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安防新技术成就全球最大高清监控项目

来源:佛山市永禾计算机系统集成有限公司 阅读696次

     2010上海世博会是中国继奥运之后举办的又一届国际性盛会,在世博安保项目中占“重中之重”地位的上海浦东城区高清监控覆盖项目,总投资逾10亿人民币,有超过13000余个监控点,大规模采用了高清技术,是截止目前国内乃至全球最大的高清监控项目,也是中国监控市场上第一个名副其实的大型高清监控工程。值得一提的是,海康威视HD-SDI高清摄像机凭借其在功能和性能上的出色表现,成为该项目国内唯一的高清数字摄像机提供商,打破了国外品牌摄像机在高端安防领域的长期垄断。

 项目概述

    项目意义

    全球高清监控工程的标杆

    上海浦东城区高清监控覆盖项目总投资逾10亿人民币,是截止目前国内最大单一视频监控项目,也是全球最大的高清监控项目。此项目有超过一万余个监控点,大规模采用了高清技术,成为中国监控市场上第一个名副其实的大型高清监控工程,具有深远的代表意义。

    大大推进安防新技术的实战化应用

    上海浦东的高清监控联网系统项目,是目前国内高清点数最多、存储和管理规模最大、且智能应用最具实战意义的项目。上海浦东高清监控项目的成功实施,有效演练了高清系统在前端、传输、编解码、存储、显示、系统平台,以及工程施工与调试等环节上的产品技术和应用维护工作,是项目技术架构模式的成功实现。

    作为中国监控发展史上的重大历史事件,上海浦东高清监控项目不仅检验了相关产品技术的融合与应用,还检验了参与的企业。它解决了大型高清监控系统的搭建难题,使得用户对安防监控有了全新的应用认知,从半信半疑的态度,转向快速认同与尝试应用态度,这对产业发展起到了重大的推动作用。

    通过北京奥运、上海世博等大型安保项目,海康威视取得了一系列技术突破和积累,在高清摄像机、高清编解码器、高清传输、高清存储等前后端系统化的高清设备的研发和生产上,均获得了大幅度的提升;同时,大量前后端设备的应用,促进了海康威视高清和智能系统解决方案的成熟,为接下来推出更优化的全套高清和智能解决方案打下了坚实的基础。

    国内品牌渐成高清与智能时代的中坚力量

    很多国内品牌成为此次浦东高清项目的参与者,为推动安防新技术的发展和应用,做出民族品牌应有的贡献。该项目的实施,再次证明国内品牌在先进安防技术开发和应用上所具备的核心能力,如压缩算法、编解码设备制造技术、图像优化分析技术,以及大规模生产管理经验等。国内品牌有能力站到世界安防行业的前列,为世界顶级项目提供精品系统。

    解决方案

    一、项目挑战

    挑战一:高清视频监控技术达到前所未有的应用规模

    按《浦东新区迎世博600天行动计划纲要》的要求,浦东新区城市图像监控覆盖项目需要完成13,002个图像监控点、42个派出所机房扩容、6个图像分控中心机房和1个分局图像中心机房的建设。项目建成后,图像监控点密度在世博园区周边的周家渡派出所、上钢新村派出所、南码头派出所以及花木派出所和世纪广场派出所辖区达到80个/平方公里左右,城市化地区达到50个/平方公里左右,城郊结合及农村集镇达到30个/平方公里左右,农村地区达到5个/平方公里左右。使全区(不含原南汇地区)的监控点密度平均达到34个/平方公里左右,完成对浦东新区重点目标的图像监控覆盖。

    本项目新建高清视频监控点达到12,037个,高清视频监控技术达到前所未有的应用规模。采用200万像素高清摄像机覆盖浦东新区重要监控点,满足公安部门对视频图像清晰度的高要求,全面捕获路面上行人、车辆的特征,真正实现不仅看得见,而且看得清楚。

    挑战二:如何将多种视频资源整合

    本项目是在浦东新区城市图像监控系统一期、二期和三期工程项目建设经验的基础上,本着提高图像清晰度、加大监控覆盖面、保障上海世博会期间的安全保障、提升浦东新区整体治安环境的目的,全面应用新技术、新产品来满足浦东公安提出的崭新的监控要求。因此在系统设计时,既全面、详细地设计高清视频监控系统,又充分考虑与已建系统的兼容,实现视频图像、录像资料和管理控制的全面整合。

