HD-SDI攝像機在CATV監(jiān)控中的應用

  一、背景介紹

　　安全監(jiān)控系統(tǒng)從模擬走向數(shù)字，從封閉式邁向開放式網(wǎng)絡化，影像質(zhì)量也越走越高，進入百萬像素時代，并且對于產(chǎn)品更加智能化更無疑義。這些方向都是大勢所趨，業(yè)界也樂于面對接受挑戰(zhàn)。不過讓安控產(chǎn)業(yè)頭痛的問題在于互操作性，在各家產(chǎn)品系統(tǒng)規(guī)格不一的情況下,無法互通又怎么建構(gòu)開放的連網(wǎng)環(huán)境呢?

　　有鑒于此,從08年開始先后有PSIA聯(lián)盟與ONVIF論壇發(fā)起，去年繼有HDcctv聯(lián)盟成立,都希望建立聯(lián)盟勢力然后實現(xiàn)一統(tǒng)監(jiān)控標準規(guī)格的愿景。相對于擁有Axis，Sony，Bosch等安防巨頭的ONVIF和擁有Cisco、GE、Honeywell與Panasonic等實力雄厚的聯(lián)盟成員的PSIA，HDcctv聯(lián)盟并不為人所知，標準陣營規(guī)模也較小，特許會員包括HD-DSI芯片設計業(yè)者Gennum、視頻編譯碼技術(shù)新創(chuàng)公司 Stretch、攝影機制造商Ovii、中國臺灣的安全系統(tǒng)ODM廠商EverFocus公司和CSST。

　　HDcctv聯(lián)盟針對模擬CCTV升級而成立，針對高畫質(zhì)保全系統(tǒng)應用所開發(fā)的一項新標準。HDcctv已經(jīng)發(fā)表了0.9版的標準內(nèi)容，負責推動新標準的組織HDcctv聯(lián)盟期望能在09年9月推出采用最終1.0版標準的攝影機，并計劃今年推出完整的系統(tǒng)。 而新標準原本是定義關于透過HD-SDI鏈接來交換視頻分辨率與訊框率信息的交握協(xié)議;HDcctv聯(lián)盟希望未來的標準版本還能透過HD-SDI纜線支持雙向語音與電力。跟其他陣營訴求IP化不同的是，HDcctv是標榜讓現(xiàn)行模擬CCTV系統(tǒng)業(yè)者升級至HD畫質(zhì)的便捷之路。

　　目前ONVIF、PSIA與HDcctv仍舊是壁壘分明，分別在網(wǎng)絡與閉路高清中扮演重要的角色。

　　網(wǎng)絡部分，ONVIF、PSIA帶給網(wǎng)絡監(jiān)控最明顯的好處就是統(tǒng)一了標準。基于SOAP的ONVIF，比起基于REST的PSIA定義顯得更為嚴格，可保證百分百的兼容，但在整合性上后者則比較有彈性，較容易與門禁等其它安防系統(tǒng)做整合，以目前看來，ONVIF由于其主要成員在網(wǎng)絡監(jiān)控壟斷了幾乎六成的市場，似乎比起PSIA更加強勢，但不論最后是共存還是由一方勝出，由兼容性所帶來的成本降低將會推動網(wǎng)絡監(jiān)控在未來幾年更快的實現(xiàn)。

　　而在HDcctv(閉路高清)的部份則是依賴其特性強攻大型專案之外的市場，比如初始布線即為CCTV要升級為高清CCTV的市場，或者需要實時視頻監(jiān)控的區(qū)域，比如賭場與注重實時轉(zhuǎn)播的地方。閉路高清(HDcctv)兼顧了模擬監(jiān)控的方便性與網(wǎng)絡高清的圖像畫質(zhì)，讓使用者在最熟悉的環(huán)境下實現(xiàn)全高清視頻監(jiān)控。

