淺析高清數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

高清數(shù)字視頻監(jiān)控這個(gè)概念已經(jīng)被越來越多的用戶和廠商認(rèn)可，高清所帶來的超高畫質(zhì)、超寬場(chǎng)景給人以極大的視覺震撼。高清與標(biāo)清最大的區(qū)別從清晰度來說，標(biāo)清攝像機(jī)已經(jīng)接近極限，在短時(shí)間內(nèi)也沒有提升的空間;而高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在清晰度方面可以說正處于快速提升的階段，從百萬像素，到200萬，再到300萬，500萬等都已經(jīng)有相應(yīng)的產(chǎn)品在市場(chǎng)上出現(xiàn)，隨著高清攝像機(jī)技術(shù)的日漸成熟，從視頻會(huì)議、廠區(qū)監(jiān)控一直到小區(qū)安防都離不開其身影，面對(duì)以前視頻中，監(jiān)控人員睜大了眼睛也不看清的監(jiān)控物，現(xiàn)如今都得到了很好的解決!

現(xiàn)狀及問題

在安防領(lǐng)域高清的發(fā)展涉及到方方面面，概括起來可以總結(jié)為5個(gè)字，即“采”、“傳”、“存”、“顯”、“控”，高清的市場(chǎng)也與這5個(gè)字息息相關(guān)。從這五個(gè)部分，可以看到高清的市場(chǎng)現(xiàn)狀：

前端采集

高清的視頻效果保證首先來源于高清信息的采集，如果沒有前端高清視頻采集，無法談及后端的高清效果。不管是高清還是模擬，其攝像機(jī)的清晰度主要取決于感光芯片的性能，主要有CCD和CMOS兩種，在高清監(jiān)控領(lǐng)域，也都有所應(yīng)用。

CCD英文全名ChargeCoupledDevice，感光耦合元件，它是一種可記錄光線變化的半導(dǎo)體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。CCD對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的適應(yīng)性更佳，在低照度下效果表現(xiàn)更好。CCD由以前1/4英寸到現(xiàn)在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等等，代表了其技術(shù)的不斷發(fā)展，再經(jīng)過圖像處理芯片的配合，能夠達(dá)到分辨率720P甚至1080P的輸出。在高清的CCD領(lǐng)域，SONY擁有最高的話語權(quán)，它的IT1方案中基于ICX445的130萬CCD芯片是各大廠家采用最多的一款百萬像素CCD，其有效像素為1280x1024，最高分辨率根據(jù)各家技術(shù)實(shí)力的不同可以到達(dá)720P或者更高的960P，如天地偉業(yè)、海康等公司的百萬像素高清產(chǎn)品其最高分辨率都可以達(dá)到1280x960，即960P這個(gè)分辨率;針對(duì)200萬像素的高清監(jiān)控，SONY推出了他們的ICX274芯片，該芯片的大小為1/3英寸，最高分辨率為1600x1200即UXGA分辨率，目前市面上絕大多數(shù)的200萬CCD高清產(chǎn)品都是基于該芯片方案而設(shè)計(jì)的。

CMOS英文全名Compleme-ntaryMetal-OxideSemiconductor，互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體，CMOS和CCD一樣同為可記錄光線變化的半導(dǎo)體。由于工藝水平、圖像處理技術(shù)及成本等綜合因素的限制，CMOS的傳感器最大的缺點(diǎn)在于圖像噪點(diǎn)多，低照情況下表現(xiàn)差;與CCD相比，最大的優(yōu)點(diǎn)在于CMOS的制造原理更加簡(jiǎn)單，體積更小，功耗可以大大的降低。從目前情況來看不論是130萬像素還是200萬像素都還是CCD占絕大多數(shù)，而且基本都應(yīng)用在中高端市場(chǎng);而CMOS的價(jià)格便宜基本都應(yīng)用于低端市場(chǎng);但是隨著CMOS在制造工藝和影像處理技術(shù)上的不斷突破，業(yè)內(nèi)對(duì)CMOS的前景預(yù)測(cè)也越來越樂觀，有專家預(yù)言，隨著300萬像素的CMOS圖像傳感器的上市，圖像傳感器即將進(jìn)入“CMOS時(shí)代”。CMOS在高像素方面有著一定的優(yōu)勢(shì)。

