體系架構(gòu)設(shè)計(jì)
　　
　　目前數(shù)字高清道路監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)存在分非壓縮和壓縮兩大類(lèi)。
　　
　　非壓縮架構(gòu)由非壓縮高清攝像機(jī)、高清光端機(jī)、高清矩陣、高清SDI-DVR等設(shè)備組成，從前端至大屏顯示均不經(jīng)過(guò)壓縮，因此其優(yōu)勢(shì)在于可控?cái)z像機(jī)的圖像與控制信號(hào)的傳輸無(wú)延遲間隔，其后端圖像存儲(chǔ)依然采用數(shù)字壓縮。
　　
　　壓縮架構(gòu)由前端IP高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，IP網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、高清NVR、解碼器等設(shè)備組成，依托于通用IP網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)。
　　
　　通過(guò)部分試點(diǎn)項(xiàng)目的綜合比較，非壓縮架構(gòu)在性能功能上僅在延遲上略勝*，但存在造價(jià)昂貴、所需設(shè)備眾多（高清光端機(jī)、高清矩陣）、通用性差等大問(wèn)題。IP壓縮架構(gòu)正成為目前高清監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的主流，相應(yīng)的產(chǎn)品如IP高清攝像機(jī)、高清鏡頭、高清NVR、高清解碼器也將成為高清監(jiān)控市場(chǎng)的產(chǎn)品主流。下文就IP壓縮架構(gòu)的各相關(guān)設(shè)備選型做詳細(xì)分析闡述。
　　
　　前端采集
　　
　　固定/可控
　　
　　早期試點(diǎn)項(xiàng)目有可控和固定兩種高清前端并存，經(jīng)過(guò)多年的試點(diǎn)比較，可控高清攝像機(jī)造價(jià)昂貴、延遲大、實(shí)用性差等缺陷越發(fā)明顯，結(jié)合視頻后期處理應(yīng)用，筆者建議現(xiàn)階段的高清監(jiān)控應(yīng)以實(shí)用固定攝像機(jī)為重點(diǎn)基礎(chǔ)建設(shè)。
　　
　　IP高清攝像機(jī)
　　
　　高清IP攝像機(jī)的優(yōu)劣與檔次主要由感光器件尺寸、有效像素、處理器性能、靈敏度、制作工藝、色彩還原性等硬指標(biāo)決定，攝像機(jī)內(nèi)部處理器自帶數(shù)字壓縮及后期應(yīng)用，因此壓縮算法、碼流、幀率、本地存儲(chǔ)等特性指標(biāo)也成為高清IP攝像機(jī)技術(shù)指標(biāo)的重要部分。下表就目前市場(chǎng)眾多高清攝像機(jī)的測(cè)試分析各項(xiàng)指標(biāo)和實(shí)際效果：
　　
　　鏡頭
　　
　　高清鏡頭作為高清攝像機(jī)的配件，其MTF值、焦距、光圈范圍等關(guān)鍵指標(biāo)影響高清圖像的zui終呈現(xiàn)。
　　
　　MTF：是不同于傳統(tǒng)標(biāo)清鏡頭的新指標(biāo)，用來(lái)反映鏡頭的透光性、反差對(duì)比度、分辨率以及邊緣及中心的一致性。MTF曲線圖是衡量鏡頭品質(zhì)和工藝的重要依據(jù)。MTF值一般在F（光圈值）=8時(shí)測(cè)得，由4條曲線組成，分別反映鏡頭的透光性/反差對(duì)比度、分辨率、相散和一致性。
　　
　　焦距：決定視場(chǎng)中哪一部分zui清晰，用f表示，高清鏡頭以焦距分類(lèi)可分為定焦鏡頭、手動(dòng)變焦鏡頭、電動(dòng)變焦鏡頭。手動(dòng)變焦鏡頭目前廣泛應(yīng)用于道路監(jiān)控固定高清攝像機(jī)中，可適用于不同的目標(biāo)和場(chǎng)景。道路監(jiān)控?cái)z像部件安裝于室外立桿挑臂上，攝像部件容易晃動(dòng)，因此在鏡頭選型時(shí)還應(yīng)注意相應(yīng)的焦距固定措施，齒輪固定、螺釘固定等，防止鏡頭脫焦。
　　
　　光圈：決定鏡頭的通光量，用F值表示，F(xiàn)=焦距/光圈孔徑，F(xiàn)值影響夜間圖像效果。道路監(jiān)控固定攝像機(jī)一般選用自動(dòng)光圈鏡頭，由于焦距固定，場(chǎng)景變化不大，光圈驅(qū)動(dòng)方式選擇DC驅(qū)動(dòng)即可，電動(dòng)變焦鏡頭選用視頻驅(qū)動(dòng)效果較好（用于可控高清攝像機(jī)）。
　　
　　與攝像機(jī)的匹配：1/2”的鏡頭可以用于1/3”的攝像機(jī)，但分辨率必須大于攝像機(jī)分辨率，300萬(wàn)像素的鏡頭才能與200萬(wàn)像素的攝像機(jī)匹配，主要原因體現(xiàn)在兩方面：一是攝像機(jī)與鏡頭的像素密度應(yīng)相等，即鏡頭的分辨率/鏡頭的感光器件尺寸=攝像機(jī)的分辨率/攝像機(jī)的感光器件尺寸，以此倒推，得出適應(yīng)攝像機(jī)的鏡頭分辨率需求；二是鏡頭由多組凹/凸的鏡片組成，邊緣與中心的一致性較好的鏡頭在80%左右，邊緣分辨率多少會(huì)下降，因此鏡頭分辨率大于攝像機(jī)分辨率為宜。
