關(guān)于HD-SDI數(shù)字高清攝像頭的應(yīng)用分析

     高清攝像頭擁有網(wǎng)絡(luò)攝像頭所具備的所有優(yōu)點，當(dāng)然必可避免的帶有網(wǎng)絡(luò)攝像頭的缺點。視頻監(jiān)控從小規(guī)模的傳統(tǒng)CCTV閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)到本地的局域網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，再到目前流行起來的大范圍遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)無疑最具備視頻組網(wǎng)的條件。

    作為網(wǎng)絡(luò)攝像頭，其本身即可以通過TCP/IP協(xié)議設(shè)置可以訪問的IP地址，通過局域網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行視頻的網(wǎng)絡(luò)訪問，無論在世界任何地點，都可以訪問與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。但隨之帶來的問題是網(wǎng)絡(luò)暴露在最前端，可能會遭到非法用戶的網(wǎng)絡(luò)入侵，網(wǎng)絡(luò)管理人員必須要做相應(yīng)的安全策略來避免黑客攻擊。

    高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭由于要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸編碼過的視頻，其自身就具備編碼功能，而憑借高效的MPEG4/AVC H.264壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，編碼后的視頻數(shù)據(jù)碼率相對原始視頻數(shù)據(jù)流小了百倍以上，因此經(jīng)過編碼的視頻可以直接通過本地SD/SDHC存儲卡來存儲或在網(wǎng)絡(luò)訪問視頻流的同時來進(jìn)行視頻錄像的存儲。但是編碼網(wǎng)傳會帶來明顯的延時，和視頻失真、色斑色塊、清晰度下降、銳度不足等問題，各廠商的方案和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同，網(wǎng)絡(luò)延時從200ms到1-2s，而視頻效果需要足夠的碼率來保證，這又需要足夠的專用網(wǎng)絡(luò)帶寬。

視頻參數(shù)與功能設(shè)置對于視頻監(jiān)控中的視頻采集來源——攝像機(jī)是十分重要的，由于場景物體、建筑、光線等變化，需要重新調(diào)節(jié)視頻參數(shù)或設(shè)置部分功能，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)由于其自身接入了網(wǎng)絡(luò)，只要網(wǎng)絡(luò)暢通，系統(tǒng)管理員可以隨時訪問攝像機(jī)，根據(jù)當(dāng)前情況來重新配置攝像機(jī)。

伴隨著視頻監(jiān)控，音頻采集同樣對事件監(jiān)控有著一定的意義，監(jiān)控場景的某些聲音，場景內(nèi)人物的對話，都可能是重要信息，而高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以通過簡單的音頻采集，同步做音視頻編碼，封裝成音頻數(shù)據(jù)流，進(jìn)行錄像存儲和網(wǎng)絡(luò)音視頻的傳輸預(yù)覽。而音頻采集的拾音器材成本很低，音頻流碼率也很低，所以有很多用戶還是希望有聲音伴隨的真正音視頻監(jiān)控。

攝像機(jī)的鏡頭在不同焦距下觀看的視場角和所能觀看物體的遠(yuǎn)近也是不同的，監(jiān)控行業(yè)中可能會使用到電動鏡頭，網(wǎng)絡(luò)攝像頭通過自身的RS-485接口即可控制鏡頭，配合云臺，可實現(xiàn)實時轉(zhuǎn)動與焦距變換。
    前端視音頻信號直接接到視頻綜合平臺中，內(nèi)部視頻無損交換后，通過高清DVI、HDMI輸出到大屏監(jiān)視器上，內(nèi)部配有的編碼板還可進(jìn)行視音頻編碼后存儲到網(wǎng)絡(luò)中的大型磁盤陣列中，大規(guī)模的錄像存儲在容量上和安全上得以有了雙重保障；綜合平臺配有的碼分板還可以接入每一路視頻的RS-485控制信號，解碼板可以通過網(wǎng)絡(luò)取流來解碼其他DVR、DVS和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視頻流并輸出給顯示設(shè)備。普通應(yīng)用中的異地級聯(lián)雖然可以通過布設(shè)更多的光纜來傳輸，但是綜合平臺內(nèi)置的光線級聯(lián)功能，可以節(jié)省更多的專用光纜線路，通過一級綜合平臺做無損視頻交換后再傳輸給二級三級綜合平臺。總的來看HD-SDI攝像機(jī)的應(yīng)用配套已經(jīng)非常齊全，可以滿足用戶的各種需求。

