高清前端采集单元

　　监控系统高清化浅析前端采集单元，一般而言，0卡口摄像机以及电子警察等摄像单元。以治安监控摄像机为例，可以分0摄像机和固定摄像机，这两者的区别，顾名思义，即是否可以进行云台控制、是否可以进行摄像方向的调整，在平安工程应用中，它们经常以球型摄像机和枪型摄像机的形式出现。其实，对于平安工程而言，摄像机还有很多非常重要的性能指标值得关注，比如彩色低照度性能、强光抑制功能、图像帧数等基本指标，这些指标都决定着一台前端摄像机0采集图像的效果好坏。

　　数据传输单元

　　既然是网络高清视频监控系统，网络对于监控系统就尤为重要，这就要求在进行系统设计的时候要充分考虑到网络状况，对网络要进行专门专业的设计和考虑。在网络高清监控系统中，网络正是数据传输的重要承载体。

　　在平安工程中，通常会涉及到多种网络设备的选择，包括接入交换机、汇聚交换机以及核心交换机，不同交换机在视频承载网中分摊不同的任务。网络也有多种拓扑结构，包括总线型、环型、星型以及混合型，各种拓扑和各种网络设备配合在一起，可以组成多种多样的网络架构，应对不同的视频监控系统需求。所以，在网络高清视频监控系统中，一个好的网络设计，一个好的网络环境，对监控系统正常高速的运转，极其关键。

　　专业存储单元

　　在平安工程建设中，不仅仅监控清晰度越来越高，同时新增建设点位也在呈现指数增长，随之而来的就是海量数据的存储与管理。在监控系统中，存储单元同样是必不可少的，视频监控系统不仅仅需要实时的现场画面，更关键的是，还可以在事件或事故之后及时回看事发现场当时的状况，这就对专业存储单元提出了严格的要求。平安工程中要求事发录像能及时查看、迅速查找、完整保存，也就要求了录像回放速度的快速，录像搜寻的高效，以及录像保存的可靠。另外，录像存储成本一直是业界津津乐道的一个话题，众所周知，数据量越大，要求的存储设备也就越多，设备维护工作也就越大，设备功耗也水涨船高，从而存储成本随之增加，在高清监控系统中，海量的高清数据使存储成本的探讨也更具意义。


控制平台单元

　　监控平台相当于整个监控系统的大脑，它是系统与用户实现人机互动的桥梁，也是用户管理查看系统工作状态的工具。一个基础的监控平台可以对监控设备进行统一的配置和管理，比如让前端设备与后端存储进行合理的通信，制定相应的存储策略，设定不同权限用户的优先级，查看系统设备状态等等;监控平台还可以对设备进行实时控制，远程控制云台转动、机动变焦镜头的焦距缩放，或是对实时图像进行手动抓拍，实现非现场执法;当今，在大联网的趋势下，通过统一的标准，平台还承担着互通任务，通过平台对接，可以完成不同监控系统之间的交流管理，在平安工程中则表现为上级监控系统管理下级监控系统，下级监控系统推送视频数据到上级监控系统。

