HD-SDI監控攝像機在平安城市中的應用
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深圳市西物力洋光電技術有限公司
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“平安城市”建設，從zui早2004年開始的21個城市試點及2005年3111工程至今已近八年時間，透過大規模的省、市、縣三級開展報警與監控系統工程建設，目前中國“平安城市”已進入密集及二期建置時期，預計在十二五計劃下，未來幾年仍會有近百億人民幣的市場規模，衍生的商機可謂龐大。
“平安城市”項目在安防領域有著典型的特點，如涉及的區域廣、站點數量較多；人流量大，涉及到防災、治安等多個方面；其包括重點企事業單位監控、社區監控、網吧/賓館行業監控、危險/污染行業監控、闖紅燈電子*、城市出入卡口監控、公共道路/治安場所監控。其將整個城市的監控作為一個整體，各個站點的圖像會涉及到多個系統、多個部門；在控制中心，涉及到交通治安、社會治安、防災等均需要實時視頻作為*手參考資料。
因此，“平安城市”項目對監控系統的要求，已經不再僅僅是要求“看到”，而是要“看清”，標清系統所能提供的畫面清晰度，已經成為系統升級的瓶頸，特別是智能交通的電子*，違章車輛跟蹤和車牌識別，更是要求前端實時圖像高清化，否則智能分析將無從下手。
前端視頻采集
電子*系統對前端設備要求比較高，多會選用分辨率達到100萬像素（720P）或者200萬像素（1080P）的攝像機。目前在高清視頻應用中常見的有基于色差分量等方式的模擬高清、基于HDMI/DVI等接口傳輸的數字高清、基于以太網進行傳輸的網絡數字高清、以及在廣播視頻領域已經成熟應用的基于SDI接口的數字高清。綜合來看，前面兩種方式由于受到傳輸介質以及對信道的要求，其傳輸距離僅能滿足臨近設備之間的連接和傳輸，不適合應用于安防視頻系統。
基于以太網的高清視頻具備了較好的靈活性，已經在標清視頻應用中綻放出光彩，但在超過百萬像素的應用中，由于視頻壓縮技術的限制，目前還無法將視頻碼流壓縮到更低的應用范圍。以一個200萬像素的實時視頻圖像為例，其視頻碼率要求的經驗值為6～8Mbps，甚至更高。而隨著分辨率增大帶來的問題并不只是簡單的碼流數量疊加，編碼過程中由于關鍵幀帶來的突發數據對傳輸網絡的沖擊更大。當有大量前端攝像點同時運行的系統中，要*控制突發數據帶來的影響幾乎無法實現。由于數據量的增大，單幀數據的分組數增加，出現丟包的可能性就會增大。另外，基于以太網的各廠家高清視頻設備的兼容問題也還沒有比較完善的實際互換解決方案。
SDI（SerialDigitalInput，串行數字接口）是ITU-RBT.656以及SMPTE（電影與電視工程師協會）提出的串行鏈路標準，通過75歐姆同軸電纜來傳輸未壓縮的數字視頻，為高清視頻傳輸和應用提供了另外一條道路。
SDI接口現今已經有SMPTE259M（SD-SDI，數據率270Mbps）、SMPTE292M（HD-SDI，數據率1.485Gbps）、SMPTE424M（3G-SDI，數據率達到2.97Gbps）等多個標準。采用SDI接口的系統中，沒有引入壓縮以及解壓縮的過程，傳輸過程中也不需要考慮圖像時間冗余度，因此，無需進行視頻幀的緩沖，視頻可以實時傳送。攝像機傳感器的信號能夠經過SDI接口，無任何損失地直接到達顯示單元。
與網絡數字高清比較起來，基于SDI接口的高清視頻系統主要具備以下幾個優點：
·高清圖像無延遲實時傳輸——在傳輸過程中沒有產生壓縮與封包化的動作，無需編碼和解碼，使得系統圖像不會產生延遲問題，可與模擬系統的實時性媲美，在要求實時監控的場合具有網絡高清系統無法企及的優勢；
·高清圖像無損不失真——以未經壓縮的數字圖像在同軸電纜上或者光纖上傳輸，不失真。所提供的未壓縮高清圖像是智能監控所需的*圖像來源。另外，SDI接口即使外延也不會帶來網絡外延問題，中心系統與前端系統是*隔離的，不可能經過SDI接口產生網絡入侵，安全性較網絡系統要高。此外，由于視頻是實時傳送，不會出現網絡系統中的視頻中斷或者延遲，避免帶來錯誤的信息；
·系統升級方便——類似于傳統模擬CCTV系統，在允許的距離內，更換攝像機和后端設備可以使用已有的同軸電纜、光纖線路，直接從模擬升級到FullHD的分辨率。比起轉換到IP網絡監控，經銷商/工程商不需再做額外的升級和學習復雜的網絡知識。基于SDI傳輸系統，還能嵌入音頻信息，并可支持數據傳輸，現場使用方便。
電警系統組成
電子*作為交通管理、違章抓拍、獲取證據的一種手段，近幾年已在全國各城市廣泛使用，就其整體結構可以劃分為二個部分，一是前端抓拍取證、二是后端智能分析處理。
前端抓拍取證
電子*外部硬件設備以其功能上可劃分成三個系統，它們是前端感應系統、抓拍攝像系統、后端傳輸系統
1、前端感應系統
