新建安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)選用數(shù)字監(jiān)控技術(shù)的十大理由

　　2014年8月由全國安全防范報(bào)警系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC100)歸口并組織起草的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T30147-2013《安防監(jiān)控視頻實(shí)時智能分析設(shè)備技術(shù)要求》和GB/T30148-2013《安全防范報(bào)警設(shè)備電磁兼容抗擾要求和實(shí)驗(yàn)方法》。這是經(jīng)過國家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會發(fā)布，已經(jīng)開始實(shí)施，這是我國第一個視頻智能分析方面的國家標(biāo)準(zhǔn)。

　　筆者由于工作關(guān)系近三年參與了宜昌市政府部門、企事業(yè)單位、新建居民小區(qū)等三十余個安全技術(shù)防范系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、招標(biāo)項(xiàng)目評審與項(xiàng)目驗(yàn)收，有近50%的項(xiàng)目仍然使用的是傳統(tǒng)的模擬解決方案。這些模擬系統(tǒng)中建設(shè)整體質(zhì)量不高，存在著選用產(chǎn)品檔次不高、子系統(tǒng)建設(shè)不全、防范布點(diǎn)不合理、系統(tǒng)產(chǎn)品之間搭配不恰當(dāng)?shù)葐栴}，個別系統(tǒng)建成運(yùn)行不久就處于癱瘓狀態(tài)，同時這些模擬系統(tǒng)在接入宜昌市電子政務(wù)網(wǎng)剛剛建設(shè)的視頻云平臺時也遇到了許多障礙，所以以提案的形式建議宜昌市政府組織專家和學(xué)者研討論證，制定出臺《宜昌市數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)要求》，學(xué)習(xí)上海等外地省市的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，從2015年開始凡是新申報(bào)的安全技術(shù)防范系統(tǒng)方案均應(yīng)采用數(shù)字系統(tǒng)，并應(yīng)符合《宜昌市數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)要求》。同時對現(xiàn)有模擬視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)改造建議如下：①、攝像機(jī)等核心設(shè)備更換率超過總數(shù)的50%(含)，應(yīng)對系統(tǒng)按《宜昌市數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)要求》進(jìn)行整體改造;②、其他情況可按模擬視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造，不作硬性要求。

　　安防視頻監(jiān)控技術(shù)自二十世紀(jì)八十年代在我國興起發(fā)展至今，先后經(jīng)歷了模擬監(jiān)控技術(shù)、模數(shù)結(jié)合監(jiān)控技術(shù)、數(shù)字監(jiān)控技術(shù)三個階段。

　　第一階段：七十年代末到九十年代中期，這個階段以閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)為主，也就是第一代模擬電視監(jiān)控系統(tǒng)，其傳輸媒介為視頻線纜(同軸電纜)。由控制主機(jī)進(jìn)行模擬處理，主要應(yīng)用于銀行等金融行業(yè)等重點(diǎn)安全防范單位。

　　第二階段：九十年代中期至九十年代末，以基于PC機(jī)插卡式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主，此階段也被業(yè)內(nèi)人士稱為半數(shù)字時代，其傳輸媒介依然是視頻線纜(同軸電纜)。由多媒體控制主機(jī)或硬盤錄像主機(jī)(DVR)進(jìn)行數(shù)字處理與存貯，此階段的應(yīng)用多限于對安全程度要求較高的場所。

　　第三階段：九十年代末至今，以嵌入式技術(shù)為依托，以網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)為平臺，其傳輸媒介是雙絞線或光纖，以智能圖像分析為特色的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主，又稱為IP監(jiān)控系統(tǒng)，自此視頻監(jiān)控的發(fā)展進(jìn)入了數(shù)字時代。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的應(yīng)用不再局限于安全防護(hù)，逐漸也被用于遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)等領(lǐng)域。

　　安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要涉及兩大類產(chǎn)品，前端攝像機(jī)和后端錄像機(jī)，我們通過模擬與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的技術(shù)對比來看看它們的優(yōu)缺點(diǎn)：

　　一、模擬與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)技術(shù)對比

　　1.1 掃描方式

　　模擬攝像機(jī)采用隔行掃描，由不同時刻的奇場與偶場畫面合成一個畫面時，畫面中的運(yùn)動物體容易產(chǎn)生鋸齒、閃爍等不良反應(yīng)，為了消除鋸齒，必須做軟件反交錯圖像處理，同時也會導(dǎo)致畫質(zhì)損傷，畫面清晰度降低。而數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采用逐行掃描，不需要反交錯處理。假如開車的就是盜車賊，那么快速運(yùn)動的狀況下，隔行掃描根本無法錄下盜賊的任何特征。