　　图像显示单元

　　图像显示单元是监控系统的窗户，用户通过它可以看到实时图像和录像回放，这也正是视频监控系统所存在的目的。

　　图像显示单元一般分为两个部分：解码设备和显示设备，解码设备负责将编码数据解码为显示设备能够识别的数据，然后通过显示设备实现图像的显示。在高清视频监控系统中，由

　　于视频数据的海量性，使得解码设备的工作量相对较高，所以对其性能要求也就更高，同时还要求解码设备能够对图像显示进行分配管理，如实现轮巡、分屏等基本显示功能。而一个

　　好的显示器才能够提供好的画面质量，所以对于高清视频而言，高清显示器也是必不可少。图2所示为公安民警正在利用指挥中心中的客户端和电视墙对监控系统进行相关操作。

高清视频监控系统在平安工程中所扮演的角色越发重要。如何保证高清监控尤其是网络高清监控的质量成为所有业界人士关注的重点，总结全国各地高清监控实施经验，一个好的高清监控系统，往往需要从整体到细节全方位立体化地进行质量技术提升，才可能让高清监控为人民群众的生命财产安全保驾护航。
　　网络高清视频监控在平安城市中的应用越来越多，更多的用户愿意并喜欢上了高清视频监控，高清所带来的超高画质、超宽场景给人以极大的视觉震撼。网络监控逐渐取代模拟监控、高清监控逐渐取代标清监控已经成为了当今平安城市建设中不可逆转的趋势。网络高清视频监控不仅仅可以给用户带来更加清晰的图像细节，还能带给智能分析系统更多的数据来源，极大的丰富了监控数据的再利用再开发，为人们使用监控系统带来了极大的便利。高清视频监控，正一步步改变着人们的生活。

　　网络高清视频监控正突飞猛进的发展，从清晰度上来说，从百万像素，到200万，再到300万、500万等都已经有众多的产品在市场上应用;从市场份额上来说，高清方案已经逐渐普及，传统监控领域高清所占市场份额也在逐步增大，据国际权威电子行业研究机构IMS发布的报告表明，未来五年内，高清监控产品所占市场份额将会超越传统的标清监控产品。面对高清潮流，在平安工程的建设中，用户尤其是公安民警们更需要关注的是，如何让网络高清视频监控系统稳定良好的运行，从而使高清真正服务于大众，服务于平安城市建设，创建和谐社会的美好夙愿。

　　网络高清监控简介

　　一个标准的网络视频监控系统，由五个部分构成(如图1所示)：前端采集单元、数据传输单元、专业存储单元、控制平台单元以及图像显示单元。其实，网络高清视频监控系统也是由这五个基本的部分组成，只是，和传统的网络监控系统所不同的是，高清监控的每一部分都要求适应高清视频的需求，如前端采集部分，则需要高清网络摄像机作为采集单元，只有这样，用户最终从图像显示单元所看到的图像才可能是高度清晰的、细节充分的画面，当然，此时的图像显示单元也是高清图像显示单元，如高清解码设备、高清拼接屏等。

　　网络高清视频监控系统的五个部分有机结合，形成一个完整可靠的整体，为用户带来高清的视觉体验。各个部分各施其职，在一个完整标准的高清监控系统中，五个部分缺一不可
在平安工程高清的发展涉及到方方面面，由前文所述，可以总结为5个字，即“采、传、存、显、控”。从这五个部分，可以看到高清的现状和问题，从而得到提高监控质量的方式方法。

　　前端采集

　　高清的视频效果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，无法谈及后端的高清效果。

　　CMOS更适合高清时代

　　不管是高清还是模拟，其摄像机的清晰度主要取决于感光芯片的性能，主要有CCD和CMOS两种，在高清监控领域，也都有所应用。

　　CCD，即感光耦合元件，它是一种可记录光线变化的半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。CCD对监控场景的适应性更佳，在低照度下效果表现更好。CCD由以前1/4英寸到现在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等等，代表了其技术的不断发展，再经过图像处理芯片的配合，能够达到分辨率720P甚至1080P的输出。在高清的CCD领域，SONY拥有最高的话语权，它的IT1方案中基于ICX445的130万CCD芯片是各大厂家采用最多的一款百万像素CCD，其有效像素为1280×1024，最高分辨率根据各家技术实力的不同可以到达720P或者更高的960P，如浙江信产、海康等公司的百万像素高清产品其最高分辨率都可以达到1280×960，即960P这个分辨率;针对200万像素的高清监控，SONY推出了他们的ICX274芯片，该芯片的大小为1/3英寸，最高分辨率为1600×1200即UXGA分辨率，目前市面上绝大多数的200万CCD高清产品都是基于该芯片方案而设计的。

　　CMOS，即互补性氧化金属半导体。CMOS和CCD一样同为可记录光线变化的半导体。CMOS的传感器相对于CCD而言最大的缺点在于图像噪点多，低照情况下表现差，但是，最大的优点则是CMOS的制造原理更加简单，体积更小，功耗可以大大的降低。CCD制造工艺复杂，只掌握在少数厂家手中，导致其制造成本居高不下，CCD尺寸每增大一点，成本就呈几何数增长，因此如果监控要走高清化，CCD显然发展前景有限。而CMOS最大特点在于其成本低、功耗低。在获得相同像素数的情况下，价格更低，具有很高性价比，可以不断朝更高像素、更高分辨率发展，而高清监控对成本是非常敏感的，也因此市面上大部分高清摄像机都采用CMOS。