前端感應系統是電子*整體設備中的觸手，其目的就是為了感應到有移動的機動車，從實現理論來講，前端感應器有多種形式，如紅外線感應器、微波感應器、聲納感應器、線圈感應器、條形線狀感應器、視頻感應器等，目前在各城市電子*中主要使用的是線圈感應器。
線圈感應器是目前電子*使用中zui多的一種感應器，因其安裝方便，準確率較高，而且價格低，被廣泛使用，但其檢測面積大，特殊狀態下使用不方便。
2、拍攝系統
拍攝系統是電子*取得違章圖像，并記錄圖像的過程設備，其包括拍攝工具和控制器，從目前使用的電子*來講，一般采用光學相機、數碼相機，攝像機、數碼相機+攝像機等拍攝工具。
光學相機是zui早期的電子*所使用的拍攝工具，其性能穩定，成像清晰度高，但因使用的照相機局限，其拍攝用膠卷張數有限，而且具有人工定時換膠卷的麻煩。
數碼相機是目前常用的電子*拍攝工具，其圖像下載方便，沒有其他費用，但目前使用的數碼相機大多為民用型（0～40℃），在室外工作時，性能不可靠，特別是高溫狀態下會發生“死機”和亂拍。要想解決這一問題，一方面選用數碼相機（工業級），這樣就大大增高成本，失去同攝像機竟爭的價格優勢。另一方法是為數碼相機打造一個恒溫環境，能自動制冷制熱，*數碼相機的工作環境，確保相機不死機。
攝像機是視頻電子*常用的拍攝工具，其性能穩定，圖像傳輸方便，前端攝像機對感光器件直接輸出的原始數據，經75歐姆電纜或者光端機等進行傳輸。SDI光端機、視頻分配器、SDI高清視頻矩陣均內置線路均衡電路，將經過線纜傳輸的高速視頻信號進行調理整形，整個過程可確保感光器件輸出的圖像數據實時進入后端，并到達切換矩陣進行應用控制，zui終到達監視器。在整個光端機傳輸、信號分配、高清視頻矩陣切換控制、聯網視頻傳輸等過程中均采用高速串行數字信號進行傳輸，在傳輸、交換過程中均不會帶來任何圖像損傷。
由于SDI接口具備相應的標準，因此，在傳輸、分配、顯示過程中都可以采用標準測試設備進行實際測試，或者可直接采用具備SDI接口的監視器進行視頻查看，判定安裝使用過程中可能出現的問題。
在經SDI光端機進入機房后，采用視頻分配器將信號分為多路，一組給SDI矩陣使用，用于本地顯示以及實時上傳到上級治安系統（如*隊、派出所等）；另一組直接傳輸給SDI編碼器，進行視頻圖像編碼，再經由交換網絡，提供給后端平臺進行本地存儲或者遠程訪問使用。鑒于高清視頻的碼流量較大，各站宜劃分子網，以屏蔽廣播數據包等無用數據。
3、傳輸系統
目前采用的傳輸系統有手工下載（人工傳輸）和有線傳輸、無線傳輸三種。手工下載是指人工換膠卷（卡）或用便攜電腦式設備（u盤）將電子*所在路口的圖像下載并帶回指揮中心的一種方式。有線傳輸是指通過光纖或電纜（線）等進行網絡傳輸圖像的方式。無線傳輸是指通過公眾網（GPRS）等進行無線無地域傳輸圖像的方式。隨著SDI光端機成本的降低，為SDI視頻遠距離傳輸提供了一套低成本的解決方案，同時也為SDI攝像機的普及鋪平了道路。
后端智能分析處理
當前端攝像機獲取到道路視頻后，后端軟件要根據當前的紅綠燈狀態，來分析經過路口的車輛是否有違規行為，快速、準確地分析離不開前端視頻的清晰程度。
與ISCS系統連接
根據電子*系統的組成結構，系統包括前端高清SDI實時視頻圖像獲取，以及數字高清視頻應用處理二部分，并由兩部分共同完成對圖像的后續處理（實時監看、機器分析、存儲處理等等）。因此，勢必會涉及到如何設計大型綜合視頻監控系統的總體結構問題。
電子*系統是城市ISCS系統（城市綜合監控系統）的非常重要的組成部分，由于ISCS系統其結構的靈活性，因此，其系統結構可以采用各專業領域建立分布式、獨立的視頻管理的模式，在ISCS系統中再對各獨立的專業領域的視頻管理系統進行接入與整合，zui后納入到ISCS系統中進行一體化管理。而電子*系統是專事負責對城市道路車輛視頻采集、違章抓拍分析、視頻存儲的專業系統，其具有鮮明的行業特征，其可如同城市卡口監控系統、公共道路場所治安監控系統等，都可被集成到城市ISCS系統中。
ISCS系統集成的前提是軟硬件接口標準和協議的統一，而現在的SDI高清電子*系統中所采用的矩陣切換控制、控制碼分配器等設備，均具備相應的RS232/RS422接口或者以太網接口等。其控制指令、協議、Demo控制程序等信息均可以統一提交給ISCS系統，以便進行更進一步的ISCS系統集成。
結語
采用SDI方式傳輸視頻，保障了實時圖像的品質，避免了由于網絡壓縮帶來細節方面的損失，并且保證在使用圖像時的實時性；在電子*系統的前端，我們可以通過SDI光端機遠程傳輸到我們的控制中心，再通過SDI矩陣和DVR分別實現高清上墻和編碼存儲。
SDI傳輸技術，在保證圖像實時性的基礎上，提供了另外一種高清視頻的實現方式，在模擬系統的基礎上，只需要更換前端采集設備和光端機傳輸設備，我們就可以將原有的標清模擬系統升級成高清系統，而不需要額外的工程開銷，這種方案將為我們的智能交通搭建一個高清的平臺，天地偉業作為安防領域的中堅力量，我們將繼續為推動“平安城市”建設作出更大的努力。