編碼傳輸

除前端采集外，高清編碼及傳輸也是在監(jiān)控系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，高清視頻常見編碼格式有H.264、M-JPEG、MPEG4等格式。

在這幾種編碼格式中，H.264是目前最有前途的一種編碼格式，相對(duì)于MPEG2、MPEG4而言，其壓縮效率是三種編碼中最高的。H.264標(biāo)準(zhǔn)由國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部(ITU-T)和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會(huì)(ISO/IEC)共同研究發(fā)布，因此H.264有兩個(gè)名稱，一個(gè)是沿用ITU-T組織的H.26x名稱，叫“H.264”，另一個(gè)則是AVC(高級(jí)視頻編碼)。H.264格式的最大特點(diǎn)是在保證畫面質(zhì)量的情況下，它可以把文件大小控制在MPEG2格式的二分之一甚至三分之一。所以其更高的壓縮比、更好的IP和網(wǎng)絡(luò)信道的適應(yīng)性，在數(shù)字視頻通信和存儲(chǔ)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是需要注意的是，H.264獲得優(yōu)越性能的代價(jià)是計(jì)算復(fù)雜度增加，因此H.264的硬件要求是最高的。

目前編碼芯片有以海思為代表的ASIC和以TI為代表的DSP兩大陣營，海思從Hi3510開始，就對(duì)監(jiān)控專用的視頻壓縮技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究。在使用H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)下考慮到視頻的時(shí)延性和打包的方便性，推出了2M帶寬的720P實(shí)時(shí)Hi3512高清解決方案，Hi3515芯片方案在此基礎(chǔ)上將性能提升到了1080P@30fps，強(qiáng)化細(xì)節(jié)效果等等。TI的DSP如達(dá)芬奇數(shù)字媒體處理器TMS320DM6467，是基于DSP的SOC(片上系統(tǒng))，集成了300MHz的ARM內(nèi)核和600MHz的DSP內(nèi)核，并采用高清視頻協(xié)處理器，在執(zhí)行H.264HP@L4(1080p30fps、1080i60fps、720p60fps)的同步多格式高清編碼、解碼與轉(zhuǎn)碼方面，表現(xiàn)出色。

在傳輸過程中，高清意味著需要更高帶寬。一般認(rèn)為，H.264編碼D1(720×576)畫質(zhì)的碼流為1.5M左右，那么以1080P計(jì)算，畫面尺寸約是D1的5倍，簡(jiǎn)單計(jì)算，碼流也是5倍。因此，H.264編碼的一個(gè)1080P高清畫面所用帶寬約為8M，與D1畫質(zhì)的MPEG2相當(dāng)。由此可以看出，對(duì)于“高清”，網(wǎng)絡(luò)傳輸并沒有特別的要求。目前的互聯(lián)網(wǎng)對(duì)大路數(shù)的高清傳輸還有一定的瓶頸，在一些平安城市或多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目中，大都采用專網(wǎng)或者光纖。相比模擬傳輸，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸高清視頻具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

目前高清在編碼傳輸中遇到一個(gè)最大的問題就是各個(gè)廠家雖然都采用H.264編碼但是格式不統(tǒng)一，各家的編解碼設(shè)備不能混用，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，雖然ONVIF的出現(xiàn)使得這一現(xiàn)象有解決辦法，但是由于各家對(duì)ONVIF協(xié)議的理解和認(rèn)知層面的差異，即使IPC和平臺(tái)都做了對(duì)ONVIF的支持，也可能面臨著對(duì)接及互訪不成功的現(xiàn)象。

