高速公路监控系统全面数字高清解决方案

　　一、何谓高清

　　高清其实就是指视频监控图像的清晰度更高。对于视频监控而言，图像清晰度是最关键的特性。图像越清晰，细节越明显，视觉效果就越好，智能分析等应用业务的准确度也越高。所以，图像清晰度是视频监控永恒的追求。

　　笔者认为，高清是一个标准，而不是一种概念。标准不仅仅意味着它是一个像素数据或者是一个图像的画面比例，它应该是一个整体的解决方案，它要求从前端摄像到中端传输到后端显示都需要遵循着同样的标准。

　　衡量图像清晰度的标准主要是分辨率，单位是像素。这个值越大，图像则越清晰。高清与标清的差异也就体现在这里。两者之间的分界线就是百万像素或720p，达到百万像素或720p及以上的就是高清。当前业内主要的高清标准有720P、1080P、1080i三种格式。

　　1.720P格式，是指在逐行扫描下达到1280×720的分辨率的标准视频显示格式。其理论值为750条垂直扫描线，实际有720条可见垂直扫描线，屏幕比例为16∶9，频率为60Hz，行频为45KHz。

　　2.1080P格式，是指在逐行扫描下达到1920×1080的分辨率的标准视频显示格式。其理论值为1125条垂直扫描线，实际有1080条可见垂直扫描线，屏幕比例为16∶9。

　　3.1080i格式，是指在隔行扫描下达到1920×1080的分辨率的标准视频显示格式。其理论值为1125条垂直扫描线，实际有1080条可见垂直扫描线，屏幕比例为16∶9，频率为60Hz，行频为33.75KHz。

　　二、高速公路监控系统高清解决方案

　　当前，在大多数高速公路视频监控系统中，图像清晰度只有4CIF，这样的清晰度很难看清过往车辆车牌号码及局部特征。尤其对于大型桥梁、长大隧道、大型互通式立交桥、收费站、治超站、服务区、事故多发地等重点监控目标而言，其清晰度已远远达不到高速公路交警或高速公路管理处的应用要求，同时由于图像存储需要更高的视频分辨率，录像回放也更加重视细节的再现，因此，急需引入先进的数字高清视频监控高清解决方案。针对目前高速公路监控系统的现状与存在的需求，深圳诺龙推出了一套基于数字高清在高速公路监控系统中的解决方案——UTN综合业务光传输网。

　　UTN综合业务光传输网是深圳诺龙针对数字化、网络化、高清化、集成化、标准化的视频监控发展趋势，通过深度挖掘市场需求及现有产品、技术的特点研发和生产的新一代综合业务光传输平台。UTN高清解决方案包括数字高清视频源采集编码、传输及交换、存储、显示及管理控制等部分组成。

　　1.数字高清视频采集编码

　　高清视频效果的保证首先来源于高清信息的采集，如果没有前端高清视频采集，就没有后端的高清效果。

　　UTN的远端业务接入设备ONU主要完成各监控点视频信号、音频、报警开关量、各种低速数据、VOIP及标准以太网信号等接入;远端业务接入设备在接入视频信号的同时进行数字化编码处理，可支持H.264等标准压缩格式。每台ONU400支持4路标准视频信号接入，每个端口可预置10-40Mbps网络带宽，完全能满足数字高清视频的接入;ONU采用环网接入时最大支持24个节点，支持环网自愈功能，其业务倒换时间小于30ms;各个ONU400支持ONU100星型扩展。

　　2.数字高清传输及交换

　　高清意味着高带宽。而高清监控在传输这一环节往往受到带宽的影响。目前，视频监控系统的传输技术主要有视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输和双绞线平衡传输五种传输方式。其中，视频基带传输距离非常短;微波传输则受环境影响比较大;双绞线只适合1KM以内的监控传输，且只能传输一路图像;光纤传输则比较适合长距离传输;网络传输易受网络带宽的影响。

　　面对高清应用的超大数据量带宽以及实时性的要求，目前只有两种传输方式在高清传输中得到认可，一种是采用光纤专线传输。采用光纤传输是解决长距离视频监控高速传输系统的最佳解决方式，通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中传输。光纤传输具有衰减小、频带宽、不受电磁波干扰、重量轻、保密性好等一系列优点，广泛应用于国家及省市级的主干通信网络。而在视频监控系统中，光纤传输也已成为长距离音视频及控制信号传输的首选方式。第二种是网络传输。随着目前网络传输技术的迅猛发展，通信网络也逐渐朝1000M甚至10000M方向发展。因此UTN采用光纤+通信网络两种混合传输模式系统可解决高清监控的高带宽问题。

　　UTN针对高速公路监控点具体分布的情况，在前端各监控点配置ONU400，各ONU400组成光纤环网传输方式传输到监控中心OLT设备。其1.25G的业务接入卡可支持最多96路视频输入，单机框则可达到192路视频的接入能力交换。与上级监控通信网络的系统扩展级联则通过千兆电口进行联网。

