煙草園區(qū)監(jiān)控在高清時(shí)代的挑戰(zhàn)與困擾

　　所謂煙草行業(yè)的園區(qū)，主要是指煙草工業(yè)的卷煙廠和煙草商業(yè)的物流中心。隨著高清監(jiān)控在煙草園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)特別是新建園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中的普及，也給監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)、維護(hù)和使用帶來了一系列的挑戰(zhàn)與困擾。

　　· 隨著前端清晰度的提升，前端碼流帶寬也飛速增加，在前端點(diǎn)位數(shù)量沒有增加的情況下，原有系統(tǒng)平臺(tái)依然需要擴(kuò)容，需要增加大量服務(wù)器，增加系統(tǒng)向高清升級(jí)的成本;

　　· 前端碼流提升帶來了存儲(chǔ)成本增加，原先能夠存儲(chǔ)30天的存儲(chǔ)容量升級(jí)高清后可能只能存儲(chǔ)15天，甚至更少;

　　· 為了提升管理水平，加強(qiáng)管控力度，現(xiàn)在很多卷煙廠的監(jiān)控畫面需要上傳到中煙公司，物流中心的監(jiān)控畫面需要上傳到省/市專賣局，在帶寬相對(duì)緊張的廣域鏈路上如何更好的傳送帶寬翻倍的高清視頻;

　　· 高清的引入僅僅是為了滿足感官體驗(yàn)的提升么?如何更好的使用高清畫面，使投入獲得更大的收益;

　　行業(yè)部分廠商依托在視頻編解碼、信令調(diào)度控制、IP存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)承載上的深厚技術(shù)積累，在產(chǎn)品研發(fā)、方案組合和實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施中，較好的應(yīng)對(duì)了高清引入后的一系列挑戰(zhàn)，并協(xié)助煙草用戶在現(xiàn)有技術(shù)條件下最大程度的挖掘了高清圖像的使用價(jià)值。

　　NGN架構(gòu)提升系統(tǒng)容量

　　NGN架構(gòu)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)借鑒通信技術(shù)中“下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN，Next Generation Networks)”中的核心思想——交換與控制分離，從而規(guī)避了流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器的瓶頸問題。

　　傳統(tǒng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)能力受制于一個(gè)核心部件——流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，單臺(tái)流媒體服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)性能=該服務(wù)器接入的前端數(shù)量×單個(gè)前端的碼流，而服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)性能是恒定的，因此即便服務(wù)器接入的前端數(shù)量不變，當(dāng)單個(gè)前端的碼流提升時(shí)——從CIF到D1，從D1到720P，從720P到1080P，服務(wù)器不足以支撐原有數(shù)量的接入前端，從而導(dǎo)致了系統(tǒng)的擴(kuò)容。

　　iVS監(jiān)控系統(tǒng)完全可不配置流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，前端直接出實(shí)況流和存儲(chǔ)流雙流，實(shí)況流和存儲(chǔ)流都是從前端直接通過IP網(wǎng)絡(luò)寫入顯示終端(客戶端/解碼器)和存儲(chǔ)設(shè)備，不經(jīng)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)，僅用作系統(tǒng)調(diào)度管理控制，這是交換/轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離(圖1)。

圖1 IVS監(jiān)控系統(tǒng)全網(wǎng)架構(gòu)圖[nextpage]

　　這種架構(gòu)的引入完全規(guī)避了流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)性能瓶頸的問題，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)性能僅取決于承載網(wǎng)絡(luò)的容量，而與服務(wù)器的性能完全無關(guān)，即便是全部部署1080P全高清前端，或者未來隨著清晰度的進(jìn)一步提升，碼流增加至16Mb或20Mb，依然能夠保證單臺(tái)服務(wù)器系統(tǒng)5000前端的規(guī)模。

　　這種架構(gòu)的引入還帶來一個(gè)額外的好處，由于視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)完全與服務(wù)器無關(guān)，因此系統(tǒng)平臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)不會(huì)影響正常進(jìn)行的實(shí)時(shí)查看和錄像存儲(chǔ)，整個(gè)系統(tǒng)可靠性大大增強(qiáng)。

