高速公路視頻監控現狀

　　隨著高速公路路網的擴大及管理要求的不斷提高，收費系統，通信系統、監控系統已經是現代化高速公路建設中必不可少的一個部分。監控系統又以視頻圖像監控為主，由視頻采集子系統、視頻傳輸子系統以及視頻處理子系統構成，在高速公路路網規模較小，視頻監控距離較短的情況下，國內大部分的高速公路沿線已經具有了光纖傳輸線路，有的也正在建設中，并有足夠的纖芯留給了視頻傳輸系統使用，通過光端機以模擬的方式將視頻圖像傳輸到監控中心進行監控或錄像。在路網規模不斷擴大，監控距離不斷增長的情況下，遠距離的視頻傳輸成本也在不斷提高，圖像傳輸質量明顯下將，甚至無法忍受。為充分利用光纖線路資源，提高遠距離圖像傳輸質量及視頻記錄質量，在安徽高速公路聯網監控系統中，我們提出了充分利用通信網絡資源，采用數字化視頻技術及設備，實現高速公路視頻圖像的遠距離傳輸及處理，使收費監控與道路監控融合并達到全省三級聯網監控的目的。

　　數字音視頻技術

　　全省聯網監控必然用到視頻數字化技術，提起數字視頻技術，人們首先想到的是MPEG系列標準，MPEG于1988年成立，是活動圖像專家組（Moving Picture Exports Group）的縮寫。目前MPEG已頒布了MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4三個活動圖像及聲音編碼的正式國際標準。MPEG優于其他壓縮／解壓縮技術主要是因為作為國際標準兼容性很好、具有最高可達200：l的更好壓縮比、在高壓縮比下具有很小的數據損失。

　　MPEG-1制定于1992年，為工業級標準而設計，可適用于不同帶寬的設備。支持NTSC 352 x 240及PAL 362 x 288的SIF標準分辨率圖像的壓縮，編碼速率最高可達4-5Mbps，傳輸速率為1．5Mbps，每秒播放30幀，具有CD唱盤的音質。MPEG-可以用于不同帶寬的視頻傳輸、視頻記錄系統及互聯網應用。

　　MPEG-2制定于1994年，為高級工業標準的圖像質量以及更高的傳輸率而設計。支持可達NTSC 720 x 480及PAL 720 x576的SIF標準分辨率圖像的壓縮，編碼速率為3-100Mbps，同樣具有廣播級的視像及CD唱盤的音質。MPEG-2可以用于廣播級的視頻傳輸及視頻記錄系統。

　　MPEG-4傳輸速率要求較低，在4．8Kbps-6．4Mbps之間，主要應用于基于窄帶的視像處理系統中，通過幀重建技術，壓縮和傳輸數據，以求用最少的數據獲得最佳的圖像質量。MPEG-4支持交互AV服務以及遠程監控，MPEG-4的設計具有更廣的適應性和可擴展性。

　　目前，基于MPEG視頻壓縮技術的設備已經在各個領域得到了應用，主要分為視頻編碼器／解碼器及視頻記錄設備，實現了基于窄帶的低畫質的視頻圖像數字化及基于寬帶的廣播級視頻圖像數字化，基于硬盤的數字視頻記錄系統也得到了廣泛的應用，逐漸取代了模擬錄像機，成為市場的逐流。

      高速公路的圖像監控業務

　　——圖像監控概述

　　高速公路圖像監控系統主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況，對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程、收費員的收費過程以及收費過程中的突發事件和特殊事件進行觀察和記錄，實施有效的監督；同時，高速公路圖像監控系統還可以對高速公路干線、互通立交、匝道等高速公路重點路段進行監視，掌握高速公路交通狀況，及時發現交通阻塞路段、違章車輛，及時給與引導，保證高速公路的安全暢通。

——圖豫監控結構

　　高速公路圖像監控系統是一個樹型分層控制結構，即區域聯網分級監控，最頂層一般以級路網為單位建設監控總中心，實現對整個路網的全面監視與控制，監控總中心以下按路段下設監控中心，實現路段級的全面監視與控制，監控中心以下按收費站／所下設監控分中心，實現收費站／收費所級的全面監視與控制。
監控總中心、監控中心、監控分中心之間采用聯網分級控制，監控總中心需要控制監控系統時，首先控制監控總中心的監控系統，同時通過網絡轉發控制到監控中心，監控中心在控制本級的監控系統，同時再通過網絡轉發控制到監控分中心，最后由監控分中心實現視頻像的調度及攝像機的管理。區域聯網分級監控是通過各級授權實現的，控制命令是通過IP網絡逐級傳輸的。

　　——視頻采集設備

　　視頻采集設備主要完成監控現場的圖像數據采集，高速公路一般對收費站進行全面監控，在收費車道、收費亭內、出入口收費廣場、監控分中心機房分別安裝視頻采集設備，以期達到全面監控的目的，除此之外，部分高速公路還提供重點干線、互通立交、匝道等重點路段的圖像監控。

