淺析高清數(shù)字視頻監(jiān)控技術市場應用現(xiàn)狀

高清數(shù)字視頻監(jiān)控這個概念已經(jīng)被越來越多的用戶和廠商認可，高清所帶來的超高畫質(zhì)、超寬場景給人以極大的視覺震撼。高清與標清最大的區(qū)別從清晰度來說，標清攝像機已經(jīng)接近極限，在短時間內(nèi)也沒有提升的空間;而高清網(wǎng)絡攝像機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)有相應的產(chǎn)品在市場上出現(xiàn)，隨著高清攝像機技術的日漸成熟，從視頻會議、廠區(qū)監(jiān)控一直到小區(qū)安防都離不開其身影，面對以前視頻中，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

在安防領域高清的發(fā)展涉及到方方面面，概括起來可以總結為5個字，即“采”、“傳”、“存”、“顯”、“控”，高清的市場也與這5個字息息相關。從這五個部分，可以看到高清的市場現(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)控領域，也都有所應用。

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體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。CCD對監(jiān)控場景的適應性更佳，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，代表了其技術的不斷發(fā)展，再經(jīng)過圖像處理芯片的配合，能夠達到分辨率720P甚至1080P的輸出。在高清的CCD領域，SONY擁有最高的話語權，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)各家技術實力的不同可以到達720P或者更高的960P，如天地偉業(yè)、?？档裙镜陌偃f像素高清產(chǎn)品其最高分辨率都可以達到1280x960，即960P這個分辨率;針對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計的。

CMOS英文全名Compleme-ntaryMetal-OxideSemiconductor，互補性氧化金屬半導體，CMOS和CCD一樣同為可記錄光線變化的半導體。由于工藝水平、圖像處理技術及成本等綜合因素的限制，CMOS的傳感器最大的缺點在于圖像噪點多，低照情況下表現(xiàn)差;與CCD相比，最大的優(yōu)點在于CMOS的制造原理更加簡單，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)，而且基本都應用在中高端市場;而CMOS的價格便宜基本都應用于低端市場;但是隨著CMOS在制造工藝和影像處理技術上的不斷突破，業(yè)內(nèi)對CMOS的前景預測也越來越樂觀，有專家預言，隨著300萬像素的CMOS圖像傳感器的上市，圖像傳感器即將進入“CMOS時代”。CMOS在高像素方面有著一定的優(yōu)勢。

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，相對于MPEG2、MPEG4而言，其壓縮效率是三種編碼中最高的。H.264標準由國際電信聯(lián)盟電信標準化部(ITU-T)和國際標準化組織/國際電工委員會(ISO/IEC)共同研究發(fā)布，因此H.264有兩個名稱，一個是沿用ITU-T組織的H.26x名稱，叫“H.264”，另一個則是AVC(高級視頻編碼)。H.264格式的最大特點是在保證畫面質(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)絡信道的適應性，在數(shù)字視頻通信和存儲領域得到越來越廣泛的應用。但是需要注意的是，H.264獲得優(yōu)越性能的代價是計算復雜度增加，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，就對監(jiān)控專用的視頻壓縮技術進行重點研究。在使用H.264壓縮標準下考慮到視頻的時延性和打包的方便性，推出了2M帶寬的720P實時Hi3512高清解決方案，Hi3515芯片方案在此基礎上將性能提升到了1080P@30fps，強化細節(jié)效果等等。TI的DSP如達芬奇數(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。一般認為，H.264編碼D1(720×576)畫質(zhì)的碼流為1.5M左右，那么以1080P計算，畫面尺寸約是D1的5倍，簡單計算，碼流也是5倍。因此，H.264編碼的一個1080P高清畫面所用帶寬約為8M，與D1畫質(zhì)的MPEG2相當。由此可以看出，對于“高清”，網(wǎng)絡傳輸并沒有特別的要求。目前的互聯(lián)網(wǎng)對大路數(shù)的高清傳輸還有一定的瓶頸，在一些平安城市或多級聯(lián)網(wǎng)的項目中，大都采用專網(wǎng)或者光纖。相比模擬傳輸，數(shù)字網(wǎng)絡傳輸高清視頻具有得天獨厚的優(yōu)勢。

目前高清在編碼傳輸中遇到一個最大的問題就是各個廠家雖然都采用H.264編碼但是格式不統(tǒng)一，各家的編解碼設備不能混用，標準不統(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ONVIF協(xié)議的理解和認知層面的差異，即使IPC和平臺都做了對ONVIF的支持，也可能面臨著對接及互訪不成功的現(xiàn)象。

