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【mba论文】浅析数字高清道路监控系统设计与选型(论文题材)

星级: ★★★★★ 期刊: 《科技创新与生产力》作者:朱月红浏览量:4528 论文级别:优秀本章主题:摄像机和镜头原创论文: 5156论文网更新时间:12-14审核稿件编辑:Booth本文版权归属:www.5156chinese.cn 分享次数:3347 评论次数: 9681

导读:本论文是一篇关于摄像机和镜头方面的优秀论文范文标题,对正在写有关于数字高清道路监控系统设计与选型论文的写作者有一定的参考和指导作用,免费供学生们阅读下载。

(深圳市博康系统工程有限公司上海分公司,上海 200050)

摘 要:高清监控凭借其相对于传统模拟标清监控的绝对技术优势,发展势头如火如荼.本文分析了现阶段高清监控建设的技术架构、设备选型、存在的问题以及今后趋势.

关键词:高清监控;道路监控;高清监控选型

中图分类号:TP277 文献标志码:A DOI:10。3969/j。issn。1674-9146。2012。11。107

1 技术架构

在高清监控早期,出现了非压缩和压缩两大类体系架构.非压缩体系架构由前端非压缩高清摄像机、高清光端机、高清矩阵、高清NVR等设备组成,从前端至大屏实时显示均不经过压缩,因此,其优势在于可控摄像机的图像与控制信号的传输无延时间隔,其后端图像存储依然为数字压缩.压缩体系架构由前端IP高清数字摄像机,IP网络交换机、高清NVR和解码器等设备组成,依托于通用IP网络,结构简单,通用性强.

经过部分试点项目的实战比较,非压缩体系架构在性能、功能上仅在延时上略胜一筹,但存在造价昂贵、所需设备众多(高清光端机、高清矩阵)以及通用性差等大问题.因此,IP压缩高清监控架构正成为目前高清监控系统建设的主流,相应的产品如IP高清摄像机、高清镜头、高清NVR和高清

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解码器也成为高清监控市场的产品主流,非压缩相关产品终将逐渐淡出通用市场.

本文就IP压缩架构的高清监控系统中各环节的设备选型做详细分析阐述,IP数字高清监控基本架构见图1.

2 前端图像采集

2。1 固定/可控

早期试点项目有可控和固定两种高清前端,经历多年的试点比较,可控高清摄像机造价昂贵、延时大、实用性差等缺陷愈发明显.结合视频后期处理应用,笔者建议现阶段的高清监控应以实用的固定摄像机为重点.

2。2 IP高清摄像机

高清IP摄像机的优劣与档次主要由感光器件尺寸、有效像素、处理器性能、灵敏度、制作工艺、色彩还原性等硬指标决定.摄像机内部处理器自带数字压缩及后期应用,因此,压缩算法、码流数、帧率、本地存储等特性指标也成为高清IP摄像机技术指标的重要部分.目前市场众多高清摄像机的各项指标和实际效果如下.

1)感光器件:存在CCD和CMOS两种,国内以CCD为主,国外以CMOS居多.

2)分辨率:国内用户对图像流畅度要求较高,200万像素摄像机均已达25帧/s,因此,国内主流为720p和1 080p,逐行扫描,画面宽高比为16∶9.

3)压缩格式:常规有H。264,MPEG4,M-JPEG三种,国内H。264以其高压缩比、低码流、高性能的绝对优势成为高清监控的主流压缩格式.

4)灵敏度:普遍不如传统模拟摄像机,夜间需要补光灯补充光照强度.

5)色彩还原性:高清色彩普遍有不同程度的失真,而色彩还原性是衡量高清摄像机图像质量和档次的重要指标,须对比观察实物与图像效果.

6)流畅度:720p和1 080p两档均能达到25帧/s或30帧/s的流畅度,但要验证其稳定性,须测试观察在画面信息变化较大时是否有马赛克、卡住、丢包等现象.