高清存儲(chǔ)

對(duì)于高清平臺(tái)存儲(chǔ)來說，存儲(chǔ)的類型一般采用兩種方式：分布式存儲(chǔ)和集中存儲(chǔ);存儲(chǔ)設(shè)備部分，一般會(huì)有：NVR(NetworkVideoRecorder)網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)和IPSAN兩種存儲(chǔ)設(shè)備。其中NVR作為一個(gè)新興的產(chǎn)品，在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)尤其是高清攝像機(jī)的普及中扮演著非常重要的角色，其主要功能是對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻流進(jìn)行錄像、存儲(chǔ)，并提供實(shí)時(shí)顯示和代理轉(zhuǎn)發(fā)等功能，一般多采用嵌入式架構(gòu)，硬解碼支持多路網(wǎng)絡(luò)標(biāo)清或者高清攝像機(jī)接入。以天地偉業(yè)的嵌入式NVR為例，它可以支持16路標(biāo)清或者8路高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的接入;嵌入式硬解碼，可以實(shí)時(shí)預(yù)覽，錄像;內(nèi)置硬盤盤位可以存儲(chǔ);內(nèi)置代理轉(zhuǎn)發(fā)模塊可以對(duì)接入的視頻流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);此外還帶有VGA和BNC兩種輸出接口可以解碼上墻顯示;此外它還可以作為節(jié)點(diǎn)設(shè)備，在系統(tǒng)做中做節(jié)點(diǎn)監(jiān)控和分布式存儲(chǔ);高清存儲(chǔ)的另一個(gè)重要設(shè)備就是IPSAN。

隨著高清的普及，IPSAN在存儲(chǔ)中扮演著越來越重要的角色，IPSAN通過采用IP構(gòu)架的以太網(wǎng)傳輸，具備良好的擴(kuò)展性、共享性和較低的分?jǐn)倯?yīng)用成本，是目前多路高清監(jiān)控存儲(chǔ)主要采用的技術(shù)之一，而存儲(chǔ)介質(zhì)儲(chǔ)多半是采用我們常見的硬盤，容量一般是TB級(jí)別，隨著2TB硬盤甚至更高容量的產(chǎn)品走入我們視線，大型高清監(jiān)控系統(tǒng)PB級(jí)海量存儲(chǔ)解決方案也得到普遍應(yīng)用。

目前高清存儲(chǔ)面臨的一個(gè)問題就是在大路數(shù)多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的高清項(xiàng)目中，如果降低存儲(chǔ)的成本，一方面這需要壓縮算法的改進(jìn)，一方面需要硬盤及IPSAN的成本下降。在算法方面，目前已經(jīng)有廠家：如天地偉業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)2M碼流傳輸720P的高清圖像，使一路高清一小時(shí)的存儲(chǔ)空間大約在1.8G左右。

高清顯示

高清的解碼顯示通常由高清解碼器或者高清網(wǎng)絡(luò)矩陣來完成，通過高清解碼器或者高清網(wǎng)絡(luò)矩陣配合網(wǎng)絡(luò)鍵盤使用可以實(shí)現(xiàn)畫面切換，高清上墻，輪詢切換等。以高清輸出接口來說，目前主流有的VGA和HDMI等接口，VGA的最為普遍，而且應(yīng)用范圍也最廣，造價(jià)也最便宜;HDMI接口代表著高清顯示接口的趨勢(shì)，它的主要特點(diǎn)是色彩還原度高，畫質(zhì)無損耗。

