方案與產品

高清通信指揮車

一、應用背景

傳統通信指揮車監控系統大部分都只能到達4CIF(704×576)或者D1(720×480)的分辨率,存在圖像清晰度低、可視范圍小、視頻圖像利用率低下等缺點,綜合當前視頻監控系統的應用特點和發展趨勢,總結多年的通信指揮車載系統設計經驗,提出了全高清通信指揮車載平臺解決方案。方案采用改進的全高清長焦視頻監控技術,突破目前標清車載視頻監控圖像采集、傳輸、交換、顯示和記錄的瓶頸,可達到多路實時(25幀/秒)長焦(320mm) 1080p (1920×1080) 分辨率的全高清監控能力。

二、總體設計思路

系統采用全高清架構,包括光路、采集、壓縮、傳輸、交換、顯示、處理和記錄的完整環節都滿足全高清視頻的要求。系統性能適用當前主流的高清制式尺寸包括1920×1080或1600×1200的200萬像素規格。

主設備參考cPCI/PXIe/ATCA規范的電信級平臺設計,功能模塊采用插拔式板卡形式,集成度、可靠性滿足車載要求;高清視頻流規模達到大于雙4路以覆蓋車輛四周。

高速背板設計高清數字流和網絡流雙交換總線滿足畫質、交換和傳輸的要求。

系統設計高速計算模塊提供高清視頻實時處理能力,丟幀恢復和內容檢測。

基于高清長焦采集光路對偽裝光路進行特殊設計,使系統可以在車內配置300mm以上的高清長焦鏡頭。采集編碼雙通道輸出采用前向糾錯編碼技術(FEC)抵抗車體復雜環境干擾。

顯示單元設計兼容HDMI和IP兩種通道系統顯示器。

存儲單元設計基于主流高清NVR方式,能根據需要配置RAID模式。

控制總線和協議要滿足多機位長焦跟控要求,控制軟件能多偵察員協同操作。

三、技術設計

整個系統由通信指揮車載平臺單元、高清長焦攝像機、顯示單元、存儲單元、控制單元等部分組成,通過車載千兆網絡總線(1000Base-T)和高清數字傳輸線(HDMI)連接,其中前端總線具備網絡供電(PoE)功能,如圖所示。

 系統組成

(一)通信指揮車載平臺單元

通信指揮車載平臺單元是整個通信指揮車的綜合處理設備,參考cPCI\PXIe\ATCA 規范設計,支持模擬與數字視頻、標清與高清視頻的矩陣切換功能,支持視頻集中編解碼、集中交換等功能。平臺單元機箱高度4U,標準機架式設計,具備雙電源冗余切換和智能風扇自動調溫。平臺內含多個PICMG規范功能模塊插板槽位,2個控制板槽位具備背板切換電路支持主副控模塊的雙機熱備。平臺單元還留有擴展槽位方便集成高清無線傳輸模塊。用戶可以根據功能要求靈活配置,滿足未來功能擴展升級的需要。插針設計支持功能插板的熱插拔,即可以在平臺正常工作時,對功能插板進行插拔操作,從而提高了車載平臺的擴展性、靈活性以及對故障的及時恢復能力。平臺單元包括主控模塊插板、高清視頻輸入輸出模塊插板、無阻塞雙流交換背板和計算模塊插板。

1、主控模塊插板

主控模塊基于ARM運行嵌入式Linux OS及應用程序,管理各種外設接口,負責數據通信。為了實現運行高可靠性,系統可以裝備兩塊一模一樣的主控模塊插板配置成雙機熱備運行模式。當一塊主控模塊發生故障時,系統自動切換到另一塊主控模塊,實現無縫運行。

2、高清視頻輸入輸出模塊插板

高清視頻輸入輸出模塊插板提供平臺單元的視頻接口,根據實際系統規模要求可以調整插板的數量。輸入模塊內嵌H.264壓縮算法,可以通過光纖接口連接前端高清數字采集模塊,接收非壓縮高清視頻信號直接輸入,支持多路4CIF/HD1080P格式圖像編碼。輸出模塊同時支持網絡壓縮數據流解碼輸出和原始數據流直接輸出。支持多路4CIF/HD1080P圖像解碼和HDMI接口輸出。 

3、無阻塞雙流交換背板

平臺無阻塞背板設計有數字視頻高速交換總線和千兆以太網交換總線。數字視頻高速交換總線用于傳輸非壓縮的視頻數據,保證視頻的低延時和高質量的性能,以太網總線用于傳輸編碼后的視頻數據,實現視頻數據的存儲、預覽、回放等應用。

 

圖:無阻塞雙流交換背板

4、計算模塊暨視頻實時處理模塊

計算模塊插板上配置有高性能SOC(DSP+ARM)和FPGA資源,具備高效視頻編解碼和實時處理能力。可以內嵌和系統前端高清采集模塊匹配的解碼算法實現高清LPR丟幀恢復(Loss Packet Recovery),還可以配置成各種實時視頻內容分析處理模塊擴展智能視頻分析業務,實現各種智能視頻分析功能,如跨線檢測、流量統計、進入區域、物品放置拿取等。

(二)高清長焦攝像系統

高清長焦攝像系統采用了主機配合鏡頭組的方式。鏡頭組包括可更換長焦高清鏡頭和高清采集編碼模塊。設備的圖像取證能力主要取決于裝備的鏡頭組件,目前可裝備的鏡頭組件包括10-320mm長焦高清鏡頭組件、7.8-63mm標準高清鏡頭組件以及8-48mm微光鏡頭組件,高清鏡頭組具有1080p全幀率的圖像拍攝能力,獲取圖像尺寸可達到1920×1080或1600×1200的200萬像素。高清圖像采集編碼模塊采用基于H.264的可擴展視頻編碼(SVC),模塊內還集成了帶前向糾錯技術(FEC)的雙通道多碼流輸出接口,實現了在車載復雜環境下大容量高清視頻數據的可靠傳輸。鏡頭組件設計成可據現場需要快速拆卸更換,以滿足全天候的圖像取證需求。

(三)顯示單元設計

系統顯示器分HDMI和IP兩種通道。其中主顯示器基于HDMI數字通道。HDMI通道克服了模擬視頻圖像質量低、多級級聯信號衰的弊端,實現圖像質量質的飛躍;也克服了IP視頻圖像延時較大的問題,延時介于模擬視頻和網絡視頻之間,能滿足實戰應用中長焦畫面跟蹤控制的需要。而網絡通道顯示器則基于網絡高清解碼,圖像質量有所損失,延時較長,但部署靈活方便。

(四)存儲單元設計

存儲單元采用視頻監控系統主流的NVR存儲方式。為了在車載環境惡劣使用條件下可靠記錄數據,可根據需要采用各種RAID機制。 存儲單元兼容200萬像素高清、130萬像素高清、4CIF標清圖像編碼。

(五)控制設計

由于平臺設備模塊多種多樣,數量也要可擴展,平臺控制系統基于車載控制總線和以太網絡。控制總線支持MODBUS協議,滿足裝備800mm以上長焦高清鏡頭時的實時跟控要求。以太網絡支持TCP/IP協議簇,支持TCP、UDP、RTP、DHCP、DNS等協議。控制軟件基于多終端設計,可以部署在車載以太網絡內的多臺電腦上,便于多用戶協同操作。控制軟件還可運行于帶觸控的平板電腦。

四、部署應用

根據上述設計研發的高清通信指揮車,在國內首次將全高清長焦攝像系統應用到車載平臺上,大大提高了通信指揮車車載圖像獲取能力。

 全高清長焦攝像系統實際效果

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