　　數(shù)據(jù)生命周期管理降低存儲(chǔ)所需空間

　　由于碼流提升，同等時(shí)間長度下，高清視頻存儲(chǔ)空間大約是標(biāo)清視頻存儲(chǔ)空間的3~8倍，極大增加了高清系統(tǒng)部署的成本。同時(shí)錄像視頻數(shù)據(jù)價(jià)值隨著時(shí)間的增長線性降低，也就是說，隨著時(shí)間延伸，錄像數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù)就越多?；谶@種認(rèn)知引入了在IT領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟的“數(shù)據(jù)生命周期管理(ILM，Information Lifecycle Management)”的理念，通過正常滿幀存儲(chǔ)、I幀抽幀存儲(chǔ)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份等手段，大大降低了高清視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，僅通過抽幀存儲(chǔ)就可以使錄像存儲(chǔ)空間下降到正常滿幀存儲(chǔ)所需空間的30%左右(圖2)。

圖2  數(shù)據(jù)的生命周期管理圖

　　此外監(jiān)控系統(tǒng)還可通過事件觸發(fā)存儲(chǔ)的方式降低高清監(jiān)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)需求空間，如只存儲(chǔ)活動(dòng)畫面，靜止畫面不存儲(chǔ);只有報(bào)警觸發(fā)后視頻才進(jìn)行錄像存儲(chǔ)，無報(bào)警的視頻畫面不予錄像等。

　　三碼流前端助力高清廣域聯(lián)網(wǎng)

　　隨著煙草行業(yè)信息化不斷的發(fā)展，安防水平不斷的提升，省中煙公司、省市煙草專賣局都需查看調(diào)閱下轄卷煙廠或物流中心的實(shí)時(shí)或歷史監(jiān)控圖像，視頻監(jiān)控系統(tǒng)廣域聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程圖像調(diào)閱逐步提上議事日程。但隨著高清系統(tǒng)部署，高清圖像在遠(yuǎn)低于局域網(wǎng)帶寬水平的廣域網(wǎng)鏈路傳送成了大問題，由于廣域鏈路帶寬相對(duì)緊張，高清圖像在遠(yuǎn)程查看很容易出現(xiàn)卡頓、馬賽克等現(xiàn)象，其圖像質(zhì)量甚至低于標(biāo)清圖像。

　　為支持高清圖像的遠(yuǎn)程調(diào)閱，監(jiān)控系統(tǒng)中所采用的高清視頻前端(高清IPC和高清編碼器)可支持高清滿幀、高清抽幀、標(biāo)清滿幀三種碼流的同時(shí)發(fā)送。其中高清滿幀碼流可用于本地硬解大屏上墻，體現(xiàn)高品質(zhì)畫質(zhì);高清抽幀碼流可用于本地存儲(chǔ)，節(jié)約存儲(chǔ)空間;標(biāo)清滿幀碼流可用于廣域遠(yuǎn)程查看，為上級(jí)單位提供流暢清晰的遠(yuǎn)程畫面。

　　創(chuàng)新拼接全景監(jiān)控

　　在煙草園區(qū)全覆蓋監(jiān)控難度大。若部署多個(gè)槍機(jī)來進(jìn)行多角度監(jiān)控，則空曠場(chǎng)地布點(diǎn)施工量大，立桿、布線、取電，大大增加了工程成本;而且多個(gè)槍機(jī)的多個(gè)畫面，會(huì)造成整體場(chǎng)景的割裂，對(duì)于監(jiān)控人員掌握整體狀況產(chǎn)生困擾，容易使部分重要信息被漏掉。若部署高速球型攝像機(jī)，則可以對(duì)場(chǎng)景內(nèi)每一個(gè)細(xì)節(jié)都查看到，但球機(jī)固有的監(jiān)控盲點(diǎn)問題導(dǎo)致除了當(dāng)前查看的場(chǎng)景外，畫面外的場(chǎng)景都成了死角，被忽略或遺漏，于錄像存儲(chǔ)尤其不利。

　　對(duì)于堆場(chǎng)這種大空間監(jiān)控，可采用多個(gè)高清槍式攝像機(jī)的畫面拼接出一幅180°的高清全景畫面。由于是通用槍機(jī)，可以選配合適的中焦高清鏡頭，即保證了沒有廣角鏡頭的魚眼變形，又可以保證相當(dāng)?shù)木吧?，?shí)現(xiàn)大角度，大景深，真正的全景監(jiān)控。

　　三幅1080P@30fps的圖像拼接，使全景實(shí)際分辨率可達(dá)到5760×1080@30fps，即620萬像素，遠(yuǎn)高于大部分全景攝像機(jī)的300萬像素，特別是由于30fps全幀活動(dòng)畫面的拼接，畫面流暢度可以保證全畫幅30fps的全幀活動(dòng)畫面，而不是某些全景攝像機(jī)的2048×1536@20fps或者4096×1536@8fps。那么在電子變焦實(shí)現(xiàn)局部放大ePTZ的時(shí)候，可以獲取更接近D1@25fps的效果，第一幅拼接大圖的上下兩排即為ePTZ的效果(圖3)。

