高清都有哪些傳輸方案？

安全監(jiān)控HD化浪潮一波未平、一波再起，產(chǎn)品規(guī)劃面更需要找到可靠的技術(shù)方案支撐。純IP監(jiān)控陣營雖然像水中鯊魚紛紛冒出頭，產(chǎn)品具威脅性，分食商機(jī)、擴(kuò)張領(lǐng)域，雖不一定能閃躲，但若因此看得更明白通透，就更有把握來應(yīng)付挑戰(zhàn)。

　　在沒有誰可壓倒全勝的今日，明白彼此強(qiáng)項(xiàng)弱點(diǎn)，便能更快切入適合生存位置。HD作為傳統(tǒng)CCTV一種轉(zhuǎn)型出路，我們這回強(qiáng)化來談HD的傳輸。

　　IP攝影的考驗(yàn)往往不在傳輸，因?yàn)镮T網(wǎng)通本身即是成熟領(lǐng)域，但畫質(zhì)卻最容易讓人詬病。至于HD安控系統(tǒng)的關(guān)鍵不只在影像，反而在于傳輸。 高階感光組件與圖像處理組件近乎唾手可得，但如何用對組件，維持高畫質(zhì)傳遞，確保長途不失真，就是一門學(xué)問。

　　距離一拖長就感到吃力

　　畫面清楚、沒有耽誤、方便控制和遠(yuǎn)程儲存管理，說起來都容易，但HD化之后就變難題。不論HD影像是否經(jīng)過壓縮，非IP網(wǎng)絡(luò)化的影像訊號能傳得多快多實(shí)時，能跑到多遠(yuǎn)距離，對安全監(jiān)控而言是非常嚴(yán)酷的考驗(yàn)。所以我們說HD的考驗(yàn)是傳輸，傳越遠(yuǎn)就越兇險。正如我們熟悉的SDI，其規(guī)格概念就不來自影像領(lǐng)域，而是指一種傳輸方式，是訊號發(fā)射與接收端(Tx和Rx)的技術(shù)。

　　與近幾年流行的IP監(jiān)控Datacom概念迥異，不透過IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，直接傳輸HD影像的方式，在CCTV領(lǐng)域迅速延燒。

　　從Gennum和Stretch主導(dǎo)的HDcctv聯(lián)盟于2010年點(diǎn)火開始，HD-SDI成為臺、中、韓等安控制造重鎮(zhèn)的顯學(xué)。一時之間，觀念更新、研發(fā)的艱辛、殺出紅海的期盼，在安控HD化的過程中交織而糾結(jié)。對CCTV族群而言，HD究竟是比較容易，或者其實(shí)比較難，是不易回答的論題。包括設(shè)備兼容性、影像訊號的純度、傳送的距離、低延時性要求、后端壓縮效率、影像分析的效能、電力供應(yīng)、控制訊號、與IP網(wǎng)絡(luò)的介接，顯示播放的格式，甚至是電子物料成本本身，都已是極大考驗(yàn)。到底目前臺面上有幾種實(shí)現(xiàn)SDI的方案?該具備哪些相關(guān)技術(shù)?除了SDI還有哪些HD替代架構(gòu)?實(shí)時影像是不是唯一要求?光纖或其他線材有沒有機(jī)會?

　　種種HD系統(tǒng)開發(fā)上的疑惑，我們透過Tx和Rx的探討來跨越。

　　SDI功能由不同單元組成

　　現(xiàn)今我們在安控RD圈中看到的SDI芯片方案，甚至包括FPGA，早在2007年就多已成型。在當(dāng)時美國的傳播媒體展(NAB2007)中，芯片廠針對3G-SDI(第三代序列數(shù)字接口)各自推出不少解決方案。這些公司包括Gennum(現(xiàn)已并入Semtech)，National Semiconductor(NS，現(xiàn)并入德州儀器)、Altera與Xilinx等。其中Gennum日后發(fā)展出GV7600/GV7601芯片在安控之所以有名，除了是HDc c t v的推動主力，另一方面也是率先將Tx和Rx等離散型的芯片架構(gòu)整合為一的緣故。例如其發(fā)射端(Tx)的芯片就是串行器(Serializers)加上電纜驅(qū)動器(Cable Drivers)，而接收端(Rx)芯片即為解串行器(Deserializers)加上電纜均衡器(Equalizers)，可精簡攝影機(jī)和DVR的設(shè)計?，F(xiàn)任Semtech亞太區(qū)業(yè)務(wù)經(jīng)理許文隆就表示：「因?yàn)槲覀冃酒某晒碜詮V播電視領(lǐng)域的肯定，因此會有許多客戶的研發(fā)單位，將我們發(fā)表于安控應(yīng)用的GV7600和GV7601運(yùn)用在其他相關(guān)領(lǐng)域如電視墻、醫(yī)療內(nèi)視鏡及Machine Vision等。事實(shí)上，例如將HDMI訊號延伸至100米以上的轉(zhuǎn)接器和Extender設(shè)備，確實(shí)都可以有不錯的發(fā)揮?！惯@相當(dāng)程度批注了Semtech Canada(Gennum)芯片的質(zhì)量能力。未來