在顯示器這部分，一般分為CRT、LCD、PDP三種。受高清電視技術(shù)發(fā)展的影響，監(jiān)控顯示設(shè)備的高清化速度非常快。CRT器件以其亮度高、反差大、色彩還原好、圖像細(xì)膩等優(yōu)勢(shì)，一直保持著高指標(biāo)、高質(zhì)量的水平，是三種器件中觀看效果最好的。但由于受到自身重量、體積等因素影響，CRT監(jiān)視器一般用于技術(shù)監(jiān)看，適用于對(duì)圖像總體質(zhì)量的最終把握。而LCD、PDP器件由于采用逐點(diǎn)顯示方式，沒有回掃線，具有圖像細(xì)膩、無閃爍現(xiàn)象，不易造成視覺疲勞的優(yōu)勢(shì)。其中，LCD監(jiān)視器以輕薄、省電為特色，PDP以高亮度、大尺寸聞名。在軌道交通、平安城市等大型圖像聯(lián)網(wǎng)指揮中心，大都使用了拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟，但LCD的拼接系統(tǒng)也在逐漸搶占市場(chǎng)。LCD拼接系統(tǒng)目前有個(gè)2cm左右縫技術(shù)沒有解決，因此在高端使用有些受限。單從清晰角度來說，LCD完全可以滿足1080p的使用要求。

平臺(tái)控制

目前在平臺(tái)尤其以大規(guī)模高清監(jiān)控平臺(tái)遇到問題最為典型，例如：視頻設(shè)備數(shù)量龐大;由于項(xiàng)目是分期建設(shè)，前端設(shè)備的品牌很雜，如何實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理;實(shí)施過程中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多種多樣，非常雜亂;在多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的情況下，還經(jīng)常涉及到多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的問題，對(duì)接起來非常困難，這些都是平臺(tái)控制面臨的非常顯示的問題。針對(duì)這種情況，天地偉業(yè)的高清平臺(tái)部署采用“分而治之”的策略將高清監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成化整為零，將大系統(tǒng)建設(shè)問題按管理分級(jí)、業(yè)務(wù)分層、設(shè)備分類進(jìn)行逐級(jí)分解為小系統(tǒng)建設(shè)問題，以邏輯上的虛擬條帶為構(gòu)建基礎(chǔ)單元解決系統(tǒng)中大量設(shè)備的管理、擴(kuò)充問題，并實(shí)現(xiàn)病毒和網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的隔離，避免了單點(diǎn)故障擴(kuò)散到整個(gè)系統(tǒng)。而統(tǒng)一管理是在解決每個(gè)小系統(tǒng)的問題后再把每個(gè)小系統(tǒng)堆疊起來進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)靈活的系統(tǒng)擴(kuò)充，也便于系統(tǒng)建設(shè)分步實(shí)施。而且充分考慮高清高清標(biāo)清的兼容性問題，采用“中間件服務(wù)器”概念對(duì)錄像流媒體做支撐，實(shí)現(xiàn)模擬視頻全實(shí)時(shí)，數(shù)字視頻高清晰的技術(shù)要求;對(duì)大規(guī)模的視頻監(jiān)控實(shí)施統(tǒng)一的資源管理，開放的設(shè)備兼容性，實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備的互聯(lián)互通;在顯示部分，支持多畫面分割顯示，多類型切換模式滿足不同用戶的觀看需求;集成靈活的警情接入，實(shí)現(xiàn)全面的報(bào)警聯(lián)動(dòng)，對(duì)多級(jí)的聯(lián)網(wǎng)調(diào)度實(shí)現(xiàn)直觀的場(chǎng)景定位;以及集成應(yīng)急預(yù)案宏策略，完善的日志記錄，鍵盤客戶端操作，GIS地圖矢量定位等等功能來確保大規(guī)模高清監(jiān)控平臺(tái)的業(yè)務(wù)需求和平穩(wěn)運(yùn)行。

結(jié)束語

在監(jiān)控領(lǐng)域，高清化，網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代已經(jīng)來臨，高清作為監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來新的變革，高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控正在以一種高姿態(tài)、高要求進(jìn)入我們的世界，不斷滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需求。隨著各個(gè)廠家對(duì)高清市場(chǎng)的重視，高清相關(guān)方案的完善，高清必將會(huì)取代模擬，成為監(jiān)控市場(chǎng)的主導(dǎo)者。