來源:中關村線上
視頻監控系統中圖像清晰度是最被關注的，衡量圖像清晰度的標準是解析度，解析度值越大，圖像就越清晰。現在視頻圖像解析度最高已可達1080P，也就是人們通常說的高清。其實要做到畫面高清，不僅僅是解析度達到720P或1080P就行了，還必須在超寬動態、自動白平衡、圖像銳利度調整、超級數位降噪(信噪比)、智慧數位自動測光補償、亮度信號、彩色信號邊緣補正、損壞畫素自動調整與恢復、色彩調整等指標上都要有上好的表現，只有達到這些綜合性的要求才能真正地實現高清。由於圖像清晰度對視頻監控產業有著非同一般的重要性，因此，高清監控技術一經面世就被市場廣泛接受並開始實際應用。
攝影機是將光學圖像轉換為電學圖像，通過顯示裝置還原光學圖像的設備。攝影機的社會需求源自人類對自然的視覺需求，是人類感知物質世界的重要工具。儘管視頻監控是作為一個系統來衡量整體性能的，但無疑，攝影機是最重要的組成部分，並彙聚眾多的核心技術。
近兩年，高清可以說是監控行業最熱門話題，業界各大主流廠商都紛紛推出自己的高清產品，尤其是高清網路攝影機更是款型豐富，週邊配套設備比較齊全，湧現出各種IP高清系統解決方案，並成為目前高清視頻監控應用方案的主流。不可否認，由於IP高清監控方案的實際應用，極大地提高了視頻資料承載和應用能力，使視頻圖像解析度大幅提升，並具有高度的易擴展性和集中管理等優勢。近幾年安防行業各類展會中，IP高清監控方案真可謂飽受讚譽。
然而，儘管IP網路高清監控具有種種優勢，但也由於各種原因，對IP網路監控，特別對網路高清監控系統整體而言，也明顯地暴露出其罩門：由於網路傳輸延遲帶來的非即時性，又由於有損編碼壓縮使顯示和記錄的圖像失去原汁原味，從而影響了其應用效果。所以說，事物都有其正反二面，IP網路監控也不例外。
在人類感知物質世界的過程中，對高清的追求一直沒有停止腳步，與IP網路高清監控相呼應的HD-SDI數位高清監控就是最為重要的應用實例。
HD-SDI高清及標準
攝影機的CCD或CMOS感測器採集信號後，未經壓縮的高清視訊訊號及傳輸，有類比和數位兩種。類比傳輸一般採用YPbPr分量傳輸，一路高清視訊訊號，需要三根同軸線纜同時傳輸。數位傳輸一般採用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸，其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米，不適合用於監控圖像的遠端傳輸，行業內通常被應用在廣播控制室內設備間的連接，和信號傳輸。而HD-SDI信號雖然可以傳輸百米左右，並可採用CVBS同軸電纜傳輸，所以通常被應用在現場採集設備，與百米內的控制設備間的信號傳輸連接。
高清定義源自於數位高清電視HDTV，是由美國電影電視工程師協會SMPTE確定的高清晰度電視標準，即支援1080i(1920×1080，隔行)、720P(1280×720，逐行)、1080P(1920×1080，逐行)三種高清電視標準；再次，還特別要求是16∶9顯示模式和全幀速。
目前，在安防行業傳統監控系統，標清數位編碼一般可達到4CIF或D1的解析度，約為40萬像素，清晰度在300至500電視線之間；高清攝影機如果要達到800電視線清晰度，那麼攝影機的解析度至少要達到720P(1280×720)的標準，約90多萬像素；若採用200萬像素，就能達到1080P(1920×1080，逐行)高清圖像的要求。
現在，安防行業通常採用廣播電視領域的高清劃分標準，來區分“高清”和“標清”。由於採用廣電標準：即能達到百萬像素的攝影機，配套以1080P解析度的顯示裝置，及相應的傳輸通道，就可以形成一套可稱之為高清的監控系統，但安防視頻監控行業本身至今還沒有通用的高清標準。例如，2006年發佈的國標《視頻安防監控數位錄影設備國家標準GB20815-2006》，僅對DVR的等級劃分為A級(解析度不小於4CIF，704×576)和B級(解析度CIF，352×288)兩種。
HD-SDI監控技術優勢
相較於IP網路高清監控系統，很明顯，HD-SDI監控有如下優勢。
1、 原類比系統佈線仍可採用，系統組成和設備管理方式不變，從老的類比系統升級，只需
更換相應的硬體設備，幾乎無需操作訓練，就能實現從標清類比監控升級到高清監控。
2、不失真原始圖像，不像IP監控是經壓縮和打包後經網路傳輸的，而HD-SDI監控以未壓縮
數位信號在同軸電纜上高速傳輸，不失真。
