控系统的前端 3.1.1 相机选型：高清透雾摄像机

选择高清IP网络相机，采用1080P（1920*1080分辨率）全实时广播级图像画质，色彩还原度逼真，设备能耗低，使用寿命长。相机主要采用了一下两个技术：（1）自适应的智能调节模式：根据当地的环境条件自动设置监控摄像机采集监控画面时的镜头光圈、画面降噪等多种参数，保证高质量的画面。

高清监控光系统无论是视频信息的采集还是数字化的存储，都完全避免了摄像机因为环境条件的变化尤其是光照的变化导致的画质差等现象。

（2）实时视频透雾技术：通过采用透雾技术，处理由于气溶胶带来的不良天气条件的透雾现象，该技术在各种分辨率下均能保证及时精准的透雾处理：自动的根据场景实时评估雾浓度调整设定的透雾强度，不受雾况改变的影响，使图像保持准确的色调、自然的外观，确保良好的图像质量与工作人员良好的视觉感受；

（3）采用增强算法，一方面提升相机采集的图像的对比度，以保证图像具有较高的清晰度，提高显示画面的详细信息的能力，尽可能多的展现出原来图像中被隐藏的细节；另一方面增强采集视频的饱和度，使视频色彩等更加逼真。

3.1.2 镜头选型：高清长焦镜头

选择具有百万像素，35倍变倍的镜头，选择自动光圈，电动聚焦功能。镜头的焦距（f）为10-350mm。

镜片通过四次函数加工消除球面色差，缓解边缘虚化、虚焦对高清监控画面的影响；应用EBC红外增透镀膜技术，保证镜头的镜片在弱光环境下通过率不降低；先进红外镀膜滤光片可以截止大部分可见光，高效透过大部分的近红外（800-1100nm）；电机回差小于0.01度，与自动聚焦模块协调工作，保证镜头在长焦状态下依然可以精准调焦，免去反复校对焦点的烦恼。采用外轨凸滑技术，避免传统内牙纹反光干扰，同时也可避免低温下油硬问题导致电机乏力，提升了镜头的低温环境适应能力。在变焦过程中广角保持在200万像素左右；镜头在长焦状态下，画面中心区大于130万像素：通过像素设置从根本上保证画质源。

3.1.3 重载云台及云台解码器

云台是安装、固定摄像机的支撑设备，由于本方案中的高清摄像机质量较大，故采用重载云台。为了扩大监视范围，重载云台既可以左右旋转（水平旋转0度~360度）又可以上下旋转（垂直角度-90度~40度），水平转速为每秒100度，垂直转速为每秒40度。

客户在远程终端控制监控设备时，可以将重点区域的监视目标设置为预置位，设置好的预置位将保存在云台的解码器上，一旦调出该预置位编码，云台将以最快速度运行至该点，操作员剋迅速查看该区域内的情况，本方案中的监控系统最大可以设置300个预置位，并且可以冻结预置位的视频图像；

云台可以根据选取的预置点自动设置路径进行旋转监控，其中每个预置点停留的时间以及点到点的速度可以设置，本云台最大可以预设8条巡航路径，每条路径最大包含32个预置点。云台可以按照要求对画面中的某一重点范围进行放大，并且云台的转速可以相应的自动改变。自动巡航可以在设定的时间自启动。云台具有报警功能，报警后将在控制室自动弹出现场视频，并录像备案。

云台解码器采用数字压缩的方式对摄像机采集的高清监控视频进行压缩，并通过传输网络进行传输。每一个前端监控摄像机均可视为一个IP终端，而且数字图像质量不受网络传输的影响。云台解码器应用H.265视频压缩算法实现对监控录像的数字化编码，其分辨率高达2048×1536，支持标准的API开发接口，支持各类SDK、ONVIF、CGI和PSIA协议接入，可以定位，并具有跟踪和放大图像的功能，云台解码器在断电状态下存储不受损，供电回复后可主动回到断电前的状态；整个云台对环境的抵御能力也很强，可以防雷、防浪涌；保护等级为IP66防护等级。

3.2 传输系统

高空瞭望高清监控系统采集的视频信号进行数字化编码后，将频流媒体信号随即变为通用的数字信号，并且以网络数字信号的方式进行传输，对传输系统的要求主要包括：（1）图像不丢帧、（2）运动画面延时小、（3）实时性好不卡顿、（4）无丢包导致的马赛克、（5）编解码传输设备要具备大数据处理能力。由于视频数据数据和传输网络的带宽相互制约，因此传输系统设计的首要问题是解决高带宽、大数据流传输的问题。从技术标准上讲，本方案采用的1080P视频占用带宽为8Mbit/s（±2 Mbit/s），据此，选择视频输出端口的带宽容量、子码流波动带宽的冗余等技术参数。

使用公安专网光缆专线传输，加强数据的保密性，避免外界因素干扰，加强系统传输的稳定性和可靠性。光纤链路属于八层协议中的物理连接，该层采用以太网协议，因此，传输系统结合以太网技术的优点：（1）带宽容量大、（2）网络连接简单，扩展方便、（3）与IP 网络有良好的兼容性、便于管理等。

图1 基于光纤网络的监控平台实际建设过程中，在前端多个监控点的视频接入通过光纤复用器共用一芯光纤，采用光纤传输距离为几十公里、接入速率为1000Mbit/s左右。在硬件部署方面，前端监控摄像机视频输出，立即进行视频编码，编码后的数据通过光纤网传至监控中心平台。此传输系统的设计方案可以满足各当前和未来的扩容需求。

3.3 后端存储

高清监控系统不可避免的产生了大量的视频数据，因此系统必须支持大容量、高扩展性。

由于场景中的运动量很大程度的影响存储需求，因此表中数据是基于码头场景中大量运动的连续记录。

高空瞭望高清监控系统采用视频直写存储技术对采集的视频信息进行存储。网络计算机存储（IP storage area networking）基于IP协议运行，能够进行大数据的吞吐传输。视频直写存储技术同时支持IPSAN和NAS功能，也支持前端监控摄像机的视频协议和网络流媒体的协议，其特点是将视频存储、流媒体播放功能整合在存储设备中，网络中心平台和客户端在进行视频浏览时和回溯时可直接向存储设备调取。此方案的优点在于数据存储读取速度快，同时实现了录像、回放、转发、数据备份的功能，并且系统的开放的接口标准可以与各类系统进行对接，能够兼容不同型号的主流编码产品。

在数据存取过程中采取主动-被动切换模式最大程度避免数据的丢包和错位。对于集中存储在视频服务器上的数据，可以采用流媒体的方式进行点播；而对于分布存储在服务器主机上的数据，当进行流媒体方式点播时将自动定向到相应的视频存储主机上。在进行视频播放时，添加流量控制机制，防止产生短时间流量风暴冲击传输网络。

3.4预警功能

高空瞭望高清监控光系统监控室内的观察员可以根据图像画面上出现的信息，及时跟踪确认，迅速通报并调用警力，对突发事件的发展和变化进行全程的动态跟踪，实时录像，调查取证。如图2所示。