高清时代来临 地铁视频监控解决方案分析

2012-12-24 11:17:03来源: 中关村在线
高清时代来临,高清数字图像在图像清晰度和细节方面也得到很大提升。监控系统后端的图像智能分析、图像智能处理正需要这样的高质量图像源。与高质量的图像源相对应的是高传输码流,传输非压缩的1080p×60fps的高清图像需要占用2.97Gbps的带宽。对于一个监控系统,往往需要对多个点进行监控,实时传输各个点的数字高清视频时,带宽占用非常大,基本无法传输。如何降低带宽,各个制造商大都采用有损压缩方法。比如采用H.264压缩算法的网络摄像机,使用100M网络传输,传输码流为32K~4Mbps。这样虽能大大降低高清图像传输占用的带宽,但是带来的负面影响是:1、图像质量大大下降,图像模糊,细节看不清,监控系统后端图像处理及分析能力也会大打折扣;2、传输图像时延严重,图像压缩速度取决于编解码系统速度和图像大小,高清数字图像压缩需耗费大量时间;网络传输速度取决网络拓扑和带宽情况,当网络堵塞时,基本无法传输。对实时传送已无意义。

要实现真正意义上的高清数字视频监控,必须传输无损高清数字视频。本文以某地铁的高清视频传输为例,对于1080p的高清数字视频无损传输解决方案做分析。

需求分析

在控制中心端,有大量高码率的数据输入输出。发送给每个站点的高清1080p的高清数字多媒体,以及每个站点的8路高清数字摄像头传入的高清监控视频图像,都属于高清数字信号。

在各个站点,接受并显示控制中心传输来的高清数字多媒体信息。并传回每个监控点的高清数字视频。

此地铁系统共具有15个地铁站点,每个地铁站点8路高清图像,共90路高清图像。控制服务中心8台高清监视器(电视墙),可同时观看15个站90路高清图像中的任意8路。

整体规划

真正意义的高清监控是非压缩实时传输、无时延显示高清图像信号。整个环节都要保持高清数字指标,因此对于各个环节的选择有如下要求。

摄像机:传统摄像机采用CMOS的感光芯片,经过ISP处理,输出模拟CVBS信号,不满足高清要求。必须使用高清CMOS的图像传感器,输出非压缩高清数字信号,如SDI,HDMI等。可选择不仅输出SDI非压缩高清数字信号,同时还具有原始图像信息的RVF(RawVideoFormats)非压缩视频格式的光接口输出的百万高清摄像机。

传输设备:高清数字视频信号由于码流很高,输出距离受到很大局限,比如SDI信号,在保持信号完整性,最大不过100米。所以要求传输设备即要保持高清数字信号的无损传输,又要达到长距离的传输。采用传输码流达3.125Gbps的数字光传输设备,在单芯单波长的光纤里能够无损传输不小于40Km的距离。传输码流达10Gbps的数字光传输设备,在单芯单波长的光纤里能够无损传输不小于40Km的距离。

传输线缆:非压缩高清数字图像信号经传统同轴电缆,双绞线等长距离传送方式已不可能。所以传输线缆必须是光缆,一般8芯光缆基本能完成一般监控系统的需要。

智能设备:如图像识别等系统,应具有高清图像的输入接口,能进行高清视频分析的能力。

传输难点及解决方案

存储设备:如DVR,必须具有1路或者多路高清数字视频输入接口,具有压缩存储高清数字视频功能,具有高清视频的回放功能。

监视设备:一般的监控监视器都不支持高清数字视频,应提升到完全支持1080p*60fps的高清格式显示。

传输系统

所示,每一路摄像机采用百万高清数字摄像机,输出12bit、746.496Mbps的1080p非压缩数字图像。共传输90路高清数字视频。带宽为90×746.496Mbps=67.18464Gbps。鉴于控制中心最大能同时观看8路高清数字视频,所以不必要同时传输90路,只需同时传输8路就足够了。各个站点本地实时存储本站点的8路高清视频。这样带宽就降低到8×746.496Mbps=5.971968Gbps。采用节点式环形网光传输,占用1-5芯光纤。