高清存儲

對于高清平臺存儲來說，存儲的類型一般采用兩種方式：分布式存儲和集中存儲;存儲設備部分，一般會有：NVR(NetworkVideoRecorder)網(wǎng)絡視頻錄像機和IPSAN兩種存儲設備。其中NVR作為一個新興的產(chǎn)品，在網(wǎng)絡攝像機尤其是高清攝像機的普及中扮演著非常重要的角色，其主要功能是對網(wǎng)絡視頻流進行錄像、存儲，并提供實時顯示和代理轉(zhuǎn)發(fā)等功能，一般多采用嵌入式架構，硬解碼支持多路網(wǎng)絡標清或者高清攝像機接入。以天地偉業(yè)的嵌入式NVR為例，它可以支持16路標清或者8路高清網(wǎng)絡攝像機的接入;嵌入式硬解碼，可以實時預覽，錄像;內(nèi)置硬盤盤位可以存儲;內(nèi)置代理轉(zhuǎn)發(fā)模塊可以對接入的視頻流進行轉(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)點設備，在系統(tǒng)做中做節(jié)點監(jiān)控和分布式存儲;高清存儲的另一個重要設備就是IPSAN。[!--empirenews.page--]

隨著高清的普及，IPSAN在存儲中扮演著越來越重要的角色，IPSAN通過采用IP構架的以太網(wǎng)傳輸，具備良好的擴展性、共享性和較低的分攤應用成本，是目前多路高清監(jiān)控存儲主要采用的技術之一，而存儲介質(zhì)儲多半是采用我們常見的硬盤，容量一般是TB級別，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級海量存儲解決方案也得到普遍應用。

目前高清存儲面臨的一個問題就是在大路數(shù)多級聯(lián)網(wǎng)的高清項目中，如果降低存儲的成本，一方面這需要壓縮算法的改進，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)，可以實現(xiàn)2M碼流傳輸720P的高清圖像，使一路高清一小時的存儲空間大約在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)絡矩陣來完成，通過高清解碼器或者高清網(wǎng)絡矩陣配合網(wǎng)絡鍵盤使用可以實現(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，而且應用范圍也最廣，造價也最便宜;HDMI接口代表著高清顯示接口的趨勢，它的主要特點是色彩還原度高，畫質(zhì)無損耗。

在顯示器這部分，一般分為CRT、LCD、PDP三種。受高清電視技術發(fā)展的影響，監(jiān)控顯示設備的高清化速度非?？臁RT器件以其亮度高、反差大、色彩還原好、圖像細膩等優(yōu)勢，一直保持著高指標、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)視器一般用于技術監(jiān)看，適用于對圖像總體質(zhì)量的最終把握。而LCD、PDP器件由于采用逐點顯示方式，沒有回掃線，具有圖像細膩、無閃爍現(xiàn)象，不易造成視覺疲勞的優(yōu)勢。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。LCD拼接系統(tǒng)目前有個2cm左右縫技術沒有解決，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。

平臺控制

目前在平臺尤其以大規(guī)模高清監(jiān)控平臺遇到問題最為典型，例如：視頻設備數(shù)量龐大;由于項目是分期建設，前端設備的品牌很雜，如何實現(xiàn)統(tǒng)一管理;實施過程中網(wǎng)絡環(huán)境多種多樣，非常雜亂;在多級聯(lián)網(wǎng)的情況下，還經(jīng)常涉及到多級聯(lián)網(wǎng)的問題，對接起來非常困難，這些都是平臺控制面臨的非常顯示的問題。針對這種情況，天地偉業(yè)的高清平臺部署采用“分而治之”的策略將高清監(jiān)控系統(tǒng)構成化整為零，將大系統(tǒng)建設問題按管理分級、業(yè)務分層、設備分類進行逐級分解為小系統(tǒng)建設問題，以邏輯上的虛擬條帶為構建基礎單元解決系統(tǒng)中大量設備的管理、擴充問題，并實現(xiàn)病毒和網(wǎng)絡風暴的隔離，避免了單點故障擴散到整個系統(tǒng)。而統(tǒng)一管理是在解決每個小系統(tǒng)的問題后再把每個小系統(tǒng)堆疊起來進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)靈活的系統(tǒng)擴充，也便于系統(tǒng)建設分步實施。而且充分考慮高清高清標清的兼容性問題，采用“中間件服務器”概念對錄像流媒體做支撐，實現(xiàn)模擬視頻全實時，數(shù)字視頻高清晰的技術要求;對大規(guī)模的視頻監(jiān)控實施統(tǒng)一的資源管理，開放的設備兼容性，實現(xiàn)不同廠家設備的互聯(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，實現(xiàn)全面的報警聯(lián)動，對多級的聯(lián)網(wǎng)調(diào)度實現(xiàn)直觀的場景定位;以及集成應急預案宏策略，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)控平臺的業(yè)務需求和平穩(wěn)運行。

結束語

在監(jiān)控領域，高清化，網(wǎng)絡化的時代已經(jīng)來臨，高清作為監(jiān)控技術發(fā)展的主要方向之一，結合網(wǎng)絡技術帶來新的變革，高清網(wǎng)絡監(jiān)控正在以一種高姿態(tài)、高要求進入我們的世界，不斷滿足市場競爭需求。隨著各個廠家對高清市場的重視，高清相關方案的完善，高清必將會取代模擬，成為監(jiān)控市場的主導者。