HD-SDI攝像機在CATV監控中的應用

  一、背景介紹

　　安全監控系統從模擬走向數字，從封閉式邁向開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )化，影像質(zhì)量也越走越高，進(jìn)入百萬(wàn)像素時(shí)代，并且對于產(chǎn)品更加智能化更無(wú)疑義。這些方向都是大勢所趨，業(yè)界也樂(lè )于面對接受挑戰。不過(guò)讓安控產(chǎn)業(yè)頭痛的問(wèn)題在于互操作性，在各家產(chǎn)品系統規格不一的情況下,無(wú)法互通又怎么建構開(kāi)放的連網(wǎng)環(huán)境呢?

　　有鑒于此,從08年開(kāi)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(shí)現一統監控標準規格的愿景。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(shí)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(yíng)規模也較小，特許會(huì )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O(píng)vii、中國臺灣的安全系統ODM廠(chǎng)商EverFocus公司和CSST。

　　HDcctv聯(lián)盟針對模擬CCTV升級而成立，針對高畫(huà)質(zhì)保全系統應用所開(kāi)發(fā)的一項新標準。HDcctv已經(jīng)發(fā)表了0.9版的標準內容，負責推動(dòng)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。 而新標準原本是定義關(guān)于透過(guò)HD-SDI鏈接來(lái)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(lái)的標準版本還能透過(guò)HD-SDI纜線(xiàn)支持雙向語(yǔ)音與電力。跟其他陣營(yíng)訴求IP化不同的是，HDcctv是標榜讓現行模擬CCTV系統業(yè)者升級至HD畫(huà)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(luò )與閉路高清中扮演重要的角色。

　　網(wǎng)絡(luò )部分，ONVIF、PSIA帶給網(wǎng)絡(luò )監控最明顯的好處就是統一了標準?；赟OAP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(mén)禁等其它安防系統做整合，以目前看來(lái)，ONVIF由于其主要成員在網(wǎng)絡(luò )監控壟斷了幾乎六成的市場(chǎng)，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(lái)的成本降低將會(huì )推動(dòng)網(wǎng)絡(luò )監控在未來(lái)幾年更快的實(shí)現。

　　而在HDcctv(閉路高清)的部份則是依賴(lài)其特性強攻大型專(zhuān)案之外的市場(chǎng)，比如初始布線(xiàn)即為CCTV要升級為高清CCTV的市場(chǎng)，或者需要實(shí)時(shí)視頻監控的區域，比如賭場(chǎng)與注重實(shí)時(shí)轉播的地方。閉路高清(HDcctv)兼顧了模擬監控的方便性與網(wǎng)絡(luò )高清的圖像畫(huà)質(zhì)，讓使用者在最熟悉的環(huán)境下實(shí)現全高清視頻監控。

　　二、技術(shù)特性對比

　　隨著(zhù)人們對視覺(jué)效果要求的不斷提高，畫(huà)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(mài)場(chǎng)，隨處可見(jiàn)的，如：家用高清數字攝像機、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(huà)質(zhì)的一個(gè)標準并且被廣泛接受。

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

        根據美國電影電視工程師協(xié)會(huì )(SMPTE)、國際電聯(lián)(ITU)和我國國家廣電的相關(guān)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(gè)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(diǎn)當然需要百萬(wàn)像素的相機才能達到。然而，“百萬(wàn)像素”概念并不是一個(gè)公認標準而只是行業(yè)采用的一個(gè)最佳實(shí)踐，它具體指數字攝像機的圖像傳感器元素的數量。由于高分辨率往往伴隨著(zhù)大量的圖像數據，這常常會(huì )影響幀速率。因此，僅僅有百萬(wàn)像素攝像機還不能保證高圖像質(zhì)量。相比之下，滿(mǎn)足任何給定HDTV標準的網(wǎng)絡(luò )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(huà)面的精細度上有著(zhù)很大的差別，1080P的畫(huà)質(zhì)要勝過(guò)1080i。對應地把720p稱(chēng)為標準高清。很顯然，由于在傳輸的過(guò)程中數據信息更加豐富，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(huà)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，在目前的高清數字接口中HD-SDI接口的綜合優(yōu)勢。同時(shí)，HD-SDI又是廣電行業(yè)的標準接口，因此可以說(shuō)HD-SDI是最適合的純高清數字接口。

　　經(jīng)過(guò)對高清視頻監控市場(chǎng)多年的調研，加之圖像行業(yè)長(cháng)達14年的積累，凌云公司強勢推出了以高清接口HD-SDI為主打的高清監控攝像機，命名為 Magnolia－－木蘭，為中國的機器視覺(jué)企業(yè)與高端監控行業(yè)接軌做出了新的嘗試，也為閉路高清監控(HDcctv)領(lǐng)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(chǎng)上一般的高清IP Camara在技術(shù)參數上進(jìn)行一下全方位的對比：

    　我們從上面的技術(shù)參數進(jìn)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：它不像數字監控資料是在壓縮后以封包方式網(wǎng)絡(luò )傳輸，以未經(jīng)壓縮的數字資料在同軸電纜上傳輸，不會(huì )失真;HDcctv所提供的未壓縮過(guò)的高清圖像，可提供智能監控所需的最佳高清圖像來(lái)源。