　　二、技術(shù)特性對比

　　隨著人們對視覺效果要求的不斷提高，畫面的清晰度也在不斷的提高，“高清”的概念也得到了廣泛的認識。在電器賣場，隨處可見的，如：家用高清數(shù)字攝像機、全高清液晶電視、藍光DVD等等，1080P和720P已經(jīng)成為了目前衡量畫質(zhì)的一個標準并且被廣泛接受。

　　在視頻會議領域，自2006年LifeSize推出業(yè)內(nèi)第一款720P產(chǎn)品，到后來科達推出業(yè)內(nèi)第一款1080P產(chǎn)品，高清早已獲得應用，并已成為目前的主力市場。而在視頻監(jiān)控領域，受各種因素的影響，高清才剛剛起步。而近幾年“高清”的概念在視頻監(jiān)控行業(yè)火熱以來，越多來越多的廠商開始推出 “高清”化的產(chǎn)品。透過市場上品類繁多的“高清產(chǎn)品”背后，我們發(fā)現(xiàn)，有很多產(chǎn)品對“高清”的指標理解不一，表現(xiàn)效果也是千差萬別。那么，視頻監(jiān)控行業(yè) “高清”的概念究竟是什么呢?

        根據(jù)美國電影電視工程師協(xié)會(SMPTE)、國際電聯(lián)(ITU)和我國國家廣電的相關定義，真正的高清視頻格式目前主要有三種：720P(1280*720分辨率，16:9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz);1080i(1920*1080分辨率，16:9寬屏顯示，隔行掃描 /60Hz);1080P(1920*1080分辨率，16:9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz)。其中，1080P是最高等級的高清視頻清晰度標準。 

　　在這個新的方向上對于高清攝像機也有了新的要求。首先是相機的分辨率，高清信號源才能使HDTV發(fā)揮出自己高清的本色，這點當然需要百萬像素的相機才能達到。然而，“百萬像素”概念并不是一個公認標準而只是行業(yè)采用的一個最佳實踐，它具體指數(shù)字攝像機的圖像傳感器元素的數(shù)量。由于高分辨率往往伴隨著大量的圖像數(shù)據(jù)，這常常會影響幀速率。因此，僅僅有百萬像素攝像機還不能保證高圖像質(zhì)量。相比之下，滿足任何給定HDTV標準的網(wǎng)絡攝像機一定能夠提供某種分辨率、幀速率和色彩保真度，從而始終確保視頻質(zhì)量。全高清1080P則是最好的選擇。所謂全高清(FULLHD)，是指物理分辨率高達 1920×1080顯示(包括1080i和1080P)，其中i(interlace)是指隔行掃描;P(Progressive)代表逐行掃描，這兩者在畫面的精細度上有著很大的差別，1080P的畫質(zhì)要勝過1080i。對應地把720p稱為標準高清。很顯然，由于在傳輸?shù)倪^程中數(shù)據(jù)信息更加豐富，所以 1080p在分辨率上更有優(yōu)勢，尤其在大屏幕電視方面，1080P能確保更清晰的畫質(zhì)。

　　其次就是攝像機接口的選擇。這正意義上的高清接口包括HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI這幾種，而從下表中可以很清晰的看到，在目前的高清數(shù)字接口中HD-SDI接口的綜合優(yōu)勢。同時，HD-SDI又是廣電行業(yè)的標準接口，因此可以說HD-SDI是最適合的純高清數(shù)字接口。

　　經(jīng)過對高清視頻監(jiān)控市場多年的調(diào)研，加之圖像行業(yè)長達14年的積累，凌云公司強勢推出了以高清接口HD-SDI為主打的高清監(jiān)控攝像機，命名為 Magnolia－－木蘭，為中國的機器視覺企業(yè)與高端監(jiān)控行業(yè)接軌做出了新的嘗試，也為閉路高清監(jiān)控(HDcctv)領域提供了一款極其競爭力的高品質(zhì)產(chǎn)品。下面就凌云公司的HD-SDI攝像機與市場上一般的高清IP Camara在技術(shù)參數(shù)上進行一下全方位的對比：