7)图像处理:具有背光补偿、宽动态、强光抑制等多种处理方式.

8)本地存储:是数字摄像机的衍生产物,每路10 MB以下的高清码流使本地存储成为了可能.

2。3 镜头

高清镜头作为高清摄像机的配件,其MTF(调制传递函数)值、焦距、光圈范围等指标影响高清图像的最终呈现.

1)MTF:不同于传统标清镜头的新指标.MTF值一般在F(光圈值)=8时测得最好,由4条曲线组成,分别反映镜头的透光性、反差对比度、分辨率、相散和一致性.MTF曲线图见图2.

2)焦距:决定视场中哪一部分最清晰,用f表示,高清镜头以焦距分类可分为定焦镜头、手动变焦镜头、电动变焦镜头.手动变焦镜头目前广泛用于道路监控固定高清摄像机中,可适用于不同的目标和场景.道路监控摄像部件安装于室外立杆挑臂上,摄像部件容易晃动,因此,在镜头选型时还应注意相应的焦距固定措施,如齿轮固定、螺钉固定等,防止镜头脱焦.

3)光圈:决定镜头的通光量,其大小用F值表示,F=焦距/光圈孔径,F值影响夜间图像效果.道路监控固定摄像机一般选用自动光圈镜头,由于焦距固定,场景变化不大,光圈驱动方式选择DC驱动即可,电动变焦镜头选用视频驱动效果较好(用于可控高清摄像机).

4)与摄像机的匹配:约12。7 mm(1/2")的镜头可以用于约8。47 mm(1/3")的摄像机,但分辨

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率必须大于摄像机分辨率,300万像素的镜头才能与200万像素的摄像机匹配,主要原因体现在两方面:一是摄像机与镜头的像素密度应相等,即镜头的分辨率/镜头的感光器件尺寸=摄像机的分辨率/摄像机的感光器件尺寸,以此倒推,得出适应摄像机的镜头分辨率需求;二是镜头由多组凹/凸的镜片组成,边缘与中心一致性较好的镜头在80%左右,边缘分辨率或多或少会下降,因此,镜头分辨率大于摄像机分辨率为宜.

3 传输交换

数字高清监控系统的每个环节都依托IP网络传输,包括前端外场摄像机、管理服务器、高清NVR和客户端PC等设备.

3。1 接入层

1)光纤收发器/以太网光端机/工业以太网交换机:适用于光纤资源充足的情况,前端至中心机房的光缆链路为点对点连接方式,每个点位占用1芯光缆.光纤收发器和以太网光端机都为网络透传设备,不带交换.光纤收发器纯粹传输网络信号,以太网光端机为传统模拟监控体系的衍生物,可传输模拟标清视频信号.工业以太网交换机一般为8口以上,至少具备二层交换和简单网络管理功能,适用于高清摄像机布设较为密集的点位.

2)PON设备:通过光纤复用有效节省链路光缆资源,EPON与GPON的区别主要是带宽容量.在实际设计链路和链路节点数的时候不能完全按照这类产品宣传资料中的描述将这类产品用到极限,如最远60 km传输距离、1。25 GB单口带宽.在实际设计中需结合链路衰减、收敛、网络开销、余量等综合因素设计.链路衰减由光纤衰减、节点设备衰减等组成,与光缆本身质量、分光器衰减指数、分光级数密不可分,一般建议单根光纤的总体传输距离不超过20 km为宜.网络带宽设计应考虑所接设备产生的最大带宽,高清监控按照10 MB/路计算带宽为宜.