　　Semtech Canada也將陸續(xù)發(fā)表植基于現(xiàn)有安控應(yīng)用芯片的附加功能新芯片，如由監(jiān)控端透過同一條同軸電纜，向攝影機(jī)端傳輸控制訊號、聲音等數(shù)據(jù)的解決方案。

　　從技術(shù)面拆解來看，SDI全名是串行數(shù)字接口，是一系列由 SMPTE(The Society of Motion Picture andTelevision Engineers)電影動畫和電視工程師協(xié)會所定義的格式。這種SDI標(biāo)準(zhǔn)串行接口都用于傳輸未壓縮且無延時的數(shù)碼視頻訊號，同時能嵌入Audio音訊和Data句柄。SDI標(biāo)準(zhǔn)目前有五種，其中SMPTE-292M標(biāo)準(zhǔn)的 HD-SDI，主要用于廣播級視頻的數(shù)字視頻接口，它以1.485Gbit/sec傳送720P及1080i的畫面格式。

　　此外，還有俗稱為3G-SDI 采用SMPTE 424 M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的高解析晰電視定義格式，可提供 2.970 Gbit/s 為1080P的高速影像數(shù)據(jù)傳輸接口。在安控運(yùn)用上，是采用HD-SDI與3G-SDI居多。而要實(shí)現(xiàn)這種傳輸架構(gòu)，除了同軸纜線(包括接收端設(shè)備內(nèi)) 和BNC接頭， 它主要是靠幾個組件共同組成。以T I(NS)推出各別芯片種類表示，包括電纜均衡器(Equalizers)、電纜驅(qū)動器(Cabl e Dr i ve r s)、頻率重整器( R e c l o c k e r ) 、串行器(S e r i a l i z e r s )、解串行器(Deserializers)、影像時序控制器(Video Timing)和其他特殊控制功能的IC等。這就表示在HD安控的SDI芯片陣營中，就粗分為整合型如Semtech(Gennum)和TI(NS)的離散式等兩種典型。其余推出分離型組件，還有EqcoLogic和Mindspeed等公司。

SDI芯片整合程度影響設(shè)計

　　至于SDI芯片的另一種區(qū)分法，尤其在安控中會比較明顯的，就是單路和多路的差別，主要是指高速解串行器(Deserializers)方面，是否有4路整合的情況。目前所知能夠有4路的方案，大多由FPGA擔(dān)綱，如Lattice、 Altera和Xilinx;即使有如韓國SiliconGear公司開出整合HD等級MUX與4路解串行器單顆芯片，其實(shí)里面仍為FPGA本質(zhì)。至于何時真正能有ASIC是4路合1，或許等市場更穩(wěn)定成熟，就會有些安控老牌

　　芯片廠推出產(chǎn)品。特別說明，均衡器(Equalizers)則不適宜作多路整合，這牽涉過于密集的電路布線與干擾等問題。

　　此外，SDI包括Cabl e Dr i ve r和Equalizer等組件，都含有混合訊號技術(shù)，在并入德州儀器(TI)以前，NS就是知名的模擬芯片供應(yīng)廠。而眾所周知，原本TI在數(shù)字方案，包括DSP/SoC等許多方面，對于安控IP攝影機(jī)和DVR/NVR設(shè)備主控芯片端，就已具備強(qiáng)大的支持力道，在安控業(yè)界起指標(biāo)性作用。合并NS除了讓TI的整體模擬芯片實(shí)力壯大，事實(shí)上對HD安控的設(shè)計方案更別具意義。于今年四月C omp o S e c( 第四屆全球安控電子技術(shù)論壇)，德州儀器負(fù)責(zé)S D I 產(chǎn)品的講員， 資深應(yīng)用工程師曾祥華，就已經(jīng)發(fā)表前后端模擬和數(shù)字芯片的整合