    　我們從上面的技術(shù)參數(shù)進行細細分析，可以得出HDcctv相對于IPC的三大優(yōu)勢： 

　　1. 不失真的可靠度：它不像數(shù)字監(jiān)控資料是在壓縮后以封包方式網(wǎng)絡傳輸，以未經(jīng)壓縮的數(shù)字資料在同軸電纜上傳輸，不會失真;HDcctv所提供的未壓縮過的高清圖像，可提供智能監(jiān)控所需的最佳高清圖像來源。

　　2. 高清等級的實時圖像：它在傳輸過程中沒有產(chǎn)生壓縮與封包化的動作，不會像一般數(shù)字高清產(chǎn)生圖像延遲問題，在講究實時監(jiān)控的場合特別適合，例如賭場;

　　3. 如同CCTV一樣的安裝方式：使用已有的同軸電纜線從模擬升級到FullHD的分辨率，只要更換攝像機與DVR即可，比起轉(zhuǎn)換到IP網(wǎng)絡監(jiān)控，經(jīng)銷商/工程商不需再做額外的升級和學習復雜的網(wǎng)絡知識;可在同軸電纜上多任務傳輸：并同時傳輸視頻/雙向音頻/雙向控制/電源，節(jié)省布線成本;

　　Magnolia一經(jīng)推出，就有幸參與到了上海浦東新區(qū)城市監(jiān)控高清覆蓋項目，這一截止到目前國內(nèi)最大單一視頻監(jiān)控項目，也是目前全球最大的高清監(jiān)控項目。該項目有超過一萬余個監(jiān)控點，大規(guī)模采用了高清技術(shù)，成為中國監(jiān)控市場上第一個名副其實的大型高清監(jiān)控工程，具有深遠的代表意義。 凌云公司為其提供了系列高清監(jiān)控產(chǎn)品，并成為高清攝像機提供商之一，實現(xiàn)了1080P的CCD高清視頻采集，為世博提供了有力的安全保障。

　　然而， 在傳統(tǒng)的閉路高清領域，HD-SDI攝像機仍然有更加廣泛的應用范圍，下面就以一個實際案例來展示一下HDcctv方案在CATV監(jiān)控中的應用。

　　三、HD-SDI攝像機在CATV監(jiān)控中的應用

　　CATV稱為有線電視網(wǎng),由有線電視公司運營,提供廣播業(yè)務,包括電視,圖文電視等,CATV網(wǎng)采用模擬傳輸方式,是一種模擬網(wǎng)絡基本上，CATV電纜是用作寬帶傳輸，有別于其他以太網(wǎng)物理層所采用的基帶傳輸，寬帶布線系統(tǒng)可將頻帶分割成不同頻譜，而再通過不同頻帶去提供不同服務，此種技術(shù)已于有線電視廣播上廣泛采用，在同一電纜上同時提供多種電視頻道，由于每一頻道都占用不同頻帶，所以能夠互不干擾。

　　HD-SDI高清攝像機：直接輸出1080P高清格式的視頻可以和廣電后端設備直接連接.如凌云公司的Magnolia是一款為ITS及高端監(jiān)控量身定制的高清相機。它除了具有標準監(jiān)控相機的3A功能(Auto Shutter, Auto Gain, Auto IRIS)以外，同時還具有Auto Gamma這一獨特的功能，配合上相機本身的高靈敏度，高信噪比，高動態(tài)范圍等一些列的特點，為我們夜間的圖像效果及圖像亮度提供了良好的保障。 

　　HD-SDI 光纖收發(fā)器：HD-SDI的傳輸距離只有100米左右，通過光纖收發(fā)器可以解決長距離傳輸問題，并且體積小巧，可以和相機一起安裝在防護罩內(nèi)。

　　高清編碼器：編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。高清相機輸出的數(shù)據(jù)量非常龐大(1.45Gbps)，高清編碼器可以有效地對于龐大視頻數(shù)據(jù)進行處理，壓縮成符合QAM調(diào)制器要求的H.264格式的數(shù)據(jù)，便于下一步的處理。

