視頻監(jiān)控淵源與數(shù)字化進程，高清化浪潮涌動，高清創(chuàng)新技術(shù)介紹

數(shù)字視頻監(jiān)控市場十多年來高速發(fā)展、高歌猛進，完全是現(xiàn)代化節(jié)奏和聲勢。只要看看公共場所無處不在的攝像頭密度，就能知道監(jiān)控在多大程度上影響到人們工作、學(xué)習(xí)和生活的方方面面。在數(shù)字安防監(jiān)控市場上，“高清智能”已成為人們耳熟能詳?shù)臒狳c和賣點，便無疑成為視頻監(jiān)控現(xiàn)代化的象征。然而，視頻監(jiān)控所帶給人們的視覺體驗和即時操控是否已經(jīng)足夠完美？還能留給后現(xiàn)代發(fā)展多大空間？ 這正是本文所試圖回答的問題。作為資深安防人，處于后現(xiàn)代的視頻監(jiān)控階段，仍然關(guān)注追求更高境界。為此，通過回顧安防視頻監(jiān)控的淵源和歷史，分析和闡述技術(shù)創(chuàng)新在數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要作用，希望對有益于未來提高視覺效果和智能體驗的核心技術(shù)走向有所關(guān)注和展望。

縱觀視頻監(jiān)控整個行業(yè)發(fā)展的歷程，主要追求的無非是圖像質(zhì)量、資源效率和管理效益。視頻監(jiān)控起始須追述到閉路電視系統(tǒng)（CCTV），后因采用視頻錄像機（VCR）才擴大視頻監(jiān)控應(yīng)用。監(jiān)控的視覺感受隨攝像機分辨率線數(shù)增加而提高，通過同軸線纜輸出視頻信號，連接到模擬視頻設(shè)備。由于受模擬視頻線纜傳輸長度和衰減限制，CCTV只支持本地監(jiān)控，監(jiān)控能力和擴展性極其有限。

數(shù)字化視頻是對模擬信號進行數(shù)字壓縮處理，便催生出硬盤錄像機（DVR）。DVR屬于半模擬-半數(shù)字方案，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)和資源進行改造。DVR可支持錄像和回放，連接IP網(wǎng)絡(luò)，而與模擬攝像機通過同軸電纜連接。早期的MPEG-1視頻圖像質(zhì)量強差人意，MPEG-2效果雖可接受，但存儲量大且價格高。直到MPEG-4和H.264標準相繼出現(xiàn)，才使DVR流行起來，雖視覺體驗與高質(zhì)量CCTV系統(tǒng)相比仍處于下風(fēng)，但畢竟后續(xù)還有高清的過渡。數(shù)字視頻帶來智能視頻分析技術(shù)的興起。

網(wǎng)絡(luò)攝像機（IPNC）是數(shù)字視頻監(jiān)控數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化相結(jié)合的產(chǎn)品形式，作為純數(shù)字方案將視頻監(jiān)控系統(tǒng)由集中式轉(zhuǎn)向分布式，其高清分辨率從720P30起到1080P60，足以挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的CCTV系統(tǒng)，而解碼采用網(wǎng)絡(luò)錄像機（NVR）實現(xiàn)。至此，H.264格式實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，視頻監(jiān)控得以建立網(wǎng)絡(luò)體系之上。盡管數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化迅速成為視頻監(jiān)控的主導(dǎo)，但模擬視頻技術(shù)也在演進中有所作為。

當視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)進入了成熟的現(xiàn)代化階段，數(shù)字高清就成了行業(yè)推進的主流技術(shù)，有關(guān)介紹如汗牛充棟就無須多談。然而隨著應(yīng)用需求的不斷提高，對于圖像視覺體驗和智能分析精度有所苛求，數(shù)字化視頻的制約就不斷顯露。數(shù)字視頻壓縮帶來原始圖像信息損傷是不爭的事實，壓縮解壓過程及網(wǎng)絡(luò)化的傳輸必然存在延時，對于數(shù)字高清實時處理更是如此。于是，回溯到視頻前端，如何將原始采集高質(zhì)量圖像采用高保真技術(shù)手段進行傳輸便是解決問題的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的同軸電纜成為多種技術(shù)的載體，這就成就出同軸高清技術(shù)。同軸高清對視頻監(jiān)控的保證在于，第一、人眼所看到高清圖像無任何損失且感覺不到傳輸延時;第二、優(yōu)質(zhì)高清視頻信號無壓縮帶來的失真以提高智能視頻分析的高可靠性;第三、實時掌控和操縱高質(zhì)影像畫面而獲得更好的視覺體驗和即時反應(yīng)。同軸高清的新一波沖擊在數(shù)字和模擬展開。

