烟草园区监控在高清时代的挑战与困扰

　　所谓烟草行业的园区，主要是指烟草工业的卷烟厂和烟草商业的物流中心。随着高清监控在烟草园区监控系统特别是新建园区监控系统中的普及，也给监控系统建设、维护和使用带来了一系列的挑战与困扰。

　　· 随着前端清晰度的提升，前端码流带宽也飞速增加，在前端点位数量没有增加的情况下，原有系统平台依然需要扩容，需要增加大量服务器，增加系统向高清升级的成本;

　　· 前端码流提升带来了存储成本增加，原先能够存储30天的存储容量升级高清后可能只能存储15天，甚至更少;

　　· 为了提升管理水平，加强管控力度，现在很多卷烟厂的监控画面需要上传到中烟公司，物流中心的监控画面需要上传到省/市专卖局，在带宽相对紧张的广域链路上如何更好的传送带宽翻倍的高清视频;

　　· 高清的引入仅仅是为了满足感官体验的提升么?如何更好的使用高清画面，使投入获得更大的收益;

　　行业部分厂商依托在视频编解码、信令调度控制、IP存储和网络承载上的深厚技术积累，在产品研发、方案组合和实际项目实施中，较好的应对了高清引入后的一系列挑战，并协助烟草用户在现有技术条件下最大程度的挖掘了高清图像的使用价值。

　　NGN架构提升系统容量

　　NGN架构是视频监控系统借鉴通信技术中“下一代网络(NGN，Next Generation Networks)”中的核心思想——交换与控制分离，从而规避了流媒体转发服务器的瓶颈问题。

　　传统数字监控系统的转发能力受制于一个核心部件——流媒体转发服务器，单台流媒体服务器的转发性能=该服务器接入的前端数量×单个前端的码流，而服务器的转发性能是恒定的，因此即便服务器接入的前端数量不变，当单个前端的码流提升时——从CIF到D1，从D1到720P，从720P到1080P，服务器不足以支撑原有数量的接入前端，从而导致了系统的扩容。

　　iVS监控系统完全可不配置流媒体转发服务器，前端直接出实况流和存储流双流，实况流和存储流都是从前端直接通过IP网络写入显示终端(客户端/解码器)和存储设备，不经服务器转发，仅用作系统调度管理控制，这是交换/转发与控制分离(图1)。

图1 IVS监控系统全网架构图[nextpage]

　　这种架构的引入完全规避了流媒体转发服务器转发性能瓶颈的问题，系统的转发性能仅取决于承载网络的容量，而与服务器的性能完全无关，即便是全部部署1080P全高清前端，或者未来随着清晰度的进一步提升，码流增加至16Mb或20Mb，依然能够保证单台服务器系统5000前端的规模。

　　这种架构的引入还带来一个额外的好处，由于视频流的转发完全与服务器无关，因此系统平台服务器宕机不会影响正常进行的实时查看和录像存储，整个系统可靠性大大增强。

　　数据生命周期管理降低存储所需空间

　　由于码流提升，同等时间长度下，高清视频存储空间大约是标清视频存储空间的3~8倍，极大增加了高清系统部署的成本。同时录像视频数据价值随着时间的增长线性降低，也就是说，随着时间延伸，录像数据中的无效数据就越多。基于这种认知引入了在IT领域已经非常成熟的“数据生命周期管理(ILM，Information Lifecycle Management)”的理念，通过正常满帧存储、I帧抽帧存储、关键数据备份等手段，大大降低了高清视频数据的存储空间，仅通过抽帧存储就可以使录像存储空间下降到正常满帧存储所需空间的30%左右(图2)。

图2  数据的生命周期管理图

　　此外监控系统还可通过事件触发存储的方式降低高清监控系统的存储需求空间，如只存储活动画面，静止画面不存储;只有报警触发后视频才进行录像存储，无报警的视频画面不予录像等。

　　三码流前端助力高清广域联网

　　随着烟草行业信息化不断的发展，安防水平不断的提升，省中烟公司、省市烟草专卖局都需查看调阅下辖卷烟厂或物流中心的实时或历史监控图像，视频监控系统广域联网、远程图像调阅逐步提上议事日程。但随着高清系统部署，高清图像在远低于局域网带宽水平的广域网链路传送成了大问题，由于广域链路带宽相对紧张，高清图像在远程查看很容易出现卡顿、马赛克等现象，其图像质量甚至低于标清图像。

　　为支持高清图像的远程调阅，监控系统中所采用的高清视频前端(高清IPC和高清编码器)可支持高清满帧、高清抽帧、标清满帧三种码流的同时发送。其中高清满帧码流可用于本地硬解大屏上墙，体现高品质画质;高清抽帧码流可用于本地存储，节约存储空间;标清满帧码流可用于广域远程查看，为上级单位提供流畅清晰的远程画面。

