文｜杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司 田振華

IP/HD-SDI高清高速球的應(yīng)用與發(fā)展分析

文｜杭州?？低晹?shù)字技術(shù)股份有限公司 田振華

當(dāng)今安防行業(yè)的發(fā)展趨勢主要為高清、智能和系統(tǒng)集成，高清是目前業(yè)內(nèi)最為熱門的話題。實(shí)現(xiàn)全面高清有三種解決方案：模擬高線、網(wǎng)絡(luò)高清、數(shù)字高清。提升清晰度最為關(guān)鍵的是提升視頻采集設(shè)備采集信號(hào)清晰度。在球機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，IP高清高速球機(jī)和HD-SDI高清高速球機(jī)已經(jīng)相繼在市場上嶄露頭角，本文將主要對IP/HDSDI高清高速球的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

球機(jī)主要由機(jī)芯、云臺(tái)、硬件電路、結(jié)構(gòu)等幾大部件構(gòu)成。IP/HD-SDI高清高速球機(jī)都選用高清數(shù)字機(jī)芯完成圖像采集，采用相同的云臺(tái)傳動(dòng)機(jī)制完成PTZ控制，具有相同的結(jié)構(gòu)。兩者最大的區(qū)別在于硬件電路：IP高清高速球機(jī)對機(jī)芯采集的高清信號(hào)進(jìn)行編碼壓縮后，輸出IP數(shù)據(jù)包，通過以太網(wǎng)傳輸；HD-SDI高清高速球機(jī)則是對機(jī)芯采集的高清信號(hào)進(jìn)行格式封裝后，輸出未經(jīng)壓縮處理的原始數(shù)據(jù)，通過HD-SDI線纜傳輸。所以從產(chǎn)品技術(shù)上來說，兩者的差異在于硬件電路不同；相對而言，兩者的技術(shù)瓶頸在于機(jī)芯功能。諸如如何獲得更好的圖像還原效果、如何在夜間獲得更好的低照度效果，如何提升圖像的清晰度等，無論對于IP高清高速球機(jī)還是HD-SDI高清高速球機(jī)，都是需要破解的難題。

2 制約應(yīng)用和普及的因素

2.1 IP高清高速球的優(yōu)劣勢

目前市場上的高清高速球機(jī)可謂是百家爭鳴，IP高清高速球機(jī)不僅類型豐富，而且是用戶、工程商及廠商最為青睞的高清球機(jī)之一。

IP高清高速球機(jī)的優(yōu)勢在于：

◆ 能提供720p及以上的高清視頻圖像，清晰度較傳統(tǒng)設(shè)備提升一倍以上；

◆ 基于聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，能有效支撐大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)的組建；

◆ 支持通過可視化平臺(tái)管理軟件統(tǒng)一管理；

◆ 研制廠商眾多，各廠商的技術(shù)碰撞有利于產(chǎn)品的發(fā)展。

IP高清高速球機(jī)的缺點(diǎn)在于：

◆ 存在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸延遲，包括編解碼延遲以及網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)延遲的問題，尤其是在應(yīng)用于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，視頻預(yù)覽和控制延遲較大；

◆ 可能發(fā)生網(wǎng)絡(luò)信號(hào)丟包，即編碼后的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)可能會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)問題丟失數(shù)據(jù)包，因而存在丟失視頻數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)；

◆ 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)不安全，尤其是在公網(wǎng)中傳輸視頻數(shù)據(jù)時(shí)，容易發(fā)生視頻數(shù)據(jù)被篡改，導(dǎo)致視頻數(shù)據(jù)被竊取的情況。

2.2 HD-SDI高清高速球的優(yōu)劣勢

HD-SDI高清高速球機(jī)的優(yōu)勢在于：

◆ 可基于同軸電纜傳輸信號(hào)，這意味著既有模擬監(jiān)控系統(tǒng)能利用已有的線路完成高清改造，最大限度地節(jié)約成本；

◆ 產(chǎn)品操作與傳統(tǒng)CCTV產(chǎn)品相似，不像IP系統(tǒng)那樣需要管理維護(hù)人員具備一定的IT應(yīng)用技能，對于傳統(tǒng)的CCTV安防從業(yè)人員來說沒有重新學(xué)習(xí)的成本；

◆ 傳輸非壓縮的高清信號(hào)，圖像還原效果比IP高清高速球機(jī)更好，視頻延時(shí)比IP高清高速球機(jī)更小，這也是促成用戶選擇HD-SDI高清高速球的關(guān)鍵因素。

HD-SDI高清高速球機(jī)的不足在于：

◆ 目前HD-SDI信號(hào)的最遠(yuǎn)傳輸距離為100m，進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)某杀据^高；

◆ 使用HD-SDI設(shè)備組建大型監(jiān)控系統(tǒng)，其成本較相同規(guī)模的IP監(jiān)控系統(tǒng)高很多。

2.3 IP/HD-SDI高清高速球的應(yīng)用情況

目前IP/HD-SDI高清高速球的應(yīng)用情況是，IP高清高速球機(jī)的市場占比較高。綜合多方面數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，推動(dòng)用戶選擇IP高清高速球機(jī)的主要因素有以下兩點(diǎn)：

◆ IP高清高速球機(jī)的成本比HD-SDI高清高速球機(jī)低；

◆ IP高清高速球機(jī)具備視頻采集和編碼功能，可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；HD-SDI球機(jī)僅完成視頻采集，系統(tǒng)在錄像之前需要進(jìn)行編碼壓縮，于是又增加了編碼設(shè)備的成本。