借鑒廣電領(lǐng)域成功的同軸高清傳輸技術(shù)極高視覺體驗，源于數(shù)字演播室的串行數(shù)字接口（SDI）得到新的應(yīng)用。采用HD-SDI接口與后端編解碼器和視頻服務(wù)器匹配，并配合高清視頻矩陣直接投影到大屏幕，充分展現(xiàn)無損高清效果。HD-SDI解決方案可在原模擬監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級，特別適合實時監(jiān)控要求高的場合。同軸電纜同傳視音頻使模擬系統(tǒng)簡化，而所傳輸控制信號同線傳輸，節(jié)省布線成本。但是，總體而言HD-SDI造價還是偏高，雖然標準國際開發(fā)，但在安防市場對價位很敏感。

回歸到模擬技術(shù)的同軸高清方案成本要低，于是就有了多種模擬同軸高清技術(shù)，其中HDCVI、HD-TVI、AHD最具代表性。

模擬同軸高清電纜傳輸技術(shù)推廣仍存在一些障礙需要突破。因為傳輸過程中會有很大信號衰減，接收端所用均衡恢復(fù)電路很難做到線性，從而產(chǎn)生亮度、色彩失真及清晰度損失。信號長距離傳輸過程中，會有反射而造成圖像的模糊與拖影。

其次，在于實現(xiàn)的可控性。模擬同軸高清接收端需要恢復(fù)時鐘信號采集接收視頻，若時鐘信息不足，須嚴格控制發(fā)收端時鐘偏差，一般720P時要求兩端時鐘晶體間頻率精度達到25ppm以下。所恢復(fù)出信號信噪比具有隨機性，隨分辨率和像素時鐘頻率的提高，對發(fā)接端時鐘偏差要求將進一步提高，以致在工程中難以實現(xiàn)，導(dǎo)致模擬同軸高清很難向上兼容，將導(dǎo)致不同廠商的攝像機與DVR間，甚至相同廠商不同批次產(chǎn)品間容易產(chǎn)生兼容性問題。

既然高清優(yōu)質(zhì)圖像將成為數(shù)字視頻監(jiān)控后現(xiàn)代的追求，承擔傳輸高保真視頻圖像的載體為同軸電纜，但這必然是具有更多創(chuàng)新亮點的數(shù)字同軸高清技術(shù)。

模擬同軸的技術(shù)瓶頸確實難以消除，而對數(shù)字同軸卻有繼續(xù)發(fā)展的途徑。采用不同于模擬同軸高清的數(shù)字長距離傳輸技術(shù)，在發(fā)射端先對視頻信號施以專有高性能算法做視頻無損壓縮以便降低信號帶寬。傳輸端進行糾錯編碼，接收端進行糾錯并解壓縮恢復(fù)無損視頻信號。先進視頻傳輸技術(shù)（Advanced Video Transport，簡稱：AVT技術(shù)）是一項值得關(guān)注的技術(shù)，所使用高性能算法實現(xiàn)的視頻無損壓縮最低可以20MHz帶寬傳輸高清視頻信號，是模擬同軸高清方案40MHz的一半，從而提供更好的線路兼容性，如廣泛應(yīng)用的標清D1系統(tǒng)。

數(shù)字同軸高清更加穩(wěn)定可靠的表現(xiàn)在無需外接視頻信號放大器，不用外接ESD保護器件，并且既可以在同軸電纜上傳輸也可以在雙絞線上傳輸。視頻信號因數(shù)字傳輸而無失真、不衰減，無論傳輸多遠，圖像質(zhì)量因在好的還原性下保持一致性，更不該有模擬同軸高清所無法避免的拖影等問題。相對于網(wǎng)絡(luò)高清所使用幀內(nèi)視覺無損壓縮技術(shù)幾乎無延時，傳輸再遠系統(tǒng)復(fù)雜度也不高，這都是AVT技術(shù)的特色。

至于支持一根五類網(wǎng)線傳輸四路視頻信號，采用AVT技術(shù)接收四路視頻信號之間沒有干擾與重影，該方案對發(fā)射端與接收端的時鐘偏差要求為500ppm，比模擬同軸高清放寬20倍，適用于低溫、高溫、室外、車載等要求高的環(huán)境。對于現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性也至關(guān)重要，如果一個DVR接口可以兼容AVT、HD-SDI或SDI攝像機，那么對于整體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是很大的貢獻。這就要求提供基于AVT技術(shù)完整的系統(tǒng)解決方案，支持高達96k采樣率2/4通道正向音頻及8k采樣率單通道反向音頻，以及雙向UART、I2C協(xié)議，并可正向傳輸SPI高速協(xié)議。安防監(jiān)控系統(tǒng)由此增加更多可能性，如用戶可在DVR端對攝像機進行遠程控制及軟件更新。通過AVT技術(shù)提供的分路器、轉(zhuǎn)接器芯片方案，更大規(guī)模超長距離高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成將變得輕而易舉。

總而言之，數(shù)字視頻監(jiān)控行業(yè)邁過一個黃金的現(xiàn)代化年代后，仍然保持著旺盛的創(chuàng)新沖動。后現(xiàn)代將開啟又一個激情四射的年代，但更多的是充滿理性和智慧的律動。在此需要對在安防領(lǐng)域孜孜不倦、堅定不渝的創(chuàng)新者們點個贊！

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