　　圖1 隔行掃描與逐行掃描圖質(zhì)比較

　　1.2 分辨率與解析度

　　模擬攝像機(jī)早期受制于PAL/NTSC技術(shù)本身的限制，分辨率一般為4CIF或D1(即PAL制下的720×576或NTSC制下的720×480像素)，最高像素僅僅為40萬像素的水平?！昂竽M時代”960H技術(shù)是由Techwell和Sony共同定義和開發(fā)的一套準(zhǔn)高清解決方案，雖說分辨率為PAL制下960×576或NTSC制下960×480，相對傳統(tǒng)的D1整體畫面清晰度提升了30%，但其要求的帶寬是36M，在傳輸?shù)膯栴}上會遇到瓶頸，效果會打折扣，性價(jià)比并不高。模擬高清有著眾多的解決方案，例如HDCVI、HDTVI、AHD、ccHDtv等，分辨率等同于720P或1080P，對于可以繼續(xù)沿用原有模擬系統(tǒng)的同軸電纜用戶來說，有著較大的吸引力，但同時其存儲的碼流也會提升，后端存儲壓力不斷上漲，硬盤容量需求增大，舊的模擬傳輸系統(tǒng)可能無法完全承載。

　　數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)百萬像素甚至更高的分辨率，720P高清、1080P全高清已不再是熱點(diǎn)，現(xiàn)已進(jìn)入4K時代(3840×2160)，隨著H.265等相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展，在提高數(shù)字?jǐn)z像機(jī)像素的同時，又增強(qiáng)了畫面的垂直分辨率，使得畫面的細(xì)節(jié)和層次更加精準(zhǔn)，同時配合廣角監(jiān)控專用鏡頭，能夠?qū)崿F(xiàn)對更大監(jiān)控范圍的覆蓋、顯示更多畫面細(xì)部特征，觀看體驗(yàn)更好。

　　圖2 同一路口4CIF格式圖像

　　圖3同一路口D1格式圖像

　　圖4同一路口720P格式圖像

　　圖5場景比較

　　1.3 AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換

　　模擬攝像機(jī)前端感光器輸出模擬信號，接著轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，以便進(jìn)行色彩與亮度處理，接著再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號輸出，當(dāng)?shù)竭_(dá)DVR等后端設(shè)備時，由視頻采集芯片將模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，模擬系統(tǒng)總共發(fā)生了3次AD/DA轉(zhuǎn)換，每次轉(zhuǎn)換都會導(dǎo)致畫質(zhì)受損。

　　現(xiàn)在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)較多使用CMOS感光器，該感光器內(nèi)置了AD轉(zhuǎn)換，光信號進(jìn)入，數(shù)字信號輸出，僅有這一次AD轉(zhuǎn)換，之后再也沒有反復(fù)的AD/DA轉(zhuǎn)換，所以數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的畫質(zhì)受損小。

　　現(xiàn)階段CMOS感光器技術(shù)再次取得突破性進(jìn)展，光照靈敏度提升了5倍以上，已經(jīng)達(dá)到或接近了CCD的照度性能，同時分辨率也高達(dá)500萬像素以上，并且CMOS在其成本、集成度與功耗等方面的優(yōu)勢則比CCD更勝一籌，可以預(yù)見，CMOS感光器將取代CCD而成為市場主流。

　　1.4 色彩還原度

　　模擬攝像機(jī)輸出的視頻為復(fù)合模擬視頻信號，其中包含了亮度信號與色彩信號，由于兩種信號在同一個頻段里，當(dāng)復(fù)合視頻傳輸給視頻采集芯片時，視頻采集芯片除了做AD/DA轉(zhuǎn)換，還要做亮色分離(梳妝濾波)，由于難以完全分離亮度與色彩信號，導(dǎo)致傳統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控容易出現(xiàn)色彩滲透與雜色現(xiàn)象。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)沒有亮色分離的煩惱，色彩可以做到更加逼真。

　　圖6 色彩滲透

　　圖7 色彩滲透源圖

　　1.5 抗干擾與信噪比

　　模擬攝像機(jī)視頻從CCD傳感器一出來就是模擬信號，而模擬信號無論是在攝像機(jī)內(nèi)部，還是輸出后的傳輸過程中，都可能受到不同程度的干擾，從而產(chǎn)生波紋與噪點(diǎn)，同時模擬攝像機(jī)在可見光或紅外光偏弱時，雪花噪點(diǎn)非常嚴(yán)重，不僅畫質(zhì)受影響，而且大大增加了碼流。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)輸出的是數(shù)字信號，不容易受到干擾，可以做到噪點(diǎn)小，畫面更干凈，同時也節(jié)省了碼流與硬盤空間。