可以說，對于常規(guī)監(jiān)控項(xiàng)目來說，對成本的考慮往往使得用戶最終選用IP高清高速球機(jī)。

HD-SDI高清高速球機(jī)也有一定的市場占有率，選擇HD-SDI高清高速球機(jī)的用戶一般是行業(yè)用戶，主要出于對HD-SDI高清高速球機(jī)在圖像還原度和實(shí)時(shí)性上的優(yōu)勢為IP高清高速球機(jī)所不可比擬的考慮。

3 未來發(fā)展趨勢

IP/HD-SDI高清高速球未來的發(fā)展，有三個(gè)共同的目標(biāo)。

（1）高清化

雖然當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高清監(jiān)控，但是從顯示效果來看，現(xiàn)有的高清監(jiān)控在分辨率、顯示效果、流暢度方面都存在不足。從分辨率來看，720p的分辨率是CIF分辨率的9倍、1080i/1080p的分辨率是CIF分辨率的20倍——在同樣的顯示環(huán)境下，能還原更多細(xì)節(jié)；從顯示效果來看，高清監(jiān)控既支持大屏顯示，又支持16∶9寬屏顯示，可以大幅優(yōu)化用戶的觀看體驗(yàn)；從流暢度來看，高清監(jiān)控支持更高的幀率，例如720p和1080i/1080p都可以支持60幀/秒，其圖像流暢度比標(biāo)清要高一倍——這些都是IP/HDSDI高清高速球未來發(fā)展的方向。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化

隨著監(jiān)控系統(tǒng)從模擬式走向數(shù)字式、從封閉式邁向網(wǎng)絡(luò)化，基于開放的標(biāo)準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)設(shè)備、系統(tǒng)間互聯(lián)互通的需求日益迫切。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，投身于開放標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，為用戶提供同時(shí)具備靈活性和可擴(kuò)展性的安防系統(tǒng)，已經(jīng)成為安防廠商角逐本土市場、實(shí)現(xiàn)全球化的不二選擇。作為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的重要產(chǎn)品，IP/HD-SDI高清高速球機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)成為必然。

繼ONVIF、PSIA之后，HDcctv聯(lián)盟也成立了，并與前兩者并立為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控市場的三大標(biāo)準(zhǔn)。這些聯(lián)盟組織的成立，都是基于在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代推動(dòng)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的愿景。例如ONVIF，希望通過全球性的開放接口標(biāo)準(zhǔn)來推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)視頻在安防市場的應(yīng)用——這一接口標(biāo)準(zhǔn)將確保不同廠商生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品具有互通性；成立于2008年8月的PSIA，即實(shí)體安防互通聯(lián)盟，目標(biāo)是為實(shí)體安防系統(tǒng)的硬件和軟件平臺(tái)提供一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口，使基于IP網(wǎng)絡(luò)的不同安防系統(tǒng)具有兼容性；而HDcctv聯(lián)盟（HDcctv Alliance）以芯片廠商和系統(tǒng)供貨商為主要?jiǎng)?chuàng)立者，主要針對高畫質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)（High Definition Surveillance Systems）開發(fā)新的標(biāo)準(zhǔn)，以期通過新標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)更容易建置、成本更低的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

（3）強(qiáng)化夜間補(bǔ)光

高清球機(jī)與普通球機(jī)相比，相同尺寸感光芯片的像素點(diǎn)成倍數(shù)增加，這造成了高清球機(jī)感光點(diǎn)尺寸相應(yīng)倍數(shù)的減少；所以在同等曝光的情況下，高清球機(jī)的低照度性能會(huì)比普通像素球機(jī)差很多。這意味著高清球機(jī)夜晚紅外補(bǔ)光的強(qiáng)度需求比普通像素紅外球機(jī)高得多。例如，130萬像素的1/3in高清CCD與43萬像素（480線數(shù)）的1/3in普通CCD相比，單位面積上的像素點(diǎn)是后者的3倍，前者像素點(diǎn)的感光性能則為后者的1/3——這就是高清球機(jī)夜晚監(jiān)視效果差的根本原因。目前應(yīng)用較多的解決方案是延長曝光時(shí)間以彌補(bǔ)低照度性能不好的缺陷，但這會(huì)帶來圖像易出現(xiàn)拖影的問題。因此要獲得理想的夜晚圖像效果，只能增強(qiáng)外界燈光。

針對不同距離的監(jiān)控，高清球機(jī)有不同的補(bǔ)光方案配置：近距離選用角度廣的LED燈板來補(bǔ)光，可實(shí)現(xiàn)廣角監(jiān)控，且成本較低；中遠(yuǎn)距離由于需要的補(bǔ)光強(qiáng)度比較大、角度小，使用普通的LED燈很難達(dá)到所需的效果，所以選用方向性強(qiáng)、能量集中的激光紅外燈來進(jìn)行補(bǔ)光。

除此以外，HD-SDI高清高速球機(jī)還有一項(xiàng)迫切的發(fā)展需要，即降低傳輸成本、增長傳輸距離。正如上文所述，HD-SDI技術(shù)目前的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸距離局限為100m，這推高了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)某杀?，很大程度上限制了HD-SDI高清高速球機(jī)的應(yīng)用。目前相關(guān)設(shè)備廠家已經(jīng)在研發(fā)新的傳輸方案，比如淺編碼技術(shù)。淺編碼技術(shù)的基本原理是在HDSDI球機(jī)端對HD-SDI信號(hào)進(jìn)行MJPEG算法編碼，再通過同軸線纜進(jìn)行傳輸——如此圖像質(zhì)量損失不大，同時(shí)可將傳輸距離提升至300m左右。即使如此，HD-SDI技術(shù)也還需要進(jìn)一步提升，這樣HD-SDI高清高速球機(jī)才能綜合傳輸成本、應(yīng)用習(xí)慣、無損視頻顯示及操控?zé)o延時(shí)等多方面的優(yōu)勢，被越來越多的CCTV從業(yè)人員接受。