    本项目需要将已建模拟监控点、待建模拟监控点、固定高清监控点、可控高清监控点全部整合至同一综合管理平台。因地制宜地选用传输方式,在派出所和总控中心完成视频图像的高度融合,确保用户对图像资源利用的易用性。

    挑战三:对方案提供商的新技术整体应用能力提出了极高的要求

    系统要求采用先进的、具有前瞻性的视频监控技术,包括百万像素数字高清技术、万兆以太环网技术、高清视频编解码技术、视频海量存储和高效检索技术和视频智能分析技术等。同时要求采用先进的综合视频管理平台,借鉴海量多媒体资料管理系统的经验和技术,不仅要实现对高清、标清视频的统一管理,还应实现整个系统设备的运维管理,以及各类视频综合智能化应用。

    整个系统必须完成图像前端采集(控制)、传输、存储、显示、调用、检索、管理等一体化功能及应用,并具有足够的系统开放接口,以满足后续系统扩容、视频分析、视频智能化应用等的扩展需求。

    对数字高清图像系统要求分辨率达到200万像素,主要采用IP传输及分布式集中存储,并实现图像的高效检索和迁移取证等功能,同时必须兼容浦东分局现有的模拟标清图像系统,达到统一平台、统一界面下的视频切换、控制、实时浏览、录像资源调用和统一的设备管理目标。

(一)三级架构

    从现状分析可知,已建成的浦东新区城市图像监控系统按“派出所—分控中心—分局中心”三级架构进行设计完工。那么,从系统总体架构垂直层次上分,本期项目依然按照“派出所—分控中心—分局中心”三级架构进行设计。

 图一.浦东新区城市图像监控系统三级架构示意图

图一.浦东新区城市图像监控系统三级架构示意图

    前端监控点按就近接入原则接入属地派出所。模拟监控点在派出所录像;高清监控点在分控中心录像,同时,在派出所安装NVR,当派出所与分控中心之间通信链路发生故障时,可作为临时缓存;在总控中心安装网络磁盘阵列,用作取证录像的长期备份保存。

    新建模拟监控点按照属地派出所已建模拟系统的接入方式完成接入,当派出所接入容量超出时,对已有模拟系统进行升级、扩容,不改变已有模拟系统的建设方式和用户的操作习惯,做到无缝接入、平滑升级。

    新建高清监控点中,固定高清监控点24小时不间断监控固定场景,无需执行PTZ操作,因此选择前端编码方式,输出IP编码数据,在派出所直接接入图像网。可控高清监控点作为固定高清监控点的补充,用于监控范围较宽阔的场所,由于可控高清监控点需要执行PTZ操作,为了保证PTZ操作的流畅性和低延时要求,选择后端编码方式,即在派出所完成编码并接入图像网。

    分控中心主要完成下属派出所视频图像的汇聚,并实现实时数据的交换与转发,对高清视频数据的分布式集中存储。

    总控中心作为系统的“大脑”,将完成整个系统的集中管理与指挥调度。

    由此,新建监控系统的传输链路将依托浦东已敷设的光纤资源和万兆IP图像专网,并在万兆IP图像专网上实现跨层级、跨部门、跨区域的图像资源共享与调度。

    (二)系统组成结构(固定高清视频监控模式)

    1.外场

    高清摄像机与高清编码器通过同轴电缆连接,输出200万像素高清数字图像至高清编码器进行编码,编码采用双码流技术,实时点播流采用H.264编码,帧率≥25帧/秒,用于实时、连续的治安面监控;录像存储采用MJPEG编码,帧率≥5帧/秒,用于录像存储和事后取证。

    2.派出所

    完成高清视频码流输入万兆图像网。以太网光端机(中心端)接入派出所图像网交换机,将前端传回的实时流和存储流送入万兆图像网。派出所专用图像工作站和插卡式高清解码器也接入派出所交换机。专用图像工作站安装客户端软件,软解码查看,也可送入插卡式高清解码器硬解码上墙显示。

    3.分控中心与总控中心

    派出所与分控中心、总控中心之间通过万兆图像网互联,实时点播流经分控中心流媒体服务器转发至总控中心,供总控中心专用图像工作站软解码查看,也可送入插卡式高清解码器硬解码上墙显示,存储流送入分控中心IPSAN进行存储。

     图二.固定高清视频监控模式组成结构示意图

图二.固定高清视频监控模式组成结构示意图

三、系统优势

    (一)LED夜间补光能获得清晰车牌

    要实现24小时不间断有效监控,尤其夜间监控,确保保存的录像资料能有效记录行人和车辆的特征信息,夜间采取有效补光措施具有极为重要的意义。否则夜间实时监控无法起到监控作用,录像资料保存的都是无用数据,对公安刑侦起不到支撑作用。以下是LED补光后的效果图。