HD-SDI攝像機(jī)應(yīng)用的問題在全面配套設(shè)備面前雖然都可解決，但是也給客戶帶來很多煩惱。根據(jù)項目實施中的反饋，應(yīng)用問題包括：

很多商家宣稱HD-SDI攝像機(jī)可以直接升級模擬監(jiān)控系統(tǒng)，回避傳輸距離的問題，而實際用戶如果前期布線質(zhì)量較差，使用75-3低質(zhì)量線纜傳輸距離甚至無法達(dá)到80米，即使使用75-5高質(zhì)量線纜一般也只能傳輸150米，如果用戶已有模擬攝像機(jī)傳輸距離較遠(yuǎn)，可使用中繼器或光端機(jī)來傳輸，付出的成本將會大幅度提高。

HD-SDI攝像機(jī)多數(shù)輸出接口只有HD-SDI信號輸出，安裝調(diào)試時，鏡頭的調(diào)節(jié)是視頻畫面質(zhì)量很重要的一部分，與傳統(tǒng)模擬和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方便觀看本地畫面不同，調(diào)試人員必須要配備帶有HD-SDI數(shù)字輸入接口的顯示器來調(diào)鏡頭，只有部分廠家的產(chǎn)品會提供模擬視頻輸出接口以便于安裝調(diào)試。

大規(guī)模組網(wǎng)當(dāng)中，網(wǎng)管系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的維護(hù)也有很重要的作用，而HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)的專用設(shè)備不具備網(wǎng)絡(luò)功能，也使得網(wǎng)管不能監(jiān)控到每個設(shè)備的運行狀況。用戶也無法根據(jù)當(dāng)前需求調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)。

考慮到成本的因素，除少數(shù)投資較大的平安城市項目建設(shè)大型HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)外，HD-SDI系統(tǒng)在整個大型系統(tǒng)中主要還是獨立的系統(tǒng)構(gòu)成，作為整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的一個較大節(jié)點，通過一條同軸電纜來傳輸視音頻信號、控制信號甚至電源將可能會使其應(yīng)用更廣泛。

核心技術(shù)上HD-SDI攝像機(jī)的傳感器與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)攝像頭無差異，主要技術(shù)在傳感器輸出的視頻信號做轉(zhuǎn)換后如何轉(zhuǎn)換處理。已有的方案較多，可使用FPGA和ASIC等，主要體現(xiàn)在對圖像的處理上，另外對輸入輸出的視頻信號做SDI編碼轉(zhuǎn)換的芯片成本目前相對較高，也使得攝像機(jī)、高清DVR接收端、監(jiān)視器、光端機(jī)的成本難以下降，未來HD-SDI技術(shù)的完善和應(yīng)用的增加會使得芯片成本下降，配套產(chǎn)品成本降低，用戶才會更愿接受。

HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)應(yīng)用案例

HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)大規(guī)模監(jiān)控應(yīng)用較早的是在某市平安城市高清監(jiān)控項目中，系統(tǒng)比較龐大，應(yīng)用配套也比較全面，系統(tǒng)架構(gòu)如下：

從現(xiàn)狀分析，已建成的城市監(jiān)控系統(tǒng)按“派出所—分控中心—分局中心”三級架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計完工。那么，從系統(tǒng)總體架構(gòu)垂直層次上分，本期項目依然按照“派出所—分控中心—分局中心”三級架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。
從項目建設(shè)業(yè)務(wù)需求看，本次項目建設(shè)中將包含3種監(jiān)控模式，分別是可控高清視頻監(jiān)控模式、固定高清視頻監(jiān)控模式和模擬標(biāo)清視頻監(jiān)控模式。三級架構(gòu)與三種監(jiān)控模式構(gòu)成一套“矩陣式”立體化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。除了分控       中心作為監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、存儲中心以外，派出所作為業(yè)務(wù)實戰(zhàn)單位、分局中心作為應(yīng)急指揮單位，都需要將三種監(jiān)控模式進(jìn)行有機(jī)地整合，以滿足多元化監(jiān)控應(yīng)用需求，確保多種實時圖像、多種錄像資料的資源共享，確保多個監(jiān)控模式之上的統(tǒng)一管理與統(tǒng)一切換控制。

