超越模擬：數字優(yōu)勢

2004年9月A版

　　毫無(wú)疑問(wèn)，現有的模擬視頻系統表現非常優(yōu)秀。它們可實(shí)現優(yōu)秀的影像質(zhì)量，從采集到顯示的延遲極低，而且可靠性很高。那么為什么每個(gè)人還希望從模擬視頻向數字視頻轉換呢？

　　數字視頻的興起突出顯示了模擬技術(shù)在監視系統中的缺點(diǎn)，包括麻煩費力的因素(即手工進(jìn)行錄像帶的更換與存儲)、無(wú)法升級、難以與其它系統集成，還無(wú)法進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)。由于數字視頻具備可編程功能，這是數字信號處理的內在功能，也是數字視頻技術(shù)的基礎所在，這就消除了上述障礙。

　　利用數字信號處理，您可將只有人才能理解的模擬視頻輸入轉換為0與1構成的數字流，這樣計算機就能理解它了。雖然數字信號處理技術(shù)背后似乎有許多高深莫測的復雜問(wèn)題，但我們也已經(jīng)建立了各種業(yè)界標準與算法來(lái)支持該技術(shù)。如果我們選擇處理能力大于壓縮數字視頻信號所需的數字信號處理器 (DSP) 的話(huà)，那么就可以采用可編程智能實(shí)施更多的算法，這就獲得了領(lǐng)先的特性，從而能實(shí)現真正獨樹(shù)一幟、面向未來(lái)的產(chǎn)品。

智能性至關(guān)重要

　　正是數字技術(shù)可帶來(lái)的智能特性使得數字視頻非常吸引人。攝像機不僅能夠記錄事件，現在它還能夠評估事件的重要性與相關(guān)性。

　　通過(guò)在攝像機層次上處理影像，攝像機本身可以確定如何采集影像。當影像運動(dòng)等事件發(fā)生時(shí)，攝像機就可確定運動(dòng)是否值得關(guān)注(比如距離安全門(mén)較近)，或者其是否重要(比如目標識別，如識別它是人、狗還是風(fēng)中飄動(dòng)的紙張等)，攝像機還可確定人是否需要了解該事件情況并自動(dòng)啟動(dòng)安全警報。該特性使得一個(gè)人能管理的攝像機數目比采用模擬系統時(shí)多得多，這就降低了人事費用。如果沒(méi)有情況發(fā)生，則攝像機可以較低的分辨率或幀頻進(jìn)行采集，這就減小了數碼攝像機對網(wǎng)絡(luò )的影響，并節約了存儲容量。

　　攝像機自身進(jìn)行上述判斷改善了攝像機的總體反應時(shí)間。例如，法庭上傾向于認為壓縮視頻可以造假。因此，您可能會(huì )希望在事件可能較重要時(shí)以更高的幀頻采集未壓縮的完全 JPEG 影像。但是，在提醒有關(guān)人員并等待響應做出捕獲事件決定的時(shí)間中，事件的重要時(shí)刻可能已經(jīng)發(fā)生了。智能攝像機可自行做出決定，從而通過(guò)自動(dòng)提高分辨率以及幀頻來(lái)提高響應性。攝像機還可智能拉進(jìn)焦距以獲得更多細節與信息，而模擬攝像機在無(wú)人為干涉情況下無(wú)法完成此工作。

　　數碼攝像機的智能特性還幫助視頻安全制造商滿(mǎn)足客戶(hù)不斷發(fā)展的需求，并可就變化的隱私法做出調整。我們不妨以監視公寓樓房旁停車(chē)場(chǎng)的攝像機為例。攝像機可能會(huì )有盲點(diǎn)，因為涉及隱私原因，安放以公寓樓為目標的模擬攝像機是非法的。智能數碼攝像機會(huì )在人眼看到公寓樓之前將其模糊，這就既解決了隱私問(wèn)題又消除了盲點(diǎn)。其它可集成于數字視頻監視系統的特性還包括面部識別與目標跟蹤，系統可利用它跟蹤人或物體在多個(gè)攝像機之間的運動(dòng)。