　　設(shè)計，T I已能針對無壓縮HD攝影機(jī)和H D-D V R 提出更整體的解決方案，讓新架構(gòu)導(dǎo)入更為順暢。

　　TI(原NS)各類SDI組件配合精簡FPGA，與Semtech(原Gennum)的SDI芯片在延長傳輸距離，簡化系統(tǒng)設(shè)計方面，于安控應(yīng)用面正延續(xù)2007年以來的競爭。光是細(xì)究SDI技術(shù)領(lǐng)域，各種透過IC半導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)HD傳輸?shù)姆绞?，顯然已呈現(xiàn)多元的樣貌;當(dāng)然也有很多人討論到這樣的高畫質(zhì)訊號，或許可采用HDMI或是DVI的通道，如單以HD-SDI來定義這種不壓縮的高畫質(zhì)方案不恰當(dāng)。《安全自動化雜志》資深顧問張淂福表示，基于訊號格式傳輸及方便施工與替代性，以BNC這樣的SDI連接器，對監(jiān)控應(yīng)用最有利，相對也就被大量采用，并成為HDcctv聯(lián)盟極力推動的一種標(biāo)準(zhǔn)格式。

　　HDcctv與長距離的考驗(yàn)

　　一般印象中，「HDc c t v傳輸距離較短」是許多安控工程商常提出的問題之一， 就算用同軸電纜也只能逼近1 5 0 米， 這使得系統(tǒng)設(shè)備商仍須提供延長和中繼設(shè)備(R epe a t e r)，其中都必須要內(nèi)建T x 和R x ， 也就是S D I芯片， 如果再加上電力供應(yīng)和控制訊號， 就容易墊高成本。許文隆表示： 「因應(yīng)安控行業(yè)的需求，特別有針對R x改版為GV7601A，較先前的版本可多提供增加60米傳送距離，總共可達(dá)200米遠(yuǎn)?！?BR>
　　針對SDI傳輸配套方案，有些工程端已靈活運(yùn)用光纖來轉(zhuǎn)接，延長傳輸距離。這樣的考慮方向，直接形成光纖材料和模塊在安控的新機(jī)會點(diǎn)，從今年的CompoSec安控電子展上，也能觀察風(fēng)象。張淂福則表示，目前有些系統(tǒng)制造商已經(jīng)開始重視這個問題，除了積極開發(fā)新的3G-SDI產(chǎn)品，以傳輸速率來增加SDI的傳輸距離外，同時也會選擇FPGA設(shè)計架構(gòu)去設(shè)計HD-SDI 的Tx芯片。例如可采用D i r a c 影像壓縮技術(shù)， 以達(dá)到無壓損失( l o s s l e s scompression)的無中繼傳輸，最遠(yuǎn)距離能達(dá)到300米的效能。

　　同樣能將不壓縮原始影像訊號傳遞達(dá)150米(或說同在150米限制內(nèi))，還包括最近以色列的IC設(shè)計公司Valens Semiconductor所推動的HDbaseT方案。

　　比較特別之處，是不透過HDMI傳輸，不像SDI一樣走同軸電纜，也不是透過LVDS接口電路，而是經(jīng)由一般最常見的cat5e/ cat6a網(wǎng)絡(luò)線(LANCable)進(jìn)行傳輸，也就是我們很熟悉的RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭。目前首波推出一對Tx和Rx芯片，并聲明是針對安控應(yīng)用開發(fā)，可傳遞無壓縮和高音質(zhì)1080p@60fps影像，150米最大延遲僅10微秒。

　　HDbaseT將網(wǎng)絡(luò)線當(dāng)影音頻號線

　　用網(wǎng)絡(luò)線來跑高畫質(zhì)影音訊號當(dāng)然是新鮮的，就像是我們的DVD或BD藍(lán)光機(jī)，甚至手持裝置的周邊接到電視屏幕，都用網(wǎng)絡(luò)線來當(dāng)訊號線的情況。網(wǎng)通相關(guān)技術(shù)勢力的滲透力自是不容小覷，但是發(fā)揮在這個面向上確實(shí)少見。

　　HDbaseT聯(lián)盟早在2010年便已挾著電力、控制訊號、網(wǎng)絡(luò)信息流、音頻、高畫質(zhì)的五合一功能，向HDMI接口下戰(zhàn)帖，所以也可以方便將其看為走網(wǎng)絡(luò)線的HDMI。除了ValensSemiconductor，包括LG、Samsung和Sony都是核心成員，不難感受其企圖心。

　　有了SDI方案的前車之鑒，如今HDbaseT對于將方案推廣到安控市場更具信心。Valens的亞太區(qū)總監(jiān)林浩原表示：「我們最大的競爭對手就是自己!當(dāng)其他方案為了HD影像的傳遞效能，已全力而為之，VS020剛剛起步，在規(guī)格面卻已產(chǎn)生先天的優(yōu)勢?！?BR>
　　回歸安控設(shè)計的本質(zhì)

　　除了要選擇方案，有幾種關(guān)于安控的備選技術(shù)，可優(yōu)先排除，避免徒增研發(fā)和應(yīng)用障礙。

　　首先是攝影機(jī)和儲存設(shè)備間，關(guān)于TCP/IP的繁瑣設(shè)定。高畫質(zhì)一定透過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)嗎?前端就進(jìn)行

　　影像壓縮工作的影響為何?影像分析于何處用哪一種數(shù)據(jù)格式進(jìn)行?