　　2. 高清等級的實(shí)時(shí)圖像：它在傳輸過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生壓縮與封包化的動(dòng)作，不會(huì )像一般數字高清產(chǎn)生圖像延遲問(wèn)題，在講究實(shí)時(shí)監控的場(chǎng)合特別適合，例如賭場(chǎng);

　　3. 如同CCTV一樣的安裝方式：使用已有的同軸電纜線(xiàn)從模擬升級到FullHD的分辨率，只要更換攝像機與DVR即可，比起轉換到IP網(wǎng)絡(luò )監控，經(jīng)銷(xiāo)商/工程商不需再做額外的升級和學(xué)習復雜的網(wǎng)絡(luò )知識;可在同軸電纜上多任務(wù)傳輸：并同時(shí)傳輸視頻/雙向音頻/雙向控制/電源，節省布線(xiàn)成本;

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

　　然而， 在傳統的閉路高清領(lǐng)域，HD-SDI攝像機仍然有更加廣泛的應用范圍，下面就以一個(gè)實(shí)際案例來(lái)展示一下HDcctv方案在CATV監控中的應用。

　　三、HD-SDI攝像機在CATV監控中的應用

　　CATV稱(chēng)為有線(xiàn)電視網(wǎng),由有線(xiàn)電視公司運營(yíng),提供廣播業(yè)務(wù),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(luò )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(xiàn)系統可將頻帶分割成不同頻譜，而再通過(guò)不同頻帶去提供不同服務(wù)，此種技術(shù)已于有線(xiàn)電視廣播上廣泛采用，在同一電纜上同時(shí)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及高端監控量身定制的高清相機。它除了具有標準監控相機的3A功能(Auto Shutter, Auto Gain, Auto IRIS)以外，同時(shí)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(dòng)態(tài)范圍等一些列的特點(diǎn)，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(guò)光纖收發(fā)器可以解決長(cháng)距離傳輸問(wèn)題，并且體積小巧，可以和相機一起安裝在防護罩內。

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

　　碼流復用器: 將多個(gè)單節目TS流或多節目TS流，復接為一個(gè)包含這些碼流內容的多節目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?lái)源如MPEG-2、H264編碼，其他業(yè)務(wù)TS碼流輸入到多路單節目TS(SPTS)碼流或多節目 TS(MPTS)數據，復接成一路多節目TS(MPTS)碼流。同時(shí)，它可對輸入的所有節目的PSI/SI表的PID進(jìn)行過(guò)濾，重新生成和編輯。并可在輸出碼流中插入EPGCA及數據廣播信息。

　　QAM調制器：QAM調制器的工作原理是這樣的，發(fā)送數據在比特/符號編碼器內被分成兩路(速率各為原來(lái)的1/2)，分別與一對正交調制分量相乘，求和后輸出。與其它調制技術(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(diǎn)。即通過(guò)調制,可生成機頂盒可以接收處理的數字信號. 數字電視中的QAM調制解將TS流進(jìn)行QAM64調制，即將TS流的基帶信號調制到載波上，然后送入有線(xiàn)電視網(wǎng)。

　　高清數字機頂盒: 機頂盒的全稱(chēng)叫做“數字電視機頂盒”，它是一種將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它對經(jīng)過(guò)數字化壓縮的圖像和聲音信號進(jìn)行解碼還原，產(chǎn)生模擬的視頻和聲音信號，通過(guò)電視顯示器和音響設備給觀(guān)眾提供高質(zhì)量的電視節目。它采用了兼容的辦法，在中國一直延續到現在。因此,高清數字機頂盒則是將數字電視信號轉換成高清信號的變換設備,一般配有HDMI高清數據接口,可在相對應的電視上呈現最高為1080P的畫(huà)質(zhì).

　　政府法律機構，如法院、檢察院等作為國家的重要的部門(mén)，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(guò)程的公正與公平，杜絕審判過(guò)程的瀆職行為，在意外情況發(fā)生時(shí)，避免事態(tài)擴大，及時(shí)得到控制，閉路監控的設計將確保法院的安全。而廣播電視網(wǎng)絡(luò )做為一種比較成熟的應用方案非常符合這類(lèi)場(chǎng)所的特殊要求，通過(guò)現有的成熟的光電設備進(jìn)行編碼，整合，調制等步驟可以將原始的監控信號完美的傳入各種符合廣電標準的網(wǎng)絡(luò )，再通過(guò)數字機頂盒的解碼可以還原信號。對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)實(shí)時(shí)監控可以入收看電視節目一樣的輕松。

　　目前，我們正處于畫(huà)質(zhì)革命的時(shí)代里。高清數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(luò )監控領(lǐng)域，市面上的IP高清網(wǎng)絡(luò )攝像機不能利用現有的資源，如果要做系統升級的話(huà)，那么現有的整個(gè)體系將會(huì )完全被改變，必然會(huì )帶來(lái)成本上的增加以及資源的浪費。

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