　　碼流復用器: 將多個單節(jié)目TS流或多節(jié)目TS流，復接為一個包含這些碼流內(nèi)容的多節(jié)目TS流。一般，復用器還提供PID、Service ID、Tansport ID、SI、PSI的映射和生成等功能?？蓪⒉煌瑏碓慈鏜PEG-2、H264編碼，其他業(yè)務TS碼流輸入到多路單節(jié)目TS(SPTS)碼流或多節(jié)目 TS(MPTS)數(shù)據(jù)，復接成一路多節(jié)目TS(MPTS)碼流。同時，它可對輸入的所有節(jié)目的PSI/SI表的PID進行過濾，重新生成和編輯。并可在輸出碼流中插入EPGCA及數(shù)據(jù)廣播信息。

　　QAM調(diào)制器：QAM調(diào)制器的工作原理是這樣的，發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號編碼器內(nèi)被分成兩路(速率各為原來的1/2)，分別與一對正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。與其它調(diào)制技術(shù)相比,QAM編碼具有能充分利用帶寬、抗噪聲能力強等優(yōu)點。即通過調(diào)制,可生成機頂盒可以接收處理的數(shù)字信號. 數(shù)字電視中的QAM調(diào)制解將TS流進行QAM64調(diào)制，即將TS流的基帶信號調(diào)制到載波上，然后送入有線電視網(wǎng)。

　　高清數(shù)字機頂盒: 機頂盒的全稱叫做“數(shù)字電視機頂盒”，它是一種將數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的變換設備，它對經(jīng)過數(shù)字化壓縮的圖像和聲音信號進行解碼還原，產(chǎn)生模擬的視頻和聲音信號，通過電視顯示器和音響設備給觀眾提供高質(zhì)量的電視節(jié)目。它采用了兼容的辦法，在中國一直延續(xù)到現(xiàn)在。因此,高清數(shù)字機頂盒則是將數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換成高清信號的變換設備,一般配有HDMI高清數(shù)據(jù)接口,可在相對應的電視上呈現(xiàn)最高為1080P的畫質(zhì).

　　政府法律機構(gòu)，如法院、檢察院等作為國家的重要的部門，不僅要求辦公環(huán)境典雅舒適，更要求具有安全性和可靠性, 為了確保大樓的安全以及保證審判過程的公正與公平，杜絕審判過程的瀆職行為，在意外情況發(fā)生時，避免事態(tài)擴大，及時得到控制，閉路監(jiān)控的設計將確保法院的安全。而廣播電視網(wǎng)絡做為一種比較成熟的應用方案非常符合這類場所的特殊要求，通過現(xiàn)有的成熟的光電設備進行編碼，整合，調(diào)制等步驟可以將原始的監(jiān)控信號完美的傳入各種符合廣電標準的網(wǎng)絡，再通過數(shù)字機頂盒的解碼可以還原信號。對于用戶來說實時監(jiān)控可以入收看電視節(jié)目一樣的輕松。

　　目前，我們正處于畫質(zhì)革命的時代里。高清數(shù)字攝像機在逐步的取代之前的模擬設備，而對于廣電網(wǎng)絡監(jiān)控領域，市面上的IP高清網(wǎng)絡攝像機不能利用現(xiàn)有的資源，如果要做系統(tǒng)升級的話，那么現(xiàn)有的整個體系將會完全被改變，必然會帶來成本上的增加以及資源的浪費。

　　而具有HD-SDI接口的高清數(shù)字相機就非常適合作為設備替換的首選。HD-SDI是一個物理形態(tài)為BNC的接口，而且也是廣電行業(yè)的專用接口，只需將編碼器，解碼用的數(shù)字機頂盒換成支持高清的就可以形成新的高清監(jiān)控系統(tǒng)，原有的線纜，調(diào)制器，碼流復用器等設備都可以保留，節(jié)約了很大的成本。高清晰的畫質(zhì)更加描繪所拍場景的細節(jié)，使監(jiān)控系統(tǒng)更完美，更高效。