    1.200万像素全尺寸实拍效果图:

      1.200万像素全尺寸实拍效果图:

    车辆特写部分效果图:

 车辆特写部分效果图:

    2.关闭/开启LED补光灯效果图

    关闭LED补光灯时,左右两个车道的车辆完全看不清楚。

 看不清楚

    开启LED补光灯时,左右两个车道的车辆能看清轮廓和清晰车牌。

 能看清轮廓和清晰车牌

能看清轮廓和清晰车牌 

    (二)自动白平衡功能色彩还原度最佳

    公安系统应用视频监控时,对图像色彩还原度有极高要求。图像色彩还原不真实将严重影响到刑侦破案。比如:需要搜捕的车辆颜色为鲜红色,结果监控图像呈现为橘黄色,那么以此为线索来破案,将对刑侦过程起到严重的误导。视频监控中影响图像色彩还原度的主要因素是摄像机的自动白平衡功能,即在任何光照条件下,摄像机均可自动、准确地还原现场画面的真实色彩。

    摄像机支持自动白平衡功能,在不同的灯光环境下,摄像机根据色温的变化,自动调整白平衡,使色彩逼真亮丽、还原度最佳。

    白平衡主要是模拟人眼的视觉功能,使摄像机经白平衡处理以后与人眼观测与视觉理解一致。摄像机在不同的光源条件下具有不同的光谱成分与分布规律,不同色温条件下即使对同一目标物体也会有不同的色彩表现,如低色温下目标物体整体偏向橙色,高色温下目标物体整体偏向蓝色。人眼经过漫长的进化过程后,能够自动适应色温变化,使在各种色温条件下看到的目标物体色彩始终一致。自动白平衡使目标物体在各种色温条件下所拍摄的图像呈现与人眼观测理解一致的色彩。

高清数字摄像机支持光模块

    本项目采用的海康威视的高清摄像机同时具备BNC(HD-SDI)接口和已预留光模块接口,未来直接插入光通信模块即可完成无缝升级,支持用户根据不同应用环境选用不同功率和链损的LC接口光模块。高清摄像机直接与路面光纤连接,将视频图像传回派出所。该方式具有以下几种好处:

    1.光接口不用配置IP地址,可避免IP地址暴露在外部,有利于提高公安图像网信息安全。

    2.光接口对摄像机防止雷击、抗电磁干扰起到重要作用。

    3.直接输出光信号,光信号在光纤中传输有利于信息传输的私密性。

    本项目采用的海康威视的摄像机带有BNC(HD-SDI)电接口,通过加装高清视频防雷器来防止雷击造成设备损坏。在固定高清监控模式下,高清编码器前置,通过将高清编码器MAC地址与IP地址捆绑方式来确保图像网的信息安全。

    (四)高清编码卡支持光模块并预留HD-SDI环通

    本项目采用的海康威视高清编码卡已预留光模块接口,未来直接插入光通信模块即可与前端高清数字摄像机配套使用,高清视频图像可从高清数字摄像机直接输入高清编码卡,无需额外借助以太网光端机传输。

    高清编码卡预留HD-SDI环通接口,能将高清视频图像环通输出至高清视频交换设备,供非压缩实时上墙显示,省却了HD-SDI高清视频分配器。

    (五)采用先进1GHzTI处理芯片

    本项目海康威视采用的高清摄像机处理芯片为最先进的1GHzTITMS320DM6467处理芯片。该处理芯片运算能力强,适合高清数字图像处理所必须的运算要求,同时芯片处理能力保有余量,为未来公安所需要在摄像机上增加新的业务功能提供良好的扩充性,可做到无缝扩展新应用。

    (六)支持远程调节高清摄像机参数

    高清摄像机安装在立杆上,一旦高清摄像机安装完毕,若需要在使用过程中需要调节高清摄像机参数,则必须要求高清摄像机支持远程调节其内部参数,否则将带来调试的难度。

    本项目采用的海康威视的高清摄像机支持远程调节参数,包括色度、亮度、饱和度、对比度、自动聚集、中远焦调节等等。

    (七)高清编码器支持输出三路以上视频流

    本项目要求高清编码器能输出码流至流媒体服务器进行转发、输出码流至IPSAN进行存储、输出码流至NVR缓存等等。并且当直写IPSAN无法实现时,能自动切换至NVR进行缓存。若NVR缓存策略无法自动实现,则将导致录像文件丢失。