高清多媒体传输采用节点时光传输,传输的是1080p×60fps的多媒体图像信息,故只需要2.97Gbps就足够。占用1芯光纤。

其它上下行数据业务属于低码流数据,采用节点式环形网光传输,占用1-2芯光纤。因此,三方合起来一条8芯光缆就能满足这个系统的要求。

传输难点及解决方案

HD-SDI摄像机输出是高清数字非压缩信号,当HD-SDI摄像机推入市场时,就经常出现“传输距离太短”的质疑。如果采用HDMI传输也只有几十米,就算使用中继放大也只能最多达100米,而且HDMI是3路数据传输,若传输距离长,就会出现3路数据不同步,引起重影、偏色等诸多问题。这种质疑严重影响了工程商在监控系统中采用HD-SDI摄像机的热情。

因此,部分制造商放弃无压缩高清监控,降低监控质量,放弃实时性,而采用有损压缩的百万高清网络摄像机使用网络传输;而另一部分则着重研究传输问题,除了开发3G-SDI的产品用传输速率来增加传输距离外,同时也在HD-TX芯片上以FPGA设计架构采用无损压缩技术降低带宽,将距离增加到300米,同时也可藉由在同轴或UTP缆在线材质上128/168/192编织上对高频损失的优劣条件选用,来降低线路上的损失及延长高清HD-SDI的信号传输距离。

目前最普遍的是,HD-SDI通过转Fiber的光端机转换为光纤电缆传送,同时为了能满足多路的HD-SDI信号的单向或双向传送,光端机也有以WDM/DWDM/CWDM等多波长分频方式的传输,达成一路以上的HD-SDI光纤信号载送传输要求,这可以让HD-SDI摄像机信号传输达到20-80公里。

由于传输的是非压缩高清数字视频,一路1080p×60fps的高清数字视频需占用2.97Gbps带宽。光纤传输理论上传输带宽没有上限,但是传输处理单元,包括光模块,收发器芯片等等,远远落后于光纤理论传输带宽。如今的万兆网的光纤传输带宽也只是达到10Gbps,像这样的10Gbps带宽也只能传输3路非压缩高清数字视频。

码流为2.97Gbps的1080p的高清视频,若采用12Bit的RVF格式,码流仅为746.496Mbps,大大降低带宽。传输带宽为10Gbps的单芯光纤,可以传输10Gbps÷746.496Mbps=13路百万高清数字摄像机的高清数字视频。采用多芯单波长或者单芯多波长的光缆,即能完全满足高清传输的要求。

节点式环形高清数字传输特点

本文中的某地铁高清传输案例,主要有以下几个特点:

采用单芯单波长光纤传送多路RVF格式高清监控视频,解决了无损多路高清数字视频监控无法传输的问题。不仅降低布多条光缆的费用。而且在现有的光缆基础上轻松升级,实现真正的高清数字视频监控。

环形光纤网络的自愈功能,当某节点断路时,光通路自动切换到另一种环形网络拓扑。增强了系统的安全性。降低系统硬件的故障率。

各个站点采用高清数字视频多业务交换平台。平台拥有8路10Gbps光传输通路,可动态插入和撤销1-8路高清数字监控视频。1路高清数字视频监视,可监视本地视频,也可监视光通道内10Gbps高清数字视频光传输流内任意一路视频。8路高清视频存储及回放,回放时,回放视频插入10Gbps高清数字视频光传输流。下行数据流经解包、分配到各个终端,各终端的上行数据流经封包插入数据流中,上报给中心服务端。

此平台属于动态交换平台,可随时增加和减少监控摄像机的数量,可随时增加和减少各种上下行数据,主机采用机箱插板式结构,扩容方便,可随时在线动态增减板卡,不必让系统下线。主机还备有1路高清视频板卡,故障时会自动替换故障板卡。即保证了系统7×24小时在线,又提高了系统的安全性。

关键字:视频监控

编辑:Gem 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2012/1224/article_5253.html
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