高速公路高清视频监控技术应用分析

摘要：随着我国高速公路的迅猛发展，对视频监控系统的要求越来越高，模拟或标清视频监控系统对重点部位监控的表现越来越不尽人意，不能优质地捕捉和辨识相关目标，而高清视频监控技术的应用则很好地解决了这个问题。

关键词：高速公路；高清视频；技术分析

中图分类号：U412 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）15-0105-02

随着高速公路的迅猛发展，其技术和管理水平的要求也在不断提升，这其中对高速公路进行实时监控的视频技术显得越来越重要，也正是因为如此，传统的图像监控技术已不能满足各类工作分析需求。光学和制造技术的不断发展，使得高清视频监控技术越来越成熟，已完全能满足高速公路实施高清视频监控的要求。

1 视频清晰度概述

标清、高清、全高清主要是指视频监控图像清晰度的高低，对视频监控来说，图像清晰度的高低十分重要。要讨论高清视频技术，首先需要明确清晰度的划分，目前清晰度划分主要依据广电行业的标准，其中视频分辨率及感光元件像素对应关系，如图1所示：

1.1 标清

标清是指分辨率在720P以下的一种视频格式（Standard Definition），简称SD。标清视频监控是目前使用较广的模拟视频监控，主要包含模拟摄像机、普通镜头、光端机（编解码器）和存储介质等设备。模拟信号经过数模、模数转换以及其他视频损伤的影响，实际形成人眼可观看图像是，效果已经打了很大的折扣，这也就是高速管理人员常常无法看清车牌等的主要原因。

1.2 高清

高清是指分辨率达到720p（视频垂直分辨率720线逐行扫描）或1080I（1080电视线各行扫描）以上的一种视频格式（High Definition），简称HD。目前真正的高清视频格式主要为：720P（视屏分辨率为1280×720，视频宽纵比为16∶9，逐行扫描/60Hz），1080I（视屏分辨率为1920×1080，视频宽纵比为16∶9，隔行扫描/60Hz），1080P（视屏分辨率为1920×1080，视频宽纵比为16∶9，逐行扫描/60Hz），其中720P和1080P为最常用的格式。

1.3 全高清

全高清其实是在高清的概念中剥离了一部分，主要是指视屏分辨率为1920×1080，包括1080I和1080P，其中1080P的画质要远胜于1080I，主要由于1080P采用的是逐行扫描，因此在数据传输过程中信息更加丰富，使得还原出的画面更加丰满，画质更加清晰。

1.4 高清视频的优势

一方面，通过图1可以看出，对于同一个监控目标来说，采用D1视频标准，单幅图像数为40万；采用720P视频标准，单幅图像数为90万，采用1080P视频标准，单幅图像数可高达200万。由此可见，采用高清视频监控可以得到目标的更多细节情况，对于目标做深入的分析提供帮助。

另一方面，在高清摄像机安装广角镜头，能够对2～4倍的标清摄像机监控范围进行视频监控，却能够得到与原标清摄像机监控同样的清晰度。换句话说，在原来需要使用2～4台标清监控摄像机的区域只需安装一台摄像机，提高工作效率的同时降低维护工作量。

2 高清视频监控系统构成

2.1 高清图像采集设备

要组建高清视频监控系统，高清图像采集设备是必不可少的。为满足图像目标深入分析的要求，高清图像采集设备应具备高分辨率、高清晰度以及色彩丰富的特性。目前高清图像采集设备主要分为高清网络摄像机和HD-SDI高清摄像机两类。

（1）高清网络摄像机。高清网络摄像机采集的数据不经过封装，通过普通网络传输，带宽占用小，传输距离远。但由于数据不进行封装，因此存在网络安全问题，同时其数据传输效果直接受到网络状况的制约，因此高清网络摄像机主要用在组建对图像实时性要求不高的监控系统。