　　UTN引入先进的TDM控制机制，将ONU采集到的数据，各自在自身的独立通道内传输，各ONU之间不存在资源竞争问题，从而彻底解决了网络阻塞的问题，保证各业务传输质量。同时采用单纤双环设计，拥有专用的高速以太网数据通道和低数数据通道，高低速数据在各自的通道中传输，低速数据不需要进行IP打包分发，极大地提高网络传输的实时性及安全性。与外网的通讯通过交换控制卡进行，可有效隔离广播风暴。

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　　3.数字高清存储

　　高清监控视频存储大多以超大数据流为代价，因此对于高清视频，需要有足够的存储空间。选择什么样的高清存储方案将直接影响视频流畅度、系统稳定性等一系列因素。UTN采用OTS-NVR网络存储服务器进行分布式存储、中心集中管理模式。OTS-NVR网络存储服务器采用IP构架的以太网传输，具备良好的扩展性、共享性和较低的分摊应用成本，是目前大规模高清监控存储主要采用的技术之一。此种存储方式多半是采用我们所常见的硬盘，容量一般是TB级别。随着2TB硬盘甚至更高容量的产品走入我们视线，大型高清监控系统PB级海量存储方案能得到更好的应用。

　　4.数字高清浏览显示

　　高清效果必须使用优秀的显示设备才能表现出来。

　　UTN采用高清电视墙解码卡将高清显示到大屏幕上，同时还具备音频的解码输出和网络接入功能。可以把来自前端传送过来的组播IP数据包进行数字化解码进行高还原。还可以直接在PC浏览客户端上对监控内容进行实时查看或历史录像回放查看。此外，UTN还支持SNMP网管，其利用网管进行配置及监视其工作状态，并对各类报警并加以直观显示和联动。

　　5.数字高清控制及管理

　　UTN完成对所有监控设备、业务的管理及控制，包括视频管理服务器、MCU控制器及网络键盘等其他设备。视频管理服务器不仅可对前端设备进行集中的管理和控制，还可对分布在各区域的存储终端设备进行远程的集中管理。用户只需要在一台客户端上就可以对整网设备进行批量配置下发、远程升级、远程操作、业务实现等操作，另针对不同的用户可以采用域管理、用户管理和云台控制冲突管理等多种权限管理模式。不同的用户可以根据指定的权限对系统进行操作;MCU控制器可以通过网络键盘、数字矩阵等设备相连接。

　　三、高速公路监控系统中的高清应用

　　高速公路视频监控系统建设包括隧道监控、收费站监控、道路监控及监控分中心几部分。隧道监控系统主要完成隧道变电所、隧道口、左右隧道内的数字高清图像的视频监控。收费监控系统主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录，并实施有效的监督。道路监控系统主要是对高速公路干线、互通立交等高速公路重点路段进行监视，掌握高速公路交通状况，及时发现交通阻塞路段、违章车辆，及时给予引导，以保证高速公路的安全通畅。监控分中心系统主要完成道路、隧道、变电所、收费站及外场的所有数字高清图像集中监控管理，通过通信系统与市中心或省中心监控系统互连。

　　1.收费站视频监控系统设计

　　在收费站视频监控系统中，收费亭、车道的视音频及低速数据通过ONU400组成单纤环网接入收费站监控室的OLT。广场的高清网络高速球机视频信息通过ONU100直接以点对点式接入收费站监控室的OLT。其他如投包房、票据室等地的高清摄像机信号则直接接入收费站监控室OLT的数字视频编码卡上。

　　2.隧道视频监控系统设计

　　隧道内监控的数字高清图像直接采用ONU400组成光纤环网，将高清数字图像传输至隧道管理所OLT。隧道口高清数字摄像机图像采用ONU100通过光纤接入就近ONU400环网节点，通过光纤环网回传。隧道内横洞高清数字摄像机图像可就近接入ONU400光纤环网节点回传至隧道管理所OLT。

　　3.道路及分中心视频监控系统设计

　　基于系统优化和降低成本两方面考虑，将路段的外场高清数字摄像机按照就近集中的原则，相距在200米内的高清数字摄像机集中到一个监控点。集中监控点配置1台ONU400远端接入设备，支持4路高清数字视频的输入以及2路RS232/485透明数据通道。监控分中心监控系统可以通过通信系统与隧道监控系统、收费站监控系统、路段监控系统互连，可实现所有数字高清图像的查看、切换和控制。

　　4.UTN系统的组网

　　在进行省级联网时，UTN可以通过通信系统很方便地将视频等数据，通过网络进行发布。保证了各个UTN传输网内数据的可靠性同时，兼具有传统IP网络的各种优点。

　　四、结语

　　UTN综合业务光传输网是一个真正标准的全数字压缩全光网络的传输平台，其高清晰图像采集编码、网络+光纤混合传输、高清存储、高清显示和高清的管理控制更适合高速公路数字高清监控系统的需求。