江蘇東大金智信息系統(tǒng)有限公司 蔣宏坤

數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)、局限性分析和發(fā)展展望

江蘇東大金智信息系統(tǒng)有限公司 蔣宏坤

本文通過(guò)對(duì)數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、局限性分析，以及目前監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)、各類相關(guān)技術(shù)發(fā)展描述，說(shuō)明了現(xiàn)今監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的重點(diǎn)和方向。

數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)；優(yōu)勢(shì)；局限性；混合；發(fā)展趨勢(shì)

監(jiān)控系統(tǒng)作為智能建筑行業(yè)最直觀的一類弱電系統(tǒng)，一直以來(lái)飽受關(guān)注。其從老舊的黑白攝像機(jī)、卡帶機(jī)，發(fā)展至今日數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了數(shù)代的換代更新，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在

1.1 更優(yōu)質(zhì)的畫面

這是數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)相較于模擬監(jiān)控系統(tǒng)而言，最大的亮點(diǎn)。分辨率是描述監(jiān)控畫面的清晰度時(shí)最常用的技術(shù)指標(biāo)，來(lái)源于電視線顯示格式的標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)常用QCIF（176×144）、CIF（352× 288）、HALF D1（704×288）、4CIF≈D1（704×576）等幾種分辨率，以D1為最高，因?yàn)槟壳澳M攝像機(jī)通常較高的分辨率為540線，傳輸至后端設(shè)備視頻編碼器或者DVR等設(shè)備時(shí)，其內(nèi)部采集芯片最高能處理768X576分辨率像素的圖像，因此模擬攝像系統(tǒng)最高理論畫質(zhì)也只有D1的四十萬(wàn)像素左右，實(shí)際使用中因?yàn)榉磸?fù)的A/D轉(zhuǎn)換、電磁傳輸干擾、隔行掃描、D1畫面的合成反交錯(cuò)等視頻損傷，真正顯示的畫面可能只有二三十萬(wàn)；而純數(shù)字高清系統(tǒng)的攝像機(jī)則可以做到百萬(wàn)高清的720P（1280X720）、1080P(1920X1080)、甚至幾百上千萬(wàn)像素，經(jīng)過(guò)最新壓縮技術(shù)可以將信號(hào)壓縮后無(wú)損傳輸?shù)絅VR等采集存儲(chǔ)設(shè)備，顯示出來(lái)后仍可保持分辨率等級(jí)。如此鮮明的對(duì)比，在實(shí)際使用上的差距可謂一目了然。

1.2 操作界面直觀，操作簡(jiǎn)便

高清數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)之上的，因此相對(duì)于模擬監(jiān)控系統(tǒng)操作時(shí)需要專用的控制鍵盤，以各種功能鍵、熱鍵或其組合來(lái)完成常規(guī)的操作和編程，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的操作界面更為直觀、友好，操作更加簡(jiǎn)單便利。

1.3 集成化、智能化程度高，顯示、訪問(wèn)靈活

高清數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)包、軟件接口可以方便地與其他系統(tǒng)集成，圖像顯示自由靈活，可以做到中遠(yuǎn)程訪問(wèn)。而模擬監(jiān)控系統(tǒng)采用專用設(shè)備，集成、訪問(wèn)等功能都較為死板，需要增加專用設(shè)備方可實(shí)現(xiàn)。

1.4 傳輸距離無(wú)限制

數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以做到無(wú)視距離的遠(yuǎn)近，保證視頻信號(hào)的無(wú)損傳輸；而傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)即使通過(guò)視頻放大器等設(shè)備，視頻信號(hào)傳輸距離也只有數(shù)百米，并且隨著距離提高，信號(hào)衰減急劇增大。實(shí)際使用中，很多情況下對(duì)于長(zhǎng)距離模擬監(jiān)控的設(shè)計(jì)，或是在舊系統(tǒng)改造中，就是利用模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、光纖等數(shù)字手段來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的長(zhǎng)距離無(wú)損傳輸。

