随着我国高速公路建设的快速发展，其视频监控系统也经历了模拟、数模混合及全数字等多次技术变迁。来到近两年，高清视频监控需求不断被提出，特别是高速公路领域，对高清视频监控系统的需求更为强烈。然而，如何构建一个可以满足实际应用需求的高清视频监控系统，也成为了建设方、设计单位及设备厂商需要面临的全新挑战。为此，本文将主要针对当前常用的几种高清视频监控技术的特点进行分析，为构建高速公路高清视频监控系统提供参考。

一、高清视频的优势

高速公路交警以及管理处经常会有这样的抱怨：图像不清楚，无法看清车牌和驾驶室里的情况；在交通事故后去查看录像，却看不清详实具体的事故情况，等等。这主要是因为当前的高速公路视频监控系统受制于原先的电视制式，图像清晰度最高只能达到D1的标准（720×576），而无法提供更高清晰度的视频。因此，在高速公路应用领域对高清视频监控系统的需求更加迫切。

“高清”的概念与标准最早是由广播电视业提出的，其主要有三种标准：720P、1080i、1080P，其画面宽高比定义为16：9。720P即是1280×720分辨率，1080i与1080P是1920×1080分辨率，后缀“i”和“p”分别表示隔行扫描与逐行扫描。其中，1080P是最高等级的高清视频清晰度标准。表1是高清视频与标清视频在分辨率上的对比：

表1 高清视频与标清视频在分辨率上的对比

二.高清视频数字编码

高清视频数字编码可分为数字非压缩编码及数字压缩编码（IP网络高清）两种方案。两种方案各有优点，也有各自存在的问题，选择哪种方案就要视项目的实际需求来定。

数字非压缩编码，顾名思义就是对视频进行数字采样编码，视频信号不经过任何压缩技术处理。数字非压缩方案广泛应用于广播电影电视行业，其接口普遍采用HD-SDI，可满足SMPTE定义的高清视频标准。这种方案的优点是视频质量非常高，同时实时性好、延时低。但非压缩的高清视频码流非常大，以30fps的速度传输1路1920×1080高清视频，所需数据速率达1.5Gbps。而且数字非压缩的高清视频无法以TCP/IP的方案进行传输，所以在高速公路的高清视频监控系统中，如果采用数字非压缩的方式，对光纤的需求非常大。另外存储时还需要采用压缩技术，否则视频资料的存储将占用极大的存储容量。

相对于数字非压缩方式，数字压缩编码的高清视频（也可称为IP网络高清视频）是经过了压缩处理的，其码流有大幅度的降低，且通过TCP/IP网络进行传输，在后期的存储及发布时也较非压缩方式更为方便。在视频监控行业内最常用的高清视频编码格式有MPEG-2、MPEG-4、M-JPEG和H.264四种算法。

三、高清视频数字接口的选择

不管是采用数字非压缩编码还是数字压缩编码，视频最终还是需要在显示设备上输出。目前高清视频数字接口主要有HDMI、DVI及HD-SDI三种。

HDMI的英文全称是“High Definition Multimedia”，中文的意思是高清晰度多媒体接口。HDMI接口可以提供高达5Gbps的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。现今大部份高清电视均采用HDMI接口，其最远传输距离为15米。

DVI全称为“Digital Visual Interface”。它是1999年由Silicon Image、Intel、IBM、HP、NEC、Fujitsu等公司共同组成DDWG（Digital Display Working Group，数字显示工作组）推出的接口标准。DVI有DVI-A、DVI-D和DVI-I三种不同的接口形式，目前应用主要以DVI-D为主，其能接收数字信号，不兼容模拟信号。DVI电缆的最大长度是不包括在规范内的，一般情况下显示1920 × 1080分辨率所需视频电缆长度可达5米。

HD-SDI采用同轴电缆传输，以BNC接头作为标准接口。其标准由SMPTE（美国电影电视工程师协会）进行定义，其中 SMTPE 292M标准定义了如何以1.485Gbps的速率，通过串行数字接口传输10比特1024级4：2：2抽样格式的高清分量视频。SMPTE 425M标准则支持10比特以及12比特的3Gbps数据流。HD-SDI传输距离可达100米，是目前高清接口中传输距离最远的接口，已广泛应用于广播和视频产品中。

各接口的特性如表2所示：

表2 HD-SDI、HDMI、DVI接口特性对比

通过以上对高清视频数字接口的介绍，可以发现在高速公路的高清视频监控系统设计中，前端高清视频源应采用HD-SDI接口，其不但传输距离远，而且其所使用的75Ω同轴电缆在施工时也最为方便。而在监控中心的输出时，则需要考虑显示设备的接口方式，一般采用HDMI或DVI接口。

四、高清视频的传输及存储

通过上述对高清视频编码、接口等的介绍后，我们进一步分析高清视频的传输及存储的解决方法。

1、高清视频传输

高清视频的传输取决于其采用的编码方式是数字非压缩还是压缩编码。这两种高清视频在码流上有着极大的区别。

如果使用的是数字非压缩编码，单路高清视频的码流将达到1.5Gbps（SMPTE 425M标准为3Gbps数据流），同时视频流不具备TCP/IP传输模式。根据前面对高清视频接口的分析，高清摄像机采用HD-SDI接口比较合理，所以一般是配置HD-SDI的视频光端机通过光纤进行高清视频的传输。

如果使用的是数字压缩编码，那么视具体的压缩算法，常用的H.264编码后的高清视频每一路需要8Mbps～16Mbps的带宽，通过TCP/IP网络进行传输。由于高清视频是高码流、持续的传输，所以对网络的要求是非常高的。在高速公路的实际应用中，一般有通过SDH通信系统传输以及组建单独的视频传输网络两种方式。无论采用什么样的网络形式，都必须认真的规划好网络带宽的分配。

2、高清视频的存储

与传输一样，高清视频的存储也要区分数字非压缩还是压缩编码。在实际应用中，高清视频的存储均是存储压缩后的视频，码流则取决于采用的压缩算法。两者的区别在于，数字非压缩的高清视频可采用HD-SDI高清DVR存储，也可以将非压缩视频先通过高清视频编码器编码，然后通过NVR完成存储。而数字压缩的高清视频则直接通过网络由NVR完成存储。不管采用何种方式，由于高清视频高码流的特点，对存储设备的容量要求都非常高，需要仔细的进行容量计算。

五、典型的高速公路高清视频监控解决方案

从以上针对高清视频监控相关技术及视频标准的介绍，可以让我们更加深刻地了解到，高清视频监控系统可以很好地满足高速公路领域的视频监控需求，而以深圳市诺龙实业有限公司为首的一些视频传输解决方案提供商也针对高速公路领域需求推出了全高清视频监控解决方案，主要有IP网络高清视频监控解决方案。

1、IP网络高清视频监控解决方案

该方案可采光纤传输网为骨干，将高清摄像机采集的图像通过远端业务接入设备ONU/OMU以星型、链式或环网的方式上传至监控室，而局端业务接收及交换设备OLT则完成各种业务的接入、汇聚及交换。另根据项目的实际需要可配置存储、显示等设备。该系统搭建架构如图2。