高清前端采集單元

　　監控系統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。以治安監控攝像機為例，可以分0攝像機和固定攝像機，這兩者的區別，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整，在平安工程應用中，它們經常以球型攝像機和槍型攝像機的形式出現。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注，比如彩色低照度性能、強光抑制功能、圖像幀數等基本指標，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。

　　數據傳輸單元

　　既然是網絡高清視頻監控系統，網絡對于監控系統就尤為重要，這就要求在進行系統設計的時候要充分考慮到網絡狀況，對網絡要進行專門專業的設計和考慮。在網絡高清監控系統中，網絡正是數據傳輸的重要承載體。

　　在平安工程中，通常會涉及到多種網絡設備的選擇，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中分攤不同的任務。網絡也有多種拓撲結構，包括總線型、環型、星型以及混合型，各種拓撲和各種網絡設備配合在一起，可以組成多種多樣的網絡架構，應對不同的視頻監控系統需求。所以，在網絡高清視頻監控系統中，一個好的網絡設計，一個好的網絡環境，對監控系統正常高速的運轉，極其關鍵。

　　專業存儲單元

　　在平安工程建設中，不僅僅監控清晰度越來越高，同時新增建設點位也在呈現指數增長，隨之而來的就是海量數據的存儲與管理。在監控系統中，存儲單元同樣是必不可少的，視頻監控系統不僅僅需要實時的現場畫面，更關鍵的是，還可以在事件或事故之后及時回看事發現場當時的狀況，這就對專業存儲單元提出了嚴格的要求。平安工程中要求事發錄像能及時查看、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界津津樂道的一個話題，眾所周知，數據量越大，要求的存儲設備也就越多，設備維護工作也就越大，設備功耗也水漲船高，從而存儲成本隨之增加，在高清監控系統中，海量的高清數據使存儲成本的探討也更具意義。


控制平臺單元

　　監控平臺相當于整個監控系統的大腦，它是系統與用戶實現人機互動的橋梁，也是用戶管理查看系統工作狀態的工具。一個基礎的監控平臺可以對監控設備進行統一的配置和管理，比如讓前端設備與后端存儲進行合理的通信，制定相應的存儲策略，設定不同權限用戶的優先級，查看系統設備狀態等等;監控平臺還可以對設備進行實時控制，遠程控制云臺轉動、機動變焦鏡頭的焦距縮放，或是對實時圖像進行手動抓拍，實現非現場執法;當今，在大聯網的趨勢下，通過統一的標準，平臺還承擔著互通任務，通過平臺對接，可以完成不同監控系統之間的交流管理，在平安工程中則表現為上級監控系統管理下級監控系統，下級監控系統推送視頻數據到上級監控系統。

　　圖像顯示單元

　　圖像顯示單元是監控系統的窗戶，用戶通過它可以看到實時圖像和錄像回放，這也正是視頻監控系統所存在的目的。

　　圖像顯示單元一般分為兩個部分：解碼設備和顯示設備，解碼設備負責將編碼數據解碼為顯示設備能夠識別的數據，然后通過顯示設備實現圖像的顯示。在高清視頻監控系統中，由

　　于視頻數據的海量性，使得解碼設備的工作量相對較高，所以對其性能要求也就更高，同時還要求解碼設備能夠對圖像顯示進行分配管理，如實現輪巡、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控系統進行相關操作。

高清視頻監控系統在平安工程中所扮演的角色越發重要。如何保證高清監控尤其是網絡高清監控的質量成為所有業界人士關注的重點，總結全國各地高清監控實施經驗，一個好的高清監控系統，往往需要從整體到細節全方位立體化地進行質量技術提升，才可能讓高清監控為人民群眾的生命財產安全保駕護航。
　　網絡高清視頻監控在平安城市中的應用越來越多，更多的用戶愿意并喜歡上了高清視頻監控，高清所帶來的超高畫質、超寬場景給人以極大的視覺震撼。網絡監控逐漸取代模擬監控、高清監控逐漸取代標清監控已經成為了當今平安城市建設中不可逆轉的趨勢。網絡高清視頻監控不僅僅可以給用戶帶來更加清晰的圖像細節，還能帶給智能分析系統更多的數據來源，極大的豐富了監控數據的再利用再開發，為人們使用監控系統帶來了極大的便利。高清視頻監控，正一步步改變著人們的生活。