1.5 后繼工程中擴(kuò)展升級(jí)方便

高清數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)前端攝像機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)式，擴(kuò)展時(shí)前端增加攝像機(jī)只需保證現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境即可實(shí)現(xiàn)，后端則可在保持原設(shè)備基礎(chǔ)上增加存儲(chǔ)、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)等設(shè)備，而模擬系統(tǒng)中前端攝像機(jī)通常采用同軸線纜傳輸信號(hào)，需要增加放傳輸線纜等工程量，后端則要將原有模擬矩陣等設(shè)備擴(kuò)容，如果超出上限，可能需要將舊設(shè)備擯棄更換。

1.6 存儲(chǔ)可靠

數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)大多采用工業(yè)硬盤組成數(shù)字存儲(chǔ)陣列，采用RAID技術(shù)可以有效保護(hù)監(jiān)控錄像不受磁盤存儲(chǔ)器本身故障的影響。

2 數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)在視頻質(zhì)量得到飛躍的同時(shí)，也帶來(lái)了更高的技術(shù)和硬件方面的要求，這也造成了其實(shí)際應(yīng)用中一定的局限性

2.1 傳輸帶寬需求高

高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采集的視頻畫面達(dá)到720p甚至1080p，分辨率大幅增加的同時(shí)也造成了視頻數(shù)據(jù)流的劇烈增長(zhǎng)，比如單路視頻要達(dá)到1080P全實(shí)時(shí)(30fps)的 高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，即使是采用現(xiàn)在主流的、壓縮效率相當(dāng)優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)H.264MainProfile算法，需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬也至少要在4Mbsp以上。如果以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)24口百兆交換機(jī)來(lái)交換數(shù)據(jù)，對(duì)于一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)在20個(gè)左右的小型監(jiān)控項(xiàng)目來(lái)講，這樣的系統(tǒng)需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到80Mbsp，百兆交換機(jī)端口可以支持；但當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)位更大些，例如60路左右的系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)總帶寬達(dá)到240Mbsp，則除了三臺(tái)百兆交換機(jī)外，尚需要一臺(tái)上行達(dá)到千兆的級(jí)聯(lián)總交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)所有畫面的同時(shí)顯示。系統(tǒng)越大，監(jiān)控點(diǎn)位越多，對(duì)于傳輸帶寬的要求就越大，信號(hào)傳輸中的設(shè)備，如交換機(jī)等的需求標(biāo)準(zhǔn)就越高。帶寬不足，傳輸畫面容易出現(xiàn)掉幀現(xiàn)象，即圖像出現(xiàn)卡、頓，如果為了減少卡頓來(lái)降低分辨率或者降低幀數(shù)，前者使畫質(zhì)降低，后者使畫面出現(xiàn)不流暢、不協(xié)調(diào)感，都會(huì)影響數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)最大優(yōu)勢(shì)的展現(xiàn)，還不如采用模擬產(chǎn)品。

2.2 存儲(chǔ)容量需求高

高清數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)流極大，即使使用了H.264高壓縮格式，要保存一定時(shí)間的錄像資料，對(duì)硬盤的容量也有很高的要求。以上述系統(tǒng)為例，僅僅二十路監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控錄像需要保存一個(gè)月，需要的硬盤容量就必須達(dá)到（80/8）*3600*24*30=25920000MB=25.92TB，點(diǎn)位越多，需要的硬盤容量也隨之增大。這遠(yuǎn)大于過(guò)去模擬監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)塊500G硬盤就可實(shí)現(xiàn)的容量需求。

2.3 其余硬件需求高

鑒于高清數(shù)字系統(tǒng)的超大數(shù)據(jù)流量，系統(tǒng)中對(duì)于其余設(shè)備的硬件需求也隨之增大，例如交換機(jī)除了之前對(duì)于帶寬的要求外，穩(wěn)定性也極其重要，中央控制主機(jī)中，采用的H.264編解碼對(duì)CPU處理能力的需求也大幅度增加。