3、高清即時，不受傳輸網路影響，不會有IP網路監控產生的圖像延遲問題，在有即時監控
要求的場合，該性能要求就顯得特別重要。
4、提供更多細節，保持圖像的完整性和原始性，大大提高了智慧分析演算法的精度，為智
慧視頻分析IVS提供了保障。
5、單位面積攝影機布點密度大幅下降，提高了採集設備的利用效能。
客觀地講，基於IP監控和基於HD-SDI監控各有優勢，從目前安防需求看，HD-SDI監控是令人振奮的。但是，HD-SDI監控本身也還有技術問題需解決。比如，需要解決HD-SDI的長距離(長於100米的)傳輸問題；配套設備欠成熟、廠商較少，廠商和配套設備的選擇面較小，成本也比較高；應用的普及度及用戶的認知度還遠遠不及IP網路高清監控。
高清攝影機組成及關鍵技術
HD-SDI或IP高清攝影機一般由如下主要部分組成如下：
1、攝影機CCD或CMOS成像器件，完成光學圖像轉換為電學信號，輸出電子圖像信號。
1、攝影機CCD或CMOS成像器件，完成光學圖像轉換為電學信號，輸出電子圖像信號。
2、AFE，類比前端，用於CCD成像時，將CCD圖像信號數位化，並產生CCD控制時序。而
對於CMOS型成像器件，可直接輸出數位信號，故不需要AFE類比前端。
3、CPU為整個高清攝影機核心器件，其主要完成圖像信號處理(Image Signal
Processor)和圖像信號編解碼(編解碼為MPEG4、H.264標準圖像資料等)。
早期的CPU即DSP(Digital Signal Processor)，主要完成圖像信號處理，如：透鏡校正、Gamma校正、邊緣校正、自動曝光、自動聚焦、自動黑白平衡、防抖動等處理及控制。
這其中IP高清攝影機的CPU還要完成圖像的編碼壓縮，再經IP網路口輸出，而HD-SDI高清攝影機不經編碼壓縮，即以原始數位信號經HDMI或HD-SDI口輸出。總體說，CPU除影像處理和編碼功能外，還要完成高清攝影機系統控制及計算，充作整個系統的中央處理器。
4、儲存介面：儲存主要是指儲存卡/硬碟等資料儲存。
5、信號輸出介面：HDMI為高清數位多媒體介面，支援5Gpbs以上高速信號傳輸速率，為民用消費電子介面；HD-SDI為高速序列介面，符合SMPTE組織制定的，用於影視廣播室的數字音視訊訊號傳輸，是專業標準。其早期支援標清數位電視信號的270Mbps速率，已發展到傳輸1.485Gbps高清數位電視信號，再發展到當前的2.97Gbps高速信號，用於傳輸RGB24bit以上高清數位電視信號。
從上述對高清攝影機系統介紹可知，專業高清攝影機涉及到以下主要難點和當前業界先進技術。
1、高解析度光學鏡頭集成，高清攝影機必須搭配高解析度(高達真正千萬像素)和廣角
的光學鏡頭，在光學變焦等方面，均為當前技術最前沿。
2、圖像信號處理，在光學信號轉換為電學信號時，需要進行信號處理，以便獲得較高
的圖像品質，降低各種干擾和雜聲等。以白平衡、自動曝光、自動聚焦、防抖動等
為代表的幾個技術是圖像信號處理技術的幾個方面。
3、高速電子圖像信號的接收、處理和傳輸，高清攝影機在光電轉換後，所得信號均為
高速電子信號，這要求信號接收、處理和傳輸等環節，均需要考慮電磁相容和隔離
措施。
4、高清視訊壓縮，高清攝影機由於其視訊訊號速率高，資料量大，必需採用當前先進
的視訊壓縮技術，如H.264等，才能滿足儲存和網路傳輸需求。
高清攝影機技術發展與應用
高清攝影機從早期的720P解析度已逐步發展到當前的全高清階段，即支持1080P制式。高清攝影機與早期的標清攝影機相比，存在以下明顯區別和發展。
1、視頻監控標清攝影機輸出類比信號，而高清攝影機基本為數位信號。在標清類比信號數位化後，存在Interlace現象，一般而言，標清的數位視訊信號其圖像效果，無論主觀還是客觀指標，都不如原類比信號，類比視訊訊號數位化，僅僅解決網路傳輸和硬碟儲存等客觀需求。而高清攝影機信號本質上為數位信號，不存在類比信號變換為數位信號的問題。圖像解析度的大幅提升，帶來技術上量變到質變的飛躍，可大幅提升視頻主客觀效果，圖質更加接近自然本色。
2、隨著視頻尺寸向著高清演進，對攝影機CPU(DSP)處理能力的要求大幅提升，並高於
圖像畫素解析度提高的比例，這是標清無法比擬的。
3、由於高清攝影機本身輸出數位化視訊訊號，傳統的視頻監控攝影機應用模式將發生
重大變化。
標清攝影機必需配合DVS/DVR等，而高清攝影機可直接完成視頻的編解碼，這樣，高清系統將更加地被簡化和集成。