　　上述的HD傳輸芯片供應(yīng)端，已用無壓縮影像的高速鏈接方案提出示范。然而，如果我們關(guān)心安控工程端，勢必能察覺上述理想化方案，有一道新門坎：實(shí)時無壓縮(RAWDa t a)傳輸!要完全落實(shí)這項(xiàng)訴求，絕不是只更換優(yōu)質(zhì)線材的成本就可輕易實(shí)現(xiàn)。

　　HD影像確實(shí)是安全監(jiān)控的產(chǎn)品趨勢，而且不可逆轉(zhuǎn);然而什么是HD影像呢?「不壓縮」必定不是在定義內(nèi)，否則我們看過的DVD、藍(lán)光片，網(wǎng)絡(luò)影片，甚至HD層次的網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)都沒資格說自己是高畫質(zhì)，因?yàn)檫@些訊源，都是經(jīng)過壓縮處理。

　　ccHDtv用數(shù)字電視技術(shù)傳安控影像

　　松翰科技產(chǎn)品經(jīng)理涂宗憲就對此表示，他相信一定有個新的設(shè)計動能，來自于HD的影像需求，并且兼顧傳輸和管理方便性，在布在線不用費(fèi)力更改，就像目前模擬攝影機(jī)和DVR之間讓業(yè)界累積的直覺和信賴感;不用耗費(fèi)額外中繼傳輸?shù)某杀荆m度的壓縮處理也能夠容許，并且對于IP網(wǎng)通的架構(gòu)整合也帶有方便性。

　　也許，我們可以期待這樣的安控攝影解決方案，會是新一波投入安控的IC設(shè)計產(chǎn)品發(fā)表重點(diǎn)。說到臺廠的IC，切入HD安控提供Tx和R x最亮眼的代表，從2012年看過來，應(yīng)該就是I T E聯(lián)陽半導(dǎo)體，以及他們推動的ccHDtv架構(gòu)。他們不但完全實(shí)現(xiàn)上述HD和非IP架構(gòu)的描述，而且藉用他們在數(shù)字電視領(lǐng)域累積的經(jīng)驗(yàn)，所提出技術(shù)本質(zhì)為DVB-T的方案，即可實(shí)現(xiàn)用同軸電纜「串接」和「并接」等方式拉回儲存端管理，確實(shí)節(jié)省了布線成本耗損。透過「多對一」和「一對多」靈活的分流管理，為HD安控領(lǐng)域注入鮮活的研發(fā)方向。

　　也許有人發(fā)現(xiàn)，這樣的架構(gòu)在安控或許是新鮮的，然而在第四臺業(yè)者、數(shù)字電視(尤其是歐洲地區(qū))早已行之多年。而車內(nèi)收看的電視頻道，就是透過DVB-T無線傳輸。這意味HD無線化的可能性，也是ccHDtv的架構(gòu)優(yōu)勢。聯(lián)陽半導(dǎo)體的資深營銷經(jīng)理賴勝中說：「無線化或許在臺灣有頻道管理上的考慮，但若是在閉路系統(tǒng)中，完全就沒有這層法規(guī)和安全性顧慮?！惯@說法蠻務(wù)實(shí)貼近安控的系統(tǒng)工程實(shí)況。他補(bǔ)充：「建置在攝影機(jī)尾端的Tx芯片，是參考各方看法和需求性，為安控開發(fā)的全新IC，盼望使臺灣產(chǎn)業(yè)擁有堅實(shí)而創(chuàng)新的方案。」

　　當(dāng)我們再次聚焦HDcctv的HD-SDI各種芯片架構(gòu)，包括FPGA、分離型、整合型芯片;參考了走上網(wǎng)絡(luò)線的HDbaseT，并且有多任務(wù)能整合優(yōu)勢;再回看臺灣推動的ccHDtv架構(gòu)，藉DVB-T的成熟技術(shù)運(yùn)用于安控;很顯然，安控對HD影像的需求是不言可喻，并且一直將非IP化列為其中一種必要的設(shè)計考慮。

　　不論我們是走在哪一種設(shè)計路線，盼望都伴隨一條能開創(chuàng)應(yīng)用形態(tài)，同時也有源源不絕技術(shù)支撐的源泉。