    本项目采用的海康威视的高清编码器支持输出多路视频流,包括H.264实时流至流媒体服务器转发给图像工作站观看、MJPEG码流至IPSAN进行存储、能自动切换到NVR进行缓存,无需人工干预。

    (八)支持全网设备统一校时

    支持整网设备校时,统一设备的时间,保障系统的高效管理和应用。

    视频监控系统整网校时在公安业务应用中具有非常重要的作用和意义,尤其是在公安刑侦过程中,需要基于视频图像精确的时间进行监控取证和资料对比等工作,对于拥有庞大监控点浦东新区视频图像监控系统,若各种前端设备或中心设备时间不一致,将导致各种不良后果,不能高效地实现如基于时间的人员或车辆轨迹查询、录像资料的按时查询回放、对报警事件的快速响应等。

    目前市局已建立了NTP网络校时服务器,海康威视提供的高清视频编码器、数字硬盘录像机等产品均可提供SDK开发包,可支持平台应用服务器对设备的主动校时。对前端设备具备NTP功能的产品如海康威视数字硬盘录像机,将主动向市局NTP时钟服务器进行自动校时。

    四、项目启示

    启示一:高清技术整体应用能力成角逐重点

    本项目新建视频监控点达到13,002个,其中高清视频监控点达到12,037个,高清视频监控技术达到前所未有的应用规模。采用200万像素高清摄像机覆盖浦东新区重要监控点,满足公安部门对视频图像清晰度的高要求,全面捕获路面上行人、车辆的特征,真正实现不仅看得见,而且看得清楚。出于公安取证的严谨性和图像质量的考虑,所有高清摄像机均以H.264实时监看和MJPEG存储双码流输出。高清摄像机实现高清视频采集,只是完成了高清监控的第一步,接下来需要进行高清编码和高清码流的传输,实现对高清数字信号进行交换控制,以及高清码流的存取和高清显示等。此次浦东全高清项目,对厂商在“高清与智能”时代的竞争中,所需要具备的整体解决方案的能力提出了极高的要求。

    甲方从前端传感器开始,便提出了采用大尺寸CCD芯片的要求,从而进一步要求摄像机需要具备更清晰的图像处理和图像表现能力。这直接考验厂商对高清摄像机核心处理技术的掌握能力,而这在过去,往往是欧美品牌的角逐点。作为国内品牌代表,海康威视是全球第一家把H.264算法引进视频监控产品的企业。通过多年的研发投入,海康威视还突破性地掌握了ISP等多项视频处理与分析技术,拥有世界一流的图像处理技术:比如3D去噪、动态对比度、固态噪声过滤等等一系列的图像采集后处理技术,最大限度保证了高品质的图像源,加上高效的H.264编码算法,成功实现了200万像素CCD实时视频采集,并在高清摄像机上满足了甲方提出的各种功能和性能的要求,成为该项目中国内唯一的高清数字摄像机提供商。

    再到传输、编解码等环节,由于高清图像包含的信息量大,因此传输带宽要求额外高,以1路为例,至少需要800Mb/s的传输带宽;如此之大的传输带宽,给传输、汇聚、交换等环节都带来了很大的压力,传统方式面临前所未有的挑战。在这次浦东项目中,海康威视凝聚多年在TI芯片开发和处理上的深厚积累,基于最新的TI芯片,通过不断优化、调试,最终,开创性地提供了嵌入式高清图像编码器,将前端图像进行数字化压缩后传输,到后端进行相关的业务应用,例如存储、显示等,较好地满足了本项目中甲方对图像编码的要求。

    虽然高清监控系统在图像清晰度等方面有一个质的飞跃,但随之也带来一系列的问题,尤其是网络带宽、存储空间将成倍增加,想要实现系统性的变革,首先应解决高清监控系统存在的传输、压缩、存储、成本等各方面的问题,推出真正成熟、稳定、实用的,包含了前端、平台、存储、浏览、显示等各个环节的高清系统整体解决方案。通过北京奥运、上海世博等大型安保项目,海康威视取得了一系列技术突破和积累,在高清摄像机、高清编解码器、高清传输、高清存储等前后端系统化的高清设备的研发和生产上,均获得了大幅度的提升;同时,大量前后端设备的应用,促进了海康威视高清和智能系统解决方案的成熟,为接下来推出更优化的全套高清和智能解决方案打下了坚实的基础。