　　圖8 噪點(diǎn)多

　　圖9 噪點(diǎn)少

　　傳統(tǒng)模擬市場因?yàn)镃CTV標(biāo)準(zhǔn)核心技術(shù)被日本控制，導(dǎo)致日本相關(guān)的芯片公司基本上壟斷了攝像機(jī)市場，他們既做芯片，又生產(chǎn)與銷售高端市場攝像機(jī)，還利用其擁有的專利技術(shù)控制了中國大部分中低端市場。目前的標(biāo)清模擬產(chǎn)品，除了芯片、傳感器仍為外企掌控，而國內(nèi)企業(yè)同質(zhì)化競爭激烈，價(jià)格戰(zhàn)爆發(fā)，利潤越來越微薄。為了謀利，難免偷工減料降低成本，以應(yīng)對價(jià)格戰(zhàn)，質(zhì)量進(jìn)一步下降。而960H方案，已基本是國內(nèi)企業(yè)的競爭;HDCVI、HDTVI高清模擬技術(shù)等更是?？低?、大華股份等國內(nèi)企業(yè)的寡頭壟斷及自建聯(lián)盟。

　　數(shù)字時代目前還沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，日本公司雖然有能力做出數(shù)字高清攝像機(jī)成品方案，但是在高清NVR、混合DVR、高清解碼器等一系列后端成品方案方面優(yōu)勢不明顯;反觀國內(nèi)?？低?、大華股份、宇視科技等企業(yè)在這方面做的相當(dāng)不錯，已擠身世界安防名牌廠商前列。更重要的是，數(shù)字時代CMOS將取代CCD，而CMOS技術(shù)不是日本的強(qiáng)項(xiàng)，安防監(jiān)控行業(yè)技術(shù)被日本壟斷的局面將在數(shù)字時代被打破。

　　二、模擬與數(shù)字解決方案對比

　　現(xiàn)在安防監(jiān)控行業(yè)內(nèi)有少部分公司，以模擬攝像機(jī)的價(jià)格低于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等理由，不愿意或是不積極給客戶提供和推薦數(shù)字監(jiān)控的解決方案，導(dǎo)致現(xiàn)在模擬監(jiān)控產(chǎn)品仍占據(jù)了更多的市場份額。的確，現(xiàn)階段數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的價(jià)格要高于模擬攝像機(jī)，但隨著產(chǎn)業(yè)和技術(shù)不斷的發(fā)展，根據(jù)摩爾定律，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的價(jià)格一定會和模擬攝像機(jī)持平甚至更低，同時在項(xiàng)目總體成本上，數(shù)字監(jiān)控整體解決方案比模擬監(jiān)控整體解決方案具有較大的優(yōu)勢，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　2.1系統(tǒng)布線

　　模擬監(jiān)控解決方案如果集成了云臺控制與聲音等，那么在布線方面就非常繁瑣，視頻線、音頻線、電源線和控制線都是獨(dú)立必需的，布線工作量大、布線復(fù)雜，所以布線成本高。

　　而數(shù)字監(jiān)控解決方案則可以采用一根網(wǎng)線將視頻線、音頻線、電源線和控制線四合為一傳輸，布線簡單，而且還可以通過交換機(jī)匯總，進(jìn)一步減少線材用量，大大降低了布線成本與難度，同時數(shù)字監(jiān)控解決方案可以采用無線交換機(jī)、無線路由器(帶橋接功能)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)不布線傳輸，無線與微波傳輸(典型應(yīng)用：電梯無線監(jiān)控)，使數(shù)字監(jiān)控解決方案更加靈活方便，節(jié)省線材與施工。

　　模擬監(jiān)控解決方案線材用量大，自然施工復(fù)雜，施工周期長，同時維護(hù)困難，要花費(fèi)更多的施工人力成本和維護(hù)成本。數(shù)字監(jiān)控解決方案線材用量小，布線簡單，施工周期短，節(jié)省了施工成本，同時維護(hù)輕松，維護(hù)成本較低。

　　2.2 傳輸介質(zhì)