　　——視頻傳輸設備

　　所有現場監控的視頻圖像由于距離監控分中心較近，一般采用模擬傳輸方式，直接將現場圖像傳輸到監控分中心，監控分中心一般需要選取收費站數路視頻圖像上傳監控中心，監控中心一般也將需要選取路段數路視頻圖像上傳到監控總中心，這兩種類型的傳輸一般距離有遠有近，近的一二十公里，遠的數百公里。視頻傳輸需要解決遠程傳輸的圖像質量，傳輸成本、光纖資源情況、傳輸可行性等因素。

　　——視頻處理設備

　　視頻處理設備一般是指視頻切換矩陣、視頻顯示設備、視頻記錄設備等，視頻記錄設備是取代模擬錄像機的關鍵設備。高速公路一般要求對每一路圖像均進行24小時不間斷錄像并對特殊事件進行特殊處理，以便檢索回放；也存在僅對通行車輛進行錄像，對特殊事件進行錄像的要求。一般要求在監控總中心，監控中心、監控分中心可以任意對所轄路段、收費站的錄像資料進行按事件發生時間、收費站，收費員、車道，車型、車種、事件類型等檢索和回放。

　　視頻數字化設備

　　基于MPEG技術的視頻數字化設備應用相當廣泛，視頻數字化設備按使用方式一般可以區分為通用數字視頻設備與高速公路工業化專用數字視頻設備。通用設備一般用于較為獨立的監控系統中，與所應用的領域結合較為疏松：而高速公路工業化專用數字視頻設備一般可以與高速公路的監控業務緊密集成，使得視頻圖像監控系統更加方便、直觀，下面以皖通WT系列數字視頻設備為例來介紹高速公路專用數字化視頻設備。

　　——數字硬盤錄像機

　　◆系統基本功能

　　皖通WT系列數字硬盤錄像機主要完成上傳監控分中心、監控中心、監控總中心的視頻進行24小時連續不間斷錄像，并對特殊事件車輛的視頻進行標記。 實時錄像功能，系統提供基于MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4的視頻編碼格式，具有單路或多路音視頻同步實時錄像功能，可設置每路的錄像和錄音模式（如：單視頻、單音頻、混合同步）。

　　特殊錄像標記功能，數字硬盤錄像機 在錄像過程中可以對特殊事件錄像進行標記，以便錄像管理器或控制軟件對特殊錄 像進行檢索。一個錄像標記可以記錄8個屬 性（如：事件發生時間、收費站、收費員、車道、車型、車種、事件類型等），發生特殊情況時，通過網絡或RS-232接口，控制系統可以將8個屬性傳送到數字硬盤錄像機，數字硬盤錄像機自動將錄像屬性標記到錄像文件中。錄像回放時可以直接回放特殊事件標記前后的圖像。

　　影像品質可調整，數字錄像機支持10個等級的連續錄像品質，較低的影像品質有較高的壓縮比，較高的影像品質有較低的壓縮比。在錄像過程中，日常的24小時連續錄像可以采用較低品質的影像錄像狀態，當發生特殊事件需要標記錄像時，系統可以根據設置，自動進入較高品質的影像錄像狀態，事件結束后或系統定時時間到，系統自動恢復正常的較低品質的影像錄像狀態，這樣可以保證長時間的24小時錄像，并且在發生特殊事件時，可以保證較高的影像質量。

　　◆錄像管理器

　　錄像管理器是數字硬盤錄像機的網絡監控套件，可以運行于網絡中的任何計算機上，主要實現對網絡內所有數字錄像機的遠程配置、監控、錄像檢索、回放及備份等功能。

　　錄像實時監控功能，錄像管理器可以提供單路或多路音視頻同步實時監控功能，每路均可達到30幀／每秒。
　　可調整影像參數，可以實時調整錄像參數，如：亮度，對比，飽和度、色調和音量等，還可以對錄像品質進行監控與調整。錄像檢索、回放，錄像管理器提供所有錄像機的集中檢索功能，可以按照特殊錄像的屬性一次性檢索所有錄像機中的錄像，例如：可以檢索所有車型沖突的錄像、所有免費車錄像等，系統檢索后可以逐一進行回放，錄像文件資料的檢索滿足高速公路領域的特殊管理要求，是其他通用數字視頻設備所不具有的。回放速度達25幀／秒，可以快進、快退、單幀回放、放大等功能，錄像回放不影響系統正常錄像及特殊事件的圖像標記功能。

　　剪輯及備份功能，由于連續錄像的文件較大且歷史使用價值較小，一般僅需要對特殊標記錄像及指定錄像進行備份，錄像管理器提供特殊錄像及指定錄像的自動或手動剪輯功能，可以對錄像中的特殊標記錄像進行剪輯，復制備份到光盤或硬盤，形成歷史資料。

　　狀態實時監控功能，錄像管理器提供所有數字硬盤錄像機實時的狀態信息，指示錄像狀態、錄像設備資源狀態、故障狀態等。

　　◆錄像軟件開發包

　　軟件開發包是數字硬盤錄像機的二次開發套件，主要為系統集成商提供一套簡單的系統集成接口，可以方便地由系統集成商直接控制與監控數字硬盤錄像機，主要用于視頻圖形處理軟件中。軟件開發包提供一套數字硬盤錄像機管理控件及開發指南。