圖3 中間的某煙廠堆場(chǎng)全景畫面就是由三副1080P的圖像拼接而成[nextpage]

　　若配合使用一臺(tái)高清快速球機(jī)，使球機(jī)的云鏡控制和全景畫面聯(lián)動(dòng)配合，即全景畫面上點(diǎn)擊哪里，球機(jī)就快速聚焦定位的哪里，實(shí)現(xiàn)光學(xué)變焦機(jī)械PTZ和電子變焦ePTZ的有機(jī)結(jié)合，能夠提供更清晰的畫面，最佳的全景監(jiān)控效果。

　　高清畫質(zhì)提高智能分析效率

　　圖像智能分析是近年來非常熱門的技術(shù)之一，很多園區(qū)采用智能分析提高監(jiān)控效率，降低工作強(qiáng)度。特別在卷煙廠如熏蒸殺蟲期間的煙葉醇化庫等場(chǎng)所，如專門部署入侵檢測(cè)系統(tǒng)來防止人員誤入，則成本太高，使用圖像智能分析中的虛擬周界是最佳解決方式。但是智能分析往往出現(xiàn)誤報(bào)與漏報(bào)現(xiàn)象，這也是智能分析技術(shù)尚未在煙草行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)大規(guī)模推廣使用的重要原因之一。

　　智能分析的漏報(bào)與誤報(bào)，除了因?yàn)榉治鏊惴ㄐ枰M(jìn)一步改進(jìn)提高之外，所分析圖像的清晰度與精細(xì)度不夠也是一個(gè)重要因素，一旦圖像的清晰度和精細(xì)度提高，智能分析程序所分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精確度也會(huì)大幅提高，智能分析結(jié)果的準(zhǔn)確率自然也會(huì)大幅提高。

　　高清前端(高清IPC和高清編碼器)采用廣播級(jí)專用芯片，提供高畫質(zhì)效果的720P/1080P高清畫面。如在1080P全高清圖像采集呈現(xiàn)的情況下， 攝像機(jī)的水平分辨率可以超過1000線，高清前端還能通過曝光校正技術(shù)消除惡劣光照條件下的負(fù)面影響，提升圖像質(zhì)量?；诟咂焚|(zhì)的圖像質(zhì)量，智能分析技術(shù)必將能在煙草園區(qū)得到廣泛的應(yīng)用(圖4)。

圖4  智能分析功能

　　立足安防，助力煙草信息化建設(shè)

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)在煙草行業(yè)不僅是安防系統(tǒng)的重要組成部分，也是煙草生產(chǎn)銷售管理系統(tǒng)的重要組成部分。如卷煙廠中的生產(chǎn)流程、工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)度管理，或者是物流中心里配合“一打兩掃”的圖像輔助留證。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可結(jié)合靈活的用戶管理，將監(jiān)控系統(tǒng)可以劃分給不同部門，不同目的的應(yīng)用使用，多種應(yīng)用，統(tǒng)一管理維護(hù)，最大限度的利用資源 ，降低成本，而無需為了安防和生產(chǎn)管理多種目的建設(shè)多套監(jiān)控系統(tǒng)(圖5)。

圖5  iVS監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　基于一套iVS系統(tǒng)為煙草企業(yè)部署不同的監(jiān)控中心，其中安防監(jiān)控中心負(fù)責(zé)安防相關(guān)的攝像機(jī)實(shí)時(shí)圖像和相關(guān)錄像查看、調(diào)用和處理，而生產(chǎn)監(jiān)控中心則負(fù)責(zé)非安防相關(guān)權(quán)限內(nèi)的實(shí)時(shí)圖像和相關(guān)錄像查看、調(diào)用和處理。兩個(gè)監(jiān)控中心互相獨(dú)立，共用一套基礎(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)。

　　結(jié)語

　　對(duì)于煙草行業(yè)的視頻監(jiān)控來說，高清是一個(gè)系統(tǒng)解決方案，不僅僅是一個(gè)高清攝像機(jī)就可以代表的， 真正的高清監(jiān)控，需要從整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)考慮高清。由于視頻信息量的倍增，必將對(duì)視頻編碼、傳輸、存儲(chǔ)系統(tǒng)帶來更大的沖擊，高清會(huì)帶來整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中對(duì)計(jì)算、傳輸、交換、存儲(chǔ)的需求增長和技術(shù)變革。高清，也將給煙草行業(yè)的視頻監(jiān)控帶來巨大的變化。