　　模擬監(jiān)控解決方案傳輸介質(zhì)一般選用同軸電纜，在小范圍的監(jiān)控系統(tǒng)中，由于傳輸距離很近，使用同軸電纜直接傳送監(jiān)控圖像對圖像質(zhì)量的損傷不大，能滿足實(shí)際要求。當(dāng)傳輸距離達(dá)到200米左右時，圖像質(zhì)量將會明顯下降，特別是色彩變得暗淡，有失真感，同時同軸電纜本身受氣候變化影響大，圖像質(zhì)量受到一定影響，同軸電纜較粗，在應(yīng)用時布線不太方便。在工程實(shí)際中，為了延長傳輸距離，要使用同軸放大器，雖然對視頻信號具有一定的放大，并且還能通過均衡調(diào)整對不同頻率成分分別進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償，但傳輸距離還是有限，還存在著調(diào)整困難的缺點(diǎn)。雖然現(xiàn)在市場上也出現(xiàn)了2000米的同軸視頻傳輸設(shè)備，能解決個別遠(yuǎn)距離的圖像傳輸問題，但是造價(jià)稍高，不適宜大型監(jiān)控系統(tǒng)的普遍采用。 數(shù)字監(jiān)控解決方案傳輸介質(zhì)一般選用雙絞線，是因?yàn)樗哂锌垢蓴_能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、布線容易、可靠性高、價(jià)格低廉、取材方便等許多優(yōu)點(diǎn)。

　　2.3節(jié)約設(shè)備成本

　　當(dāng)遠(yuǎn)距離傳輸時，模擬監(jiān)控解決方案通常采用昂貴的光端機(jī)，光端機(jī)將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后再由數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號，不僅圖像質(zhì)量受到損傷，同時光端機(jī)的價(jià)格會隨著接入的監(jiān)控路數(shù)增加而不斷提高。而采用數(shù)字監(jiān)控解決方案，則可以用廉價(jià)的光纖收發(fā)器代替昂貴的光端機(jī)，光纖收發(fā)器不隨路數(shù)增加而增加費(fèi)用，傳輸成本較低。數(shù)字視頻監(jiān)控在監(jiān)控中心無需安裝視頻分配器和矩陣類等設(shè)備，所有相關(guān)功能都由軟件平臺實(shí)現(xiàn)，相對來說簡化了系統(tǒng)組成，再加上數(shù)字高清視頻像素高、畫質(zhì)，在寬范圍監(jiān)控等應(yīng)用中，一個數(shù)字高清攝像機(jī)常?？梢皂斕娑鄠€模擬攝像機(jī)，不僅節(jié)省攝像機(jī)數(shù)量及成本，而且還省去了與之配套的線材、傳輸設(shè)備、施工等費(fèi)用。

　　2.4 抗干擾防護(hù)

　　傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)輸出的信號為模擬信號，長距離傳輸容易衰減，并且易受到電磁干擾，圖像質(zhì)量受影響，容易出現(xiàn)視頻模糊和波紋等現(xiàn)象。而數(shù)字高清攝像機(jī)則以數(shù)字信號方式傳輸，傳輸過程中抗電磁干擾強(qiáng)，視頻傳輸損傷相對模擬系統(tǒng)要小許多，省去了抗干擾防護(hù)設(shè)備與措施費(fèi)用。

　　2.5 遠(yuǎn)程監(jiān)控與智能分析

　　在傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)中，只能在有限的范圍內(nèi)在線實(shí)時觀看，且一般只能有一個監(jiān)控中心點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)多監(jiān)控點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控等，當(dāng)出現(xiàn)問題時需要花大量時間觀看錄像帶才能找到現(xiàn)場記錄。而在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，利用計(jì)算機(jī)建立的索引，在幾分鐘內(nèi)就能找到相應(yīng)的現(xiàn)場記錄，同時輕松實(shí)現(xiàn)多監(jiān)控點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，無論身處何處，只要能上網(wǎng)就能對即時查看前端視頻。

　　由于對視頻圖像進(jìn)行了數(shù)字化，所以可以充分利用計(jì)算機(jī)的快速處理能力，對其進(jìn)行壓縮、分析、存儲和顯示，通過視頻的智能分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面中的異常情況，并能夠以最快和最佳的方式發(fā)出警報(bào)和提供有用信息，從而能夠更加有效地協(xié)助安全人員處理危機(jī)，并最大限度地降低誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象。未來的監(jiān)控市場發(fā)展在于智能分析，而且是在高清監(jiān)控的基礎(chǔ)上智能分析才能發(fā)揮得淋漓盡致。

　　近幾年，視頻監(jiān)控技術(shù)伴隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、存儲、芯片、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，從早期的模擬視頻監(jiān)控，到現(xiàn)在的數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，智能視頻監(jiān)控技術(shù)和高清視頻監(jiān)控技術(shù)，以及剛剛發(fā)展的云視頻監(jiān)控等，產(chǎn)品一直不斷升級、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷變化、功能不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域也在一直不斷擴(kuò)展?？梢灶A(yù)見的是，在經(jīng)歷了模擬手機(jī)、模擬電視之后，我們即將告別模擬監(jiān)控時代，大跨步邁入高清數(shù)字監(jiān)控時代!