　　
　　傳輸與交換
　　
　　數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都依托IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，包括前端攝像機(jī)、高清NVR、管理服務(wù)器、客戶端PC等設(shè)備。
　　
　　接入層
　　
　　前端攝像機(jī)至中心機(jī)房的傳輸為接入層，傳輸媒介為光纖，傳輸設(shè)備分為光纖收發(fā)器/以太網(wǎng)光端機(jī)/工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和PON設(shè)備（EPON和GPON）兩大類(lèi)。
　　
　　光纖收發(fā)器/以太網(wǎng)光端機(jī)/工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)：適用于光纖資源充足的情況，前端至中心機(jī)房的光纜鏈路為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式，每個(gè)點(diǎn)位占用1芯光纜。光纖收發(fā)器和以太網(wǎng)光端機(jī)都為網(wǎng)絡(luò)透?jìng)髟O(shè)備，不帶交換。光纖收發(fā)器僅傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，以太網(wǎng)光端機(jī)為傳統(tǒng)模擬監(jiān)控體系的衍生物，可傳輸模擬標(biāo)清視頻信號(hào)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)一般為8口以上，至少具備二層交換和簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理功能，適用于高清攝像機(jī)布設(shè)較為密集的點(diǎn)位。
　　
　　PON設(shè)備：通過(guò)光纖復(fù)用能有效節(jié)省鏈路光纜資源，EPON與GPON的區(qū)別主要是帶寬容量。在實(shí)際設(shè)計(jì)鏈路和鏈路節(jié)點(diǎn)數(shù)的時(shí)候不能*按照這類(lèi)產(chǎn)品宣傳資料中的描述將這類(lèi)產(chǎn)品用到極限，如zui遠(yuǎn)60KM傳輸距離、1.25G單口帶寬。在實(shí)際設(shè)計(jì)中需結(jié)合鏈路衰減、收斂、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)、余量等綜合因素設(shè)計(jì)。鏈路衰減由光纖衰減、節(jié)點(diǎn)設(shè)備衰減等組成，與光纜本身質(zhì)量、分光器衰減指數(shù)、分光級(jí)數(shù)密不可分，一般建議單根光纖的總體傳輸距離不超過(guò)20KM為宜。網(wǎng)絡(luò)帶寬設(shè)計(jì)應(yīng)考慮所接設(shè)備產(chǎn)生的zui大帶寬，高清監(jiān)控按照10M/路計(jì)算帶寬為宜。
　　
　　匯聚層
　　
　　匯聚層采用交換機(jī)連接前端攝像機(jī)信號(hào)、機(jī)房NVR和各類(lèi)服務(wù)器，根據(jù)前端接入規(guī)模、帶寬、設(shè)備類(lèi)型、應(yīng)用情況選擇相應(yīng)的以太網(wǎng)交換機(jī)配置方案。攝像機(jī)接入端口根據(jù)前端接入的帶寬情況配置對(duì)應(yīng)的100M/1000M/10G端口，NVR和攝像機(jī)接入端口盡量接在一臺(tái)交換機(jī)上或劃分在同一個(gè)VLAN中，以zui小化故障影響。對(duì)于一些大型系統(tǒng)，一般建議網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用三層交換機(jī)，以支持VLAN和路由交換應(yīng)用。
　　
　　匯聚層網(wǎng)絡(luò)交換還需完成VLAN劃分和網(wǎng)絡(luò)安全等至少兩部分的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。VLAN劃分通過(guò)劃分不同網(wǎng)絡(luò)邏輯分組限制廣播范圍并控制用戶訪問(wèn)權(quán)限，一般將前端攝像機(jī)、對(duì)應(yīng)的NVR以及對(duì)應(yīng)的用戶終端PC劃分在一個(gè)VLAN。
　　
　　網(wǎng)絡(luò)安全包括接入安全、驗(yàn)證*和數(shù)據(jù)加密。當(dāng)未經(jīng)*的用戶或前端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)報(bào)警并生成日志。數(shù)據(jù)傳輸中加密會(huì)降低通信速度，但取決于具體的加密技術(shù)。