　　创新拼接全景监控

　　在烟草园区全覆盖监控难度大。若部署多个枪机来进行多角度监控，则空旷场地布点施工量大，立杆、布线、取电，大大增加了工程成本;而且多个枪机的多个画面，会造成整体场景的割裂，对于监控人员掌握整体状况产生困扰，容易使部分重要信息被漏掉。若部署高速球型摄像机，则可以对场景内每一个细节都查看到，但球机固有的监控盲点问题导致除了当前查看的场景外，画面外的场景都成了死角，被忽略或遗漏，于录像存储尤其不利。

　　对于堆场这种大空间监控，可采用多个高清枪式摄像机的画面拼接出一幅180°的高清全景画面。由于是通用枪机，可以选配合适的中焦高清镜头，即保证了没有广角镜头的鱼眼变形，又可以保证相当的景深，实现大角度，大景深，真正的全景监控。

　　三幅1080P@30fps的图像拼接，使全景实际分辨率可达到5760×1080@30fps，即620万像素，远高于大部分全景摄像机的300万像素，特别是由于30fps全帧活动画面的拼接，画面流畅度可以保证全画幅30fps的全帧活动画面，而不是某些全景摄像机的2048×1536@20fps或者4096×1536@8fps。那么在电子变焦实现局部放大ePTZ的时候，可以获取更接近D1@25fps的效果，第一幅拼接大图的上下两排即为ePTZ的效果(图3)。

图3 中间的某烟厂堆场全景画面就是由三副1080P的图像拼接而成[nextpage]

　　若配合使用一台高清快速球机，使球机的云镜控制和全景画面联动配合，即全景画面上点击哪里，球机就快速聚焦定位的哪里，实现光学变焦机械PTZ和电子变焦ePTZ的有机结合，能够提供更清晰的画面，最佳的全景监控效果。

　　高清画质提高智能分析效率

　　图像智能分析是近年来非常热门的技术之一，很多园区采用智能分析提高监控效率，降低工作强度。特别在卷烟厂如熏蒸杀虫期间的烟叶醇化库等场所，如专门部署入侵检测系统来防止人员误入，则成本太高，使用图像智能分析中的虚拟周界是最佳解决方式。但是智能分析往往出现误报与漏报现象，这也是智能分析技术尚未在烟草行业监控系统大规模推广使用的重要原因之一。

　　智能分析的漏报与误报，除了因为分析算法需要进一步改进提高之外，所分析图像的清晰度与精细度不够也是一个重要因素，一旦图像的清晰度和精细度提高，智能分析程序所分析的基础数据精确度也会大幅提高，智能分析结果的准确率自然也会大幅提高。

　　高清前端(高清IPC和高清编码器)采用广播级专用芯片，提供高画质效果的720P/1080P高清画面。如在1080P全高清图像采集呈现的情况下， 摄像机的水平分辨率可以超过1000线，高清前端还能通过曝光校正技术消除恶劣光照条件下的负面影响，提升图像质量。基于高品质的图像质量，智能分析技术必将能在烟草园区得到广泛的应用(图4)。

图4  智能分析功能

　　立足安防，助力烟草信息化建设

　　视频监控系统在烟草行业不仅是安防系统的重要组成部分，也是烟草生产销售管理系统的重要组成部分。如卷烟厂中的生产流程、工艺的实时监控调度管理，或者是物流中心里配合“一打两扫”的图像辅助留证。

　　视频监控系统，可结合灵活的用户管理，将监控系统可以划分给不同部门，不同目的的应用使用，多种应用，统一管理维护，最大限度的利用资源 ，降低成本，而无需为了安防和生产管理多种目的建设多套监控系统(图5)。

图5  iVS监控系统架构图

　　基于一套iVS系统为烟草企业部署不同的监控中心，其中安防监控中心负责安防相关的摄像机实时图像和相关录像查看、调用和处理，而生产监控中心则负责非安防相关权限内的实时图像和相关录像查看、调用和处理。两个监控中心互相独立，共用一套基础监控系统。

　　结语

　　对于烟草行业的视频监控来说，高清是一个系统解决方案，不仅仅是一个高清摄像机就可以代表的， 真正的高清监控，需要从整个监控系统考虑高清。由于视频信息量的倍增，必将对视频编码、传输、存储系统带来更大的冲击，高清会带来整个产业链中对计算、传输、交换、存储的需求增长和技术变革。高清，也将给烟草行业的视频监控带来巨大的变化。