1、數(shù)字高清無壓縮監(jiān)控模式

     可控高清數(shù)字視頻監(jiān)控主要是基于高清數(shù)字圖像采集技術(shù)、高清數(shù)字圖像傳輸技術(shù)、高清圖像編碼技術(shù)和IP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，并與高清圖像解碼技術(shù)、高清圖像存儲技術(shù)、高清顯示技術(shù)緊密結(jié)合的監(jiān)控模式。借助外場敷設(shè)的光纖資源和“派出所—分控中心—總控中心”搭建的萬兆圖像網(wǎng)，高清數(shù)字圖像不經(jīng)壓縮，直接在此之上完成采集、傳輸、交換；通過分級編碼、經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸做存儲、回放解碼、顯示與共享。

     與高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控模式不同，可控高清視頻監(jiān)控模式中實時圖像借助非壓縮高清圖像傳輸技術(shù)，可確保系統(tǒng)能滿足實時PTZ控制的要求。

2、模式特點

       非壓縮圖像實時切換。為了保證對可控高清前端的PTZ控制實時性，延時小，實時圖像主要采用非壓縮高清數(shù)字圖像光傳輸與交換，在派出所和分局中心均借助高清視頻交換設(shè)備來切換顯示實時高清圖像。

      通過萬兆圖像網(wǎng)從流媒體服務(wù)器獲取壓縮后的實時碼流來預(yù)覽圖像作為前一種預(yù)覽手段的備份。

      派出所集中編碼。高清可控前端的高清視頻非壓縮傳回派出所，在派出所進(jìn)行集中編碼，為了便于設(shè)備管理，減少設(shè)備占據(jù)的物理空間，選擇機(jī)架式集中編碼器對可控高清視頻圖像進(jìn)行編碼。

結(jié)語

      目前HD-SDI市場還是處于早起推廣的階段，采用HD-SDI產(chǎn)品的多半是技術(shù)性比較強(qiáng)的客戶，不論是公、私領(lǐng)域，對于客戶來說，他們看重的是能否提供完整的系統(tǒng)整合方案，以及如何跟CCTV/IP整合使用。

     總體來看，目前HD-SDI產(chǎn)品只在少數(shù)較大型、特殊的平安城市項目中得到大規(guī)模應(yīng)用，其他項目中有個別點位的較少應(yīng)用，未來幾年會逐步推廣到對實時性要求較高的多個應(yīng)用行業(yè)。
新型的HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)技術(shù)特點相對傳統(tǒng)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)有很大不同：

      HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)只能在同軸電纜上傳輸視頻信號，無法在以太網(wǎng)中傳輸，傳輸距離一般在100米左右，如果需要更遠(yuǎn)距離傳輸，需要通過HD-SDI專用光端機(jī)，通過光纜傳輸視頻信號。

     HD-SDI傳輸?shù)囊曨l信號為未壓縮的原始視頻數(shù)字信號，不會因視頻壓縮而帶來清晰度不足、色斑色塊、銳度降低等問題。但是其數(shù)據(jù)量龐大，系統(tǒng)難以承受，必然還要做編碼壓縮處理來做更遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)傳輸，編碼后的視頻數(shù)據(jù)與高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)基本無差異，對于事后回放存儲的錄像，兩者基本相同。

     HD-SDI接口設(shè)計之初只為了無壓縮視頻的單向傳輸，攝像機(jī)一般也是有人操作的，很少需要遠(yuǎn)程反向操作攝像機(jī)；HD-SDI監(jiān)控攝像機(jī)只能本地操作，在安裝之初就調(diào)試好，或單獨鋪設(shè)控制信號線。如果配合云臺和電動變倍鏡頭來使用，也需要單獨鋪設(shè)信號線。
     HD-SDI的純視頻傳輸，也讓監(jiān)控攝像機(jī)對音質(zhì)的需求難以滿足而頗感尷尬，只有單獨對音頻布線傳輸，而無法融入為復(fù)合的音視頻信號。目前行業(yè)中已經(jīng)在開發(fā)把音頻數(shù)據(jù)嵌入到HD-SDI視頻信號中的技術(shù)，不過目前主要廠家的HD-SDI攝像機(jī)產(chǎn)品中還幾乎沒有得到實際應(yīng)用。