　　
　　存儲(chǔ)
　　
　　高清存儲(chǔ)一般采用高清NVR設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入前端攝像機(jī)信號(hào)。目前主流市場(chǎng)主要有DSP和X86兩大架構(gòu)體系NVR，主要功能性能由接入能力，并發(fā)能力、zui大磁盤(pán)數(shù)，協(xié)議兼容性等決定。
　　
　　DSP型NVR功耗小，但處理能力和并發(fā)能力均有限，一般不超過(guò)8路1080p，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器數(shù)量不超過(guò)8個(gè)，無(wú)法做硬盤(pán)RAID冗余。X86型NVR采用計(jì)算機(jī)處理器，其性能功能有很大的發(fā)展空間，可以輕松接入16路、32路或以上的1080p錄像流，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器數(shù)量至少16個(gè)，且可做硬盤(pán)RAID冗余。
　　
　　很明顯，X86架構(gòu)NVR有更廣闊的發(fā)展前景，但是考慮穩(wěn)定性、可靠性以及故障影響，一般不建議將NVR用到其極限能力。在設(shè)備配置計(jì)算數(shù)量時(shí)應(yīng)同時(shí)結(jié)合接入數(shù)與硬盤(pán)容量?jī)煞矫娣峙鋯闻_(tái)NVR的接入數(shù)，硬盤(pán)配置除考慮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裸容量，還應(yīng)考慮操作系統(tǒng)盤(pán)和RAID冗余備份盤(pán)。如需要長(zhǎng)時(shí)間備份，可增加NVR磁盤(pán)擴(kuò)展柜或添加大容量磁盤(pán)陣列。
　　
　　顯示
　　
　　高清圖像的顯示分為PC顯示和監(jiān)視器顯示兩類(lèi)。PC顯示依賴(lài)于軟解碼，監(jiān)視器顯示需要硬解碼。將解碼程序調(diào)入內(nèi)存中用CPU解碼，就是軟解碼，軟解碼會(huì)極大消耗CPU的運(yùn)算能力，畫(huà)面易卡頓，解碼能力在1-4路之間，但圖像可以通過(guò)后期優(yōu)化處理。通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的解碼成為硬解碼，將解碼程序?qū)懭牖蚬袒谛酒希―SP或ARM處理器），專(zhuān)注于圖像解碼運(yùn)算，不占用系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，圖像較流暢，能解1-8路，圖像不經(jīng)過(guò)加工真實(shí)再現(xiàn)。目前軟解碼產(chǎn)品居多，真正實(shí)現(xiàn)硬解碼的鳳毛菱角，各家解碼效果更是參差不齊。
　　
　　與標(biāo)清的融合
　　
　　大部分地區(qū)都已建設(shè)了標(biāo)清監(jiān)控，投資的規(guī)模較大，原先的標(biāo)清監(jiān)控?zé)o法丟棄，老系統(tǒng)的操作界面和鍵盤(pán)經(jīng)過(guò)了多年的磨合改進(jìn)已十分成熟穩(wěn)定簡(jiǎn)便，不少用戶仍然習(xí)慣用鍵盤(pán)操作。
　　
　　分析系統(tǒng)現(xiàn)狀，新建的高清監(jiān)控須考慮與已有的標(biāo)清監(jiān)控系統(tǒng)融合，建議使用統(tǒng)一的攝像機(jī)列表、統(tǒng)一的操作權(quán)限管理和統(tǒng)一的軟硬件操作終端，這部分工作需要高集成度的大型平臺(tái)軟硬件支持，建議選擇技術(shù)實(shí)力強(qiáng)且有成功應(yīng)用案例的專(zhuān)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)集成公司配合完成。
　　
　　結(jié)束語(yǔ)
　　
　　作為監(jiān)控系統(tǒng)集成商，想要在數(shù)字高清監(jiān)控的技術(shù)領(lǐng)域中脫穎而出，就必須在體系架構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品選型和組合上一步。數(shù)字高清監(jiān)控技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品升級(jí)換代迅猛，因此建設(shè)方在初期規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮技術(shù)的前瞻性，避免設(shè)備淘汰過(guò)快，后期維護(hù)困難等問(wèn)題。