3。2 汇聚层

汇聚层采用交换机连接前端摄像机信号、机房NVR和各类服务器,根据前端接入规模、带宽、设备类型、应用情况选择相应的以太网交换机配置方案.摄像机接入端口根据前端接入的带宽情况配置对应的100 MB,1 000

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MB,10 GB端口,NVR和摄像机接入端口尽量接在一台交换机上或划分在同一个VLAN中,将故障影响降到最低.对于一些大型系统,一般建议网络交换机采用三层交换机,以支持VL
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汇聚层网络交换还需完成VLAN划分和网络安全等至少两部分的网络设计.VLAN划分通过划分不同网络逻辑分组限制广播范围并控制用户访问权限,一般将前端摄像机、对应的NVR和对应的用户终端PC划分在一个VLAN.网络安全包括接入安全、验证授权和数据加密.当未经授权用户或前端设备接入网络时,应报警并生成日志.数据传输中加密会降低通信速度,取决于具体的加密技术.

4 存储

高清存储一般采用高清NVR设备,通过网络接入前端摄像机信号.主流市场主要有DSP和X86两大架构体系NVR,主要性能和功能由接入能力、并发能力、最大磁盘数和协议兼容性决定.

DSP NVR功耗小,但处理能力和并发能力均有限,一般在8路1 080p左右,可接的硬盘数一般为8块,自带硬盘无法做RAID冗余.X86 NVR采用计算机处理器,其性能和功能有很大的发展空间,可以轻松接入16路、32路或以上的1 080p录像流,一般自带的磁盘驱动器相应提高,一般在16块以上,且可做硬盘RAID冗余.

很明显,X86架构NVR有更广阔的发展前景,但是考虑稳定性、可靠性以及故障影响,一般不建议将NVR用到其极限能力.在设备配置计算数量时应同时结合接入数与硬盘容量两方面分配单台NVR的接入数,硬盘配置除考虑数据存储裸容量,还应考虑操作系统盘和RAID冗余备份盘.如需要长时间备份,可增加NVR磁盘扩展柜或添加大容量磁盘阵列.

5 显示

高清图像的显示分为PC显示和监视器显示.PC显示依赖于软解码,监视器显示需要硬解码.将解码程序调入内存中用CPU解码,就是软解码,软解码会极大消耗CPU的运算能力,画面易卡顿,解码能力在1~4路之间,但图像可以通过后期优化处理.通过硬件实现的解码成为硬解码,将解码程序写入或固化在芯片上(专用DSP或ARM处理器),专注于图像解码运算,不占用系统开销,图像较流畅,能解1~8路,图像不经过加工真实再现.目前软解码产品居多,真正实现硬解码的凤毛麟角,各家解码效果更是参差不齐.

6 与标清的融合

新建的高清监控必须考虑与已有标清监控系统的融合,使用统一的摄像机列表、统一的操作权限管理和统一的软硬件操作终端,这部分工作需要较复杂、集成度较高的大型平台软件支持,应选择技术实力强、对已有业务熟悉的专业监控集成公司配合完成.

7 视频监控未来趋势

2012年之后道路监控的高清建设将如同标清监控建设的发展速度一样大踏步跨进.随着已有标清监控生命周期的消耗,预计五年后标清监控将彻底被高清监控取代(见图3).

[ 参考文献 ]

1、开发可行的4K制作工作流程镜头4K拍摄时可能不需更高质量的镜头,但要视使用的镜头类型及其分辨能力而定。4K摄像机可分为三种类型:定焦镜头、固定变焦镜头和可换镜头。定焦镜头(如广视角和15fps@4KGoProHero3黑色版等

2、开发新的4K镜头 大型现场体育制作市场存在巨大潜力 对于4K制作设备而言,大型现场体育制作有望成为其巨大的市场,而且这可能发生在不久的将来。4K摄像机层出不穷,切换设备也正在更新升级,许多其他4K设备正蓄

3、专业4K·引领未来——访JVC总经理宫木正次,市场开发室摄像机部部长汪海 高清媒体势头正劲,与此同时,观众们正在不断寻求更佳更震撼视觉体验。我国早在2013年就开始进行4K电视的测试,并且已经尝试拍摄了一些4K电视作品,市场反应热烈。不难看出,4K电视制作是广电行业

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