視頻成本不斷降低

　　數字視頻還實(shí)現了模擬視頻無(wú)法做到的成本節約。我們不妨考慮存儲模擬視頻的成本。例如由于法律方面的原因，百貨商店的模擬視頻產(chǎn)品可能需要存放一年；每臺攝像機每天需要三盤(pán) 8 小時(shí)的錄像帶，一個(gè)包括 10 臺攝像機的系統一年的錄像檔案幾乎需要 11,100 盤(pán)錄像帶，此外還要考慮到存儲錄像帶的相關(guān)費用。

　　我們拿上述情況與一張可存儲 60 多小時(shí)的壓縮數字視頻的 DVD 進(jìn)行比較。同樣一年的錄像檔案所需的 DVD 數量不到 150 張，所需的存放空間也較小。此外，硬盤(pán)驅動(dòng)器存儲體可方便地存儲一周的視頻，這樣備份只需一周進(jìn)行一次，而不必一天進(jìn)行數次。對于很多攝像機的系統，我們可用自動(dòng)換盤(pán)機來(lái)進(jìn)行 DVD 盤(pán)片的物理更換，從而進(jìn)一步減少了人力干擾，并提高了可靠性。

　　請注意，上述數據基于 MPEG4 典型的 30:1 壓縮比。MPEG4 是最新、最高效的 MPEG 視頻壓縮標準，在 30:1 的壓縮比上，它可在與一個(gè)未壓縮幀占用空間大小相同的空間內存儲 30 個(gè)壓縮幀。利用智能特性(如事件驅動(dòng)或目標驅動(dòng)的采集)，即便實(shí)現 100:1 或更高的壓縮比也是較保守的估計。舉例而言，在深夜百貨商店沒(méi)什么情況，因此需記錄的情況也很少。但不管記錄內容多少，模擬系統所需的錄像帶數量是不變的。

　　數字網(wǎng)絡(luò )還幫助工程師充分利用幾種產(chǎn)品線(xiàn)的設計投資。利用模塊化設計，單一的板就可為從日托護理監視到餐廳安全直到機場(chǎng)監視等各種市場(chǎng)提供服務(wù)。這些板通過(guò)插入包括影像傳感器與處理器適當組合的子卡，就能夠針對特定應用進(jìn)行定制。由于數字視頻所需的處理器針對各種應用有不同的價(jià)位，覆蓋了低成本到高端整個(gè)市場(chǎng)，因此這一點(diǎn)是可以做到的。

　　軟件也可在各產(chǎn)品領(lǐng)域應用，并為從當今功能豐富的產(chǎn)品向未來(lái)低成本設備移植提供了清晰的發(fā)展藍圖。因此，智能攝像機的基本設計在各產(chǎn)品線(xiàn)上以及各產(chǎn)業(yè)中均非常相似。每種產(chǎn)品之所以不同，是由于所賦予的具體功能不同。

　　智能數碼攝像機的價(jià)格開(kāi)始會(huì )與模擬攝像機相當。這是由于軟件開(kāi)發(fā)的原始成本使然，這也可能是向數碼攝像機過(guò)渡所面臨的最大障礙。但是，隨著(zhù)工程師可長(cháng)期在各條產(chǎn)品線(xiàn)上使用相同的軟件，成本將大幅下降。盡管支持數字視頻的大部分軟件都涉及復雜的算法，但許多算法已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成，并已作為現成的軟件庫提供。

　　即便就相同的定價(jià)而言，數字系統仍會(huì )實(shí)現大幅節約。模擬系統很難升級，常需替換整套攝像機。此外，模擬組件會(huì )隨時(shí)間推移而老化，因而降低了其清晰度。如果數碼攝像機上的影像傳感器開(kāi)始老化，您只需更換傳感器即可，其他數字組件都可保留。此外，由于功能以軟件而不是硬件為基礎，因此我們可以創(chuàng )建用戶(hù)能夠根據需要向已經(jīng)安裝的攝像機遠程添加功能的視頻系統。