HD-SDI攝像機(jī)的應(yīng)用和當(dāng)前的困難

     對高清監(jiān)控產(chǎn)品的需求，從使用者來源劃分主要來自于兩類，一類是現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)需要升級到高清視頻監(jiān)控，另一類是新建高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

     已有視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，模擬視頻監(jiān)控占絕大多數(shù)，由于其發(fā)展較早，使用時間較長，監(jiān)控性能已經(jīng)下降，無法起到監(jiān)控應(yīng)有的作用，有一定實力或?qū)Ω咔迤惹行枨蟮挠脩魰虼硕x擇更新?lián)Q代到高清視頻監(jiān)控。從方便的角度來講，只替換設(shè)備是最方便的，而HD-SDI攝像機(jī)和配套的HD-DVR正適合，只需要替換攝像機(jī)和DVR即可方便地完成視頻升級，成本上要比換成網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和NVR并鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)要低，同時獲得低延時的無損視頻，當(dāng)然除非用戶的網(wǎng)絡(luò)覆蓋非常密集，否則布線和交換機(jī)的成本也會因點位數(shù)量更多而不得不考慮。

       新建視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭機(jī)的需求隨著近幾年的發(fā)展，用戶的需求也越來越多，從設(shè)備使用配置到組網(wǎng)的角度來講，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)要更勝一籌，即使不用嵌入式NVR硬件，也可以用現(xiàn)有電腦或服務(wù)器來完成視頻的預(yù)覽監(jiān)控和錄像。但是從系統(tǒng)設(shè)計到項目實施都會遇到因高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的高碼率帶來網(wǎng)絡(luò)帶寬過大而不得不使用更高端的交換機(jī)，以及網(wǎng)絡(luò)繁忙，解碼電腦性能不足導(dǎo)致預(yù)覽不流暢和延時問題。根據(jù)市場反饋，這些問題給用戶帶來的煩惱不占少數(shù)，此時HD-SDI攝像機(jī)的優(yōu)勢便體現(xiàn)出來，獨立的視頻信號傳輸、0.1秒以下的超低延時，高清晰無損畫面都會讓客戶享受到廣電專業(yè)級設(shè)備的特有體驗。

      針對上述兩種客戶的描述并從整體市場情況來看，HD-SDI攝像的主要需求者以高端用戶和對畫質(zhì)延時要求高的極端用戶為主。監(jiān)控覆蓋和整體系統(tǒng)可能很小也可能極為復(fù)雜。

整體應(yīng)用上從前端到后端詳細(xì)來講，HD-SDI攝像機(jī)安裝時同模擬攝像機(jī)一樣，需要在前端安裝調(diào)好鏡頭的同時調(diào)節(jié)菜單配置好參數(shù)，插好鋪設(shè)的同軸電纜BNC接頭。

       鋪設(shè)的同軸電纜距離一般以100米以內(nèi)為好，如果需要遠(yuǎn)距離傳輸，從廣電行業(yè)就開始使用光纜來傳輸，HD-SDI光端機(jī)早已成熟，所以通過一對光端機(jī)配合光纜可以解決；同時光端機(jī)還支持傳輸音頻信號RS-485控制信號，一舉解決了音頻和遠(yuǎn)程控制的需求。

       音視頻信號通過物理線路傳輸?shù)胶蠖耍脩艏刃枰镜貙崟r預(yù)覽，又需要在本地進(jìn)行錄像存儲、錄像回放，配套的設(shè)備將會使用到高清DVR做編碼存儲，同時環(huán)通輸出給高清監(jiān)視器等顯示設(shè)備；針對大型監(jiān)控組網(wǎng)可能需要傳輸給更遠(yuǎn)的地方做分級監(jiān)控，可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸高清DVR編碼的碼流，再用解碼器在異地解碼輸出顯示；電視墻顯示為了切換便利，傳統(tǒng)的模擬矩陣廠家現(xiàn)在也推出了數(shù)字高清矩陣。盡管如此，繁多的設(shè)備讓整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為復(fù)雜，同時經(jīng)過編碼后，在回放和異地網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控環(huán)節(jié)都與網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)沒有差異，沒有HD-SDI的優(yōu)勢。針對這種大型應(yīng)用，監(jiān)控行業(yè)的領(lǐng)先者兩年前即開發(fā)出了視頻綜合平臺產(chǎn)品，在大型監(jiān)控項目中提供了HD-SDI監(jiān)控的幾乎全套配套設(shè)施功能。