HD-SDI高清解決方案
要實現真正的高清監控，必須從視頻源的採集、視訊訊號的處理、視訊訊號的傳輸、視頻的顯示流覽、錄影檔的重播等環節全面支持高清。對用戶而言，高清只有在包含了前端、傳輸、流覽、顯示、平臺、儲存等各個環節時才有意義。
所以，對高清監控而言，僅一個高清攝影機是不夠的，這對於網路高清和HD-SDI高清都是相同的。無論是類比監控或數位監控或網路監控，都是由前端攝影機、NVR/DVR/管理平臺設備、顯示裝置、存放裝置、傳輸線纜等組成，每一環節都是缺一不可的。
因此，HD-SDI高清監控系統也必須如此，任何一類系統是就系統的整體性能而言，HD-SDI高清監控要具備實際的應用意義，就必須提供涵蓋前端、傳輸、管理中心以及後端環節的完整的解決方案，比如HD-SDI高清攝影機+HD-SDI光端機+HD-SDI高清矩陣或HD-SDI監視器+HD-SDI高清編碼器+相適應的存放裝置(如IP-SAN)。
HD-SDI高清應用考慮對HD-SDI高清攝影機及整體系統的應用既要參考系統的特性，又要考慮應用物件的需求，需二者統籌兼顧。
從前述知道HD-SDI高清攝影機具有：原類比系統佈線仍可採用、保持不失真原始圖像、高清即時等特點；而應用物件又有對高保真和高即時性的要求，所以HD-SDI高清攝影機及系統應該是上述二者的兼有，不是任何時候、任何地方都適用的，所以一般應用在：
·有視頻智慧分析IVS需要的場合；
·電子卡口系統；
·電子員警系統；
·銀行櫃員制系統；
·範圍不是很大的重要的展覽館、博物館等。
由於有較高的解析度，能帶來更高的視頻分析準確率，能實現高準確率的識別(例如：人臉識別、行為識別、車牌識別、流量統計)；又由於高即時性，所以使安保人員能即時掌控現場的狀況；上述的這些場合，大多控制和顯示裝置距攝影機距離不遠，或許不需增加傳輸設備(HD-SDI光端機)，甚至可利用原類比系統的線纜即可完成系統向高清的升級改造。
HD-SDI設備安裝注意事項
HD-SDI高清視頻系統對圖像的還原能力很強，這就對使用者、器材和支持的基礎設施(線纜及接外掛程式)提出了更高的要求。儘管HD-SDI設備的安裝調試，與常規類比標清系統沒有太大的區別，但在一些細節上還是要給予特別注意的。
1、槍式防護罩要考慮護罩玻璃的選擇，應選用高品質的光學玻璃，以避免普通平板玻
HD-SDI高清視頻系統對圖像的還原能力很強，這就對使用者、器材和支持的基礎設施(線纜及接外掛程式)提出了更高的要求。儘管HD-SDI設備的安裝調試，與常規類比標清系統沒有太大的區別，但在一些細節上還是要給予特別注意的。
1、槍式防護罩要考慮護罩玻璃的選擇，應選用高品質的光學玻璃，以避免普通平板玻
璃帶來的嚴重的光損，而影響高清攝影機的圖像品質。
2、安裝環境的照度，高清攝影機對安裝環境的照度要求要比標清高得多，其包括照度
和範圍二方面，如達不到應該的要求，則圖質可能會比標清還要差。
3、不推薦選用半球罩，理由如下：因為球罩是曲率半徑很小的球體，高清攝影機一般
會採用孔徑較大的鏡頭，球罩曲率半徑與鏡頭孔徑會嚴重不匹配(為與小曲率半徑球
罩匹配，球機一般都配小鏡頭)；此外，球罩還通常會厚薄不均勻，甚至還採用較差
的聚炳烯材料製作，上述這些因素都會嚴重影響到圖像品質，使圖像會有明顯的變形
和光損。
4、連接線纜及接外掛程式接駁雖不顯眼，但很重要。對於720P/1080P高清電視格式，
其線纜和跳線系統必須滿足SMPTE 259M/424M-2006的相關技術細節。對於HD-SDI高
清系統，阻抗匹配是非常重要的。
即使是選用最好的線材，如果配上糟糕的接頭也會使系統性能變得糟糕透頂。為了減少反射和相
高清視頻應用正如火如荼。無論是HD-SDI還是IP高清監控，它們都有自己獨有的應用領域，相互不能替代，卻是互補的，即適用是硬道理。儘管源自廣播電視的HD-SDI高清數位監控技術與標準已比較成熟，而IP網路高清監控尚處於成長期，隨著網路環境提升，特別是政府已對網路升級改造制訂了計畫，所以說，IP網路高清監控一定會有不可預測的大長進。
那麼，高清攝影技術下一步該怎麼走呢？有看到資料，日本NHK正在協同旗下幾個主要企業成員進行超高清(3840×2160，7680×4320)解析度圖像的基礎技術研究，和相關技術標準的制定。一些國際組織比如ITU等也在進行超高清技術研究。在色域方面，當前的技術標準正從深色(48Bit)逐步走向更深領域，使更加接近人眼分辨自然色極限。
0 comments:
張貼留言