2.4 成本較高

作為高新技術(shù)發(fā)展的成果，數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備本身成本普遍高于模擬監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，此外再加上對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬環(huán)境等需求，據(jù)測(cè)算，數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)工程成本比同規(guī)模的模擬監(jiān)控系統(tǒng)工程高出30%以上，即使算上后期維護(hù)的相對(duì)廉價(jià)，數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的總成本仍然大大高出。

3 數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)的高要求解決方案

3.1 數(shù)字-模擬混合監(jiān)控系統(tǒng)

因?yàn)閿?shù)字高清的優(yōu)勢(shì)明顯，但又有種種條件上難以滿足的局限性，實(shí)際監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，很多地方采用數(shù)字-模擬混合模式，即前端的采集部分采用模擬攝像機(jī)，中端壓縮傳輸部分和后端接收、控制、存儲(chǔ)部分有選擇地采用數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備。例如前端攝像機(jī)采集的模擬視頻信號(hào)通過(guò)編碼器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)傳輸至后端數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，或者模擬信號(hào)傳輸至監(jiān)控中心后轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)來(lái)控制和存儲(chǔ)。這些模式雖然在視頻畫面方面無(wú)法達(dá)到純數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的程度，但或多或少擁有了數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的其他優(yōu)點(diǎn)，例如操作簡(jiǎn)便、高集成化、長(zhǎng)距離傳輸?shù)龋瑫r(shí)很大程度上避開(kāi)了數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于帶寬和硬盤容量的高需求，也為將來(lái)往全面數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)方向的改造留下了余地。目前，很多非純數(shù)字高清的監(jiān)控系統(tǒng)方案其實(shí)都是這種模式。

3.2 技術(shù)發(fā)展使得數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的各類要求逐漸實(shí)現(xiàn)

隨著科技發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)那些局限性正在得到改善，例如目前編碼技術(shù)的發(fā)展，從早期H.261到后來(lái)的H.263，再到現(xiàn)在主流的H.264，編碼技術(shù)全面提升中做到了高性能、符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和公正的無(wú)差別許可制度，像H.264中的高端標(biāo)準(zhǔn)H.264 High profile甚至可以比目前標(biāo)準(zhǔn)的H.264還要節(jié)約將近一半的帶寬，可以說(shuō)相當(dāng)完善。百兆、千兆交換機(jī)也已經(jīng)成了主流產(chǎn)品，甚至萬(wàn)兆交換機(jī)也在很多地方大面積使用，而硬盤的容量增長(zhǎng)更是明顯，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到2T為主流，3、4T高端配置的程度。所有這一切，都大大降低了數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的普及難度，為數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展鋪平了道路。

4 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)市場(chǎng)中，傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字-模擬混合監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)各自占了一塊蛋糕。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的趨勢(shì)來(lái)看，模擬監(jiān)控系統(tǒng)的份額將會(huì)趨于減少，數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的份額趨于增多，同時(shí)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)行業(yè)的大方向，大趨勢(shì)。但是因?yàn)閷?shí)際上硬件、技術(shù)環(huán)境的限制，我國(guó)國(guó)內(nèi)仍有很多地區(qū)應(yīng)用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性不具備使用數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)的條件，監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意全面考慮各方面因素，選擇適合的模式，而不是好高騖遠(yuǎn)地一股腦往數(shù)字高清上湊，追求其高新技術(shù)的噓頭。當(dāng)然，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮留下更新的余地，方便將來(lái)將系統(tǒng)往數(shù)字高清的方向整改、升級(jí)。

[1]葉晨．移動(dòng)監(jiān)控應(yīng)用市場(chǎng)前景與挑戰(zhàn)[J]．中國(guó)公共安全(綜合版),2012(09)．

[2]朱長(zhǎng)坡．淺析網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控應(yīng)用發(fā)展[J]．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2010(06)．

[3]高清監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用[J]．中國(guó)安防,2012(05)．

蔣宏坤（1981—），男，工程師，現(xiàn)從事弱電系統(tǒng)工程調(diào)試與售服。