　　要做到高清，还需要在宽动态、自动白平衡、图像的锐利度、以及数字降噪、色彩调整、光线补偿等多方面技术协作。

　　只有在这些综合性能都能够得到很好体现，并且彼此能够相互协调情况下，才可以说是高清的真正实现。CMOS与其他图像处理技术的结合要远远超过CCD，动态范围更高，响应速度也更快，更适合高清监控的大数据量特点。此外，随着技术的发展，CMOS的灵敏度也得到极大改善，在效果上，如今一些CMOS传感器与CCD已经不相上下甚至已经优于CCD的实际效果了。

　　高清摄像机需要搭配高清镜头

　　平安工程的高清监控不仅对摄像机、也对专业镜头提出了高清化的需求。高清镜头对于高清监控具有重要意义。高清时代的摄像机清晰度可达到百万级别，但若所搭配的镜头与其不匹配，那就无法完全呈现出摄像机的超高分辨率效果。

　　在相同的摄像机情况下，画面最终的表现，镜头的分辨率起了决定性的作用。高清镜头优于普通镜头主要体现在三个方面：清晰度、光谱透射能力和光谱矫正能力。高清镜头能增强画面的对比度和亮度，获得高清的图像效果，对画面的细节表现更丰富。

　　那么要如何选择高清镜头呢?一般来说，在选择镜头时要根据摄像机的最高分辨率来选择相同或高于其像素的镜头产品。此外，还要根据项目特点具体分析。比如，在需要夜间拍摄的场所，为了让日夜型摄像机具有更好的拍摄效果，必须依赖于高清镜头具有更大的口径，如2/3英寸，以及更好的光圈值F，让摄像机能够获取更多的光通量，协助摄像机在夜间获得更好的拍摄效果。

　　某些项目摄像机在使用过程中需要配合红外补光灯，那么应该使用具备IR功能的镜头，这样在夜晚也能得到更加明亮的画面，同时也降低夜晚虚焦的问题。而对于较为苛刻的环境，例如配合激光灯，对远距离目标监控，就要保证非可见光波长在900um时依然能够达到60%以上的透射率。

　　视频处理器作用不容忽视

　　要实现清晰的图像质量，除了前端镜头、传感器部分对光线的处理，影像处理部分也是摄像机中不可忽视的一环。

　　直接从传感器中得到的图像往往效果差强人意，不论色彩还是细节都与实际图像有很大差距，难以作为事后证据。经过图像处理，包括面部检测、噪声过滤、去坏点、肤色矫正、自动白平衡、自动曝光以及边缘加强等等操作后，可以使图像变的更加细腻，更加贴近真实世界中的图像。因此采用什么样的处理器会直接影响监控的效果。

　　当前很多高清摄像机直接采用CMOS厂商提供的ISP或者一体化CMOS(内置ISP图像处理器)，这些ISP图像处理器可以应付一般的场景，但是对于需要宽动态的场景，处理效果差。而监控系统和消费电子或者广电应用模式不同，在视频监控系统中，被监控对象无法配合摄像机的角度，所以在背光、逆光等情况下，普通的ISP图像处理器则无法提供有效的宽动态图像，从而造成可视图像质量下降。

　　在高清时代，处理器不仅承载了图像处理与分析、编解码压缩等大量工作，还会嵌入大量的智能分析算法，对海量高清数据进行分析，负担起更重要的作用。

　　此外，视频处理器不但支持多格式解码、多速率多流以及高清多通道功能，而且还可提供音频、语音以及其它高清视频编解码器，可实现更高的灵活性与更低的设计复杂性。

　　视频处理器支持从D1、720p乃至高达30帧每秒的1080p的全系列产品，从而使客户能够构建可扩展的产品线，支持各种编解码器。ISP软件实施可提供视频稳定、面部检测、噪声过滤、自动白平衡、自动曝光以及边缘增强等功能。