　　網絡高清視頻監控正突飛猛進的發展，從清晰度上來說，從百萬像素，到200萬，再到300萬、500萬等都已經有眾多的產品在市場上應用;從市場份額上來說，高清方案已經逐漸普及，傳統監控領域高清所占市場份額也在逐步增大，據國際權威電子行業研究機構IMS發布的報告表明，未來五年內，高清監控產品所占市場份額將會超越傳統的標清監控產品。面對高清潮流，在平安工程的建設中，用戶尤其是公安民警們更需要關注的是，如何讓網絡高清視頻監控系統穩定良好的運行，從而使高清真正服務于大眾，服務于平安城市建設，創建和諧社會的美好夙愿。

　　網絡高清監控簡介

　　一個標準的網絡視頻監控系統，由五個部分構成(如圖1所示)：前端采集單元、數據傳輸單元、專業存儲單元、控制平臺單元以及圖像顯示單元。其實，網絡高清視頻監控系統也是由這五個基本的部分組成，只是，和傳統的網絡監控系統所不同的是，高清監控的每一部分都要求適應高清視頻的需求，如前端采集部分，則需要高清網絡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，如高清解碼設備、高清拼接屏等。

　　網絡高清視頻監控系統的五個部分有機結合，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控系統中，五個部分缺一不可
在平安工程高清的發展涉及到方方面面，由前文所述，可以總結為5個字，即“采、傳、存、顯、控”。從這五個部分，可以看到高清的現狀和問題，從而得到提高監控質量的方式方法。

　　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，在高清監控領域，也都有所應用。

　　CCD，即感光耦合元件，它是一種可記錄光線變化的半導體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。CCD對監控場景的適應性更佳，在低照度下效果表現更好。CCD由以前1/4英寸到現在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等等，代表了其技術的不斷發展，再經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領域，SONY擁有最高的話語權，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，最高分辨率根據各家技術實力的不同可以到達720P或者更高的960P，如浙江信產、?？档裙镜陌偃f像素高清產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的200萬CCD高清產品都是基于該芯片方案而設計的。

　　CMOS，即互補性氧化金屬半導體。CMOS和CCD一樣同為可記錄光線變化的半導體。CMOS的傳感器相對于CCD而言最大的缺點在于圖像噪點多，低照情況下表現差，但是，最大的優點則是CMOS的制造原理更加簡單，體積更小，功耗可以大大的降低。CCD制造工藝復雜，只掌握在少數廠家手中，導致其制造成本居高不下，CCD尺寸每增大一點，成本就呈幾何數增長，因此如果監控要走高清化，CCD顯然發展前景有限。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、更高分辨率發展，而高清監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、自動白平衡、圖像的銳利度、以及數字降噪、色彩調整、光線補償等多方面技術協作。

　　只有在這些綜合性能都能夠得到很好體現，并且彼此能夠相互協調情況下，才可以說是高清的真正實現。CMOS與其他圖像處理技術的結合要遠遠超過CCD，動態范圍更高，響應速度也更快，更適合高清監控的大數據量特點。此外，隨著技術的發展，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已經不相上下甚至已經優于CCD的實際效果了。

　　高清攝像機需要搭配高清鏡頭

　　平安工程的高清監控不僅對攝像機、也對專業鏡頭提出了高清化的需求。高清鏡頭對于高清監控具有重要意義。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，鏡頭的分辨率起了決定性的作用。高清鏡頭優于普通鏡頭主要體現在三個方面：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，對畫面的細節表現更豐富。

　　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攝像機的最高分辨率來選擇相同或高于其像素的鏡頭產品。此外，還要根據項目特點具體分析。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境，例如配合激光燈，對遠距離目標監控，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

　　要實現清晰的圖像質量，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。

　　直接從傳感器中得到的圖像往往效果差強人意，不論色彩還是細節都與實際圖像有很大差距，難以作為事后證據。經過圖像處理，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(內置ISP圖像處理器)，這些ISP圖像處理器可以應付一般的場景，但是對于需要寬動態的場景，處理效果差。而監控系統和消費電子或者廣電應用模式不同，在視頻監控系統中，被監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圖像，從而造成可視圖像質量下降。

　　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，對海量高清數據進行分析，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，可實現更高的靈活性與更低的設計復雜性。

　　視頻處理器支持從D1、720p乃至高達30幀每秒的1080p的全系列產品，從而使客戶能夠構建可擴展的產品線，支持各種編解碼器。ISP軟件實施可提供視頻穩定、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。