　　設置數字視頻網(wǎng)絡(luò )的初始費用也不像模擬系統那么嚇人。CAT5 線(xiàn)纜除抗噪性更好外(可獲得更好的影像質(zhì)量)，它比同軸電纜要廉價(jià)得多，而且大多數建筑物已為計算機網(wǎng)絡(luò )部署了 CAT5，攝像機可以接入使用。此外，使用更智能的攝像機也意味著(zhù)可實(shí)現更高層次的可靠性，同時(shí)降低操作人員總數以及費用。

互操作性與兼容性

　　數碼攝像機還將開(kāi)放視頻市場(chǎng)，使競爭更加激烈。許多模擬系統采用專(zhuān)有設備，這就是說(shuō)您只能從單一一家公司購買(mǎi)攝像機?；谕ㄓ靡曨l標準的數碼攝像機將為系統帶來(lái)靈活性，這樣就可向網(wǎng)絡(luò )添加任何攝像機。因此，兼容性就成了軟件問(wèn)題而不是硬件問(wèn)題。換言之，重要的不是攝像機是否采用某種專(zhuān)有輸出信號，而是主控軟件是否能識別攝像機。

　　最后，我們不用再購買(mǎi)放在控制間的昂貴模擬管理控制臺。網(wǎng)絡(luò )上的任何 PC(當然，應獲得適當許可與密碼)都能查看并控制任何攝像機。

　　但是，公司可能已經(jīng)花了大量投資購買(mǎi)模擬攝像機，還不準備完全重新配備監視系統實(shí)現向數字化過(guò)渡。幸運的是，您也可分階段實(shí)施數字技術(shù)?？赡艿谝徊绞菍⒘畠r(jià)的數字轉換器或編碼器添加到模擬攝像機上。這使得公司能夠繼續使用已經(jīng)購買(mǎi)的攝像機。編碼器還可以提供許多智能攝像機所具備的功能。第一步的另一個(gè)可能選擇是用數字設備替換控制室的模擬設備。這樣，所有模擬信號進(jìn)入控制室時(shí)就都轉換為數字信號，從而避免影響大部分現有的模擬系統。上述兩種情況中，公司都能立即利用數字視頻的優(yōu)勢。

　　現在我們能夠獲得數字技術(shù)的優(yōu)勢。舉例而言，TI與法國視頻與信號處理軟硬件解決方案供應商 ATEME 提供的因特網(wǎng)協(xié)議視頻安全 (VSIP) 開(kāi)發(fā)平臺以 DM642 數字媒體處理器為基礎，為開(kāi)發(fā)智能網(wǎng)絡(luò )攝像機提供了完整的軟硬件平臺。盡管該平臺是為開(kāi)發(fā)智能攝像機的工程師設計的，但它也是一個(gè)完整的子系統，可以連接至網(wǎng)絡(luò )以演示數字視頻的功能。

　　數字視頻已經(jīng)開(kāi)始改變我們處理安全問(wèn)題的方式。今后幾年整個(gè)視頻市場(chǎng)的增長(cháng)預計為15%，而其中數字部分的增長(cháng)預計將達 45%(J.P. Freeman Co. “2003 年全球 CCTV 與數字視頻監視市場(chǎng)”報告)。這并不是說(shuō)模擬視頻有很多問(wèn)題與障礙，而是數字技術(shù)提供了更多的功能，讓攝像機變得更智能化，這將實(shí)現僅靠模擬系統所不能實(shí)現的應用。數字技術(shù)還為設計帶來(lái)了靈活性，不僅有望大幅降低視頻系統的總成本，而且還促進(jìn)不同廠(chǎng)商組件之間的互操作性。