（2）HD-SDI高清摄像机。HD-SDI高清摄像机是将机芯采集的高清信号进行格式封装后，输出未经压缩处理的原始数据通过HD-SDI线缆传输，因此数据安全性较高，数据传输延迟较小，同时其图像还原效果比高清网络摄像机更真实、细腻，这是HD-SDI高清摄像机的主要优势。但是HD-SDI高清摄像机数据传输距离较短，若要进行长距离传输，必须经由SDI高清光端机传输。另外HD-SDI高清摄像机采集图像为无损处理，所以必须要经过支持高清的压缩设备做压缩处理后才能存储，因此成本投入较大。HD-SDI高清摄像机主要用在组建对图像实时性、真实性以及丰满性较高的监控系统中。

除上述分析外，在组建高清视频监控系统时还应根据传输、存储、数据还原设备等综合因素选择高清图像采集设备。

2.2 高清视频传输设备

高清图像采集系统采集到的数据需要通过支持高清视频传输的设备进行传输。对应于高清图像采集系统，高清视频传输设备也为两类：支持网络传输的以太网光端机和支持HD-SDI视频传输的SDI高清光端机。一般高清网络摄像机数据传输占用带宽为8～16M，根据光纤网络带宽合理传输一定路数的视频图像；HD-SDI高清摄像机数据占用带宽1G以上，带宽要求高，传输成本也相对较高。

2.3 高清监视器

高清监视器是高清视频监控系统的重要组成设备，只有通过高清监视器我们才能观看到图像采集设备采集到的图像。目前高清监视器接口以HDMI、DVI、SDI为主，需要特别注意的是HD-SDI高清摄像机必须要接入真实的HD-SDI高清监视器。

2.4 高清视频数据存储

高清视频监控系统的数据存储容量要求大且可靠性要求高，这对高清视频数据存储提出了较高的要求，目前使用的存储方式包括NVR和IP-SAN。

（1）NVR。NVR（网络硬盘录像机）主要功能是通过网络接收高清网络摄像机的数据，并进行存储、管理。若对应图像采集设备为HD-SDI高清摄像机时，则需要将高清图像数据进行H.264压缩编码后再进行存储。NVR采用全网络化的分布式架构，具有成本低、部署灵活、安装简单以及存储可靠的特点，大大促进了高清视频监控系统的实用化。

（2）IP-SAN。随着高清视频监控系统数据量的剧增，普通硬盘已无法满足存储需求。IP-SAN主要利用第三方服务器导入和导出数据（俗称“云存储”），具有超强的集中存储能力，便于数据的集中化管理，同时在长距离传输及管理方面表现突出，能够明显地降低运营成本。

3 高清视频监控在高速公路的典型应用

通过上述分析可以得知，高清视频监控比标清视频监控分辨率更高、清晰度更好、色彩更加丰富，但高清视频监控的成本投入也较大。根据实际工作经验，高速公路没有必要全部采用高清视频监控，只有根据不同区域的监控重点、内容以及需求对高清和标清视频监控进行合理配置，才能做到经济性和技术性的平衡。

一般在以下部位可以安装高清摄像机：在高速公路收费系统中，收费广场、安保要害部位和部分人工收费亭；在外场监控系统中，重要桥梁和互通区；在隧道监控系统中，隧道的出入口。这样有重点地布置高清摄像机可以使整条高速公路受益于“高清晰化”，弥补了标清视频监控系统清晰度不足的同时，合理利用有限资源发挥了系统最大的潜力。

4 结语

高清视频监控技术在高速公路行业的应用越来越广泛，但如何通过分析高清视频监控系统的组成，进一步合理配置高清-标清视频监控，兼顾技术先进性和经济性，充分发挥高清视频监控的优势，仍然是一个值得深入探讨的课题。

参考文献

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科技创业家，2013，（9）.

[2] 刘轰，杨正，王瑞.高速公路网络高清视频监控的

应用[J].中国交通信息化，2013，（2）.

[3] 李莉，艾少龙，蔡冠军.高清数字化视频监控系统

在高速公路中的应用[J].中国交通信息化，

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作者简介：周光华（1987—），男，湖南衡阳人，供职于广东省高速公路有限公司京珠北分公司，研究方向：高速公路三大系统（收费、监控及通信系统）工程管理。