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  • HD-SDI数字高清摄像机的应用分析

        HD-SDI摄像机对垒传统高清网络摄像机
        高清网络摄像机拥有网络摄像机所具备的所有优点,当然必可避免的带有网络摄像机的缺点。视频监控从小规模的传统CCTV闭路电视监控系统到本地的局域网络监控,再到目前流行起来的大范围远程网络监控,网络摄像机无疑最具备视频组网的条件。
        作为网络摄像机,其本身即可以通过TCP/IP协议设置可以访问的IP地址,通过局域网连接到互联网来进行视频的网络访问,无论在世界任何地点,都可以访问与互联网联通的高清网络摄像机。但随之带来的问题是网络暴露在最前端,可能会遭到非法用户的网络入侵,网络管理人员必须要做相应的安全策略来避免黑客攻击。
        高清网络摄像机由于要通过网络传输编码过的视频,其自身就具备编码功能,而凭借高效的MPEG4/AVC H.264压缩技术标准,编码后的视频数据码率相对原始视频数据流小了百倍以上,因此经过编码的视频可以直接通过本地SD/SDHC存储卡来存储或在网络访问视频流的同时来进行视频录像的存储。但是编码网传会带来明显的延时,和视频失真、色斑色块、清晰度下降、锐度不足等问题,各厂商的方案和网络环境的不同,网络延时从200ms到1-2s,而视频效果需要足够的码率来保证,这又需要足够的专用网络带宽。
        视频参数与功能设置对于视频监控中的视频采集来源——摄像机是十分重要的,由于场景物体、建筑、光线等变化,需要重新调节视频参数或设置部分功能,网络高清摄像机由于其自身接入了网络,只要网络畅通,系统管理员可以随时访问摄像机,根据当前情况来重新配置摄像机。
        伴随着视频监控,音频采集同样对事件监控有着一定的意义,监控场景的某些声音,场景内人物的对话,都可能是重要信息,而高清网络摄像机可以通过简单的音频采集,同步做音视频编码,封装成音频数据流,进行录像存储和网络音视频的传输预览。而音频采集的拾音器材成本很低,音频流码率也很低,所以有很多用户还是希望有声音伴随的真正音视频监控。
        摄像机的镜头在不同焦距下观看的视场角和所能观看物体的远近也是不同的,监控行业中可能会使用到电动镜头,网络摄像机通过自身的RS-485接口即可控制镜头,配合云台,可实现实时转动与焦距变换。
        新型的HD-SDI数字高清摄像机技术特点相对传统高清网络摄像机有很大不同:
        HD-SDI数字高清摄像机只能在同轴电缆上传输视频信号,无法在以太网中传输,传输距离一般在100米左右,如果需要更远距离传输,需要通过HD-SDI专用光端机,通过光缆传输视频信号。
        HD-SDI传输的视频信号为未压缩的原始视频数字信号,不会因视频压缩而带来清晰度不足、色斑色块、锐度降低等问题。但是其数据量庞大,系统难以承受,必然还要做编码压缩处理来做更远距离的网络传输,编码后的视频数据与高清网络摄像机基本无差异,对于事后回放存储的录像,两者基本相同。
        HD-SDI接口设计之初只为了无压缩视频的单向传输,摄像机一般也是有人操作的,很少需要远程反向操作摄像机;HD-SDI监控摄像机只能本地操作,在安装之初就调试好,或单独铺设控制信号线。如果配合云台和电动变倍镜头来使用,也需要单独铺设信号线。
        HD-SDI的纯视频传输,也让监控摄像机对音质的需求难以满足而颇感尴尬,只有单独对音频布线传输,而无法融入为复合的音视频信号。目前行业中已经在开发把音频数据嵌入到HD-SDI视频信号中的技术,不过目前主要厂家的HD-SDI摄像机产品中还几乎没有得到实际应用。
        HD-SDI摄像机的应用和当前的困难
        对高清监控产品的需求,从使用者来源划分主要来自于两类,一类是现有监控系统需要升级到高清视频监控,另一类是新建高清视频监控系统。
        已有视频监控系统中,模拟视频监控占绝大多数,由于其发展较早,使用时间较长,监控性能已经下降,无法起到监控应有的作用,有一定实力或对高清迫切需求的用户会因此而选择更新换代到高清视频监控。从方便的角度来讲,只替换设备是最方便的,而HD-SDI摄像机和配套的HD-DVR正适合,只需要替换摄像机和DVR即可方便地完成视频升级,成本上要比换成网络摄像机和NVR并铺设网络要低,同时获得低延时的无损视频,当然除非用户的网络覆盖非常密集,否则布线和交换机的成本也会因点位数量更多而不得不考虑。
        新建视频监控系统中,高清网络摄像机的需求随着近几年的发展,用户的需求也越来越多,从设备使用配置到组网的角度来讲,网络摄像机要更胜一筹,即使不用嵌入式NVR硬件,也可以用现有电脑或服务器来完成视频的预览监控和录像。但是从系统设计到项目实施都会遇到因高清网络摄像机的高码率带来网络带宽过大而不得不使用更高端的交换机,以及网络繁忙,解码电脑性能不足导致预览不流畅和延时问题。根据市场反馈,这些问题给用户带来的烦恼不占少数,此时HD-SDI摄像机的优势便体现出来,独立的视频信号传输、0.1秒以下的超低延时,高清晰无损画面都会让客户享受到广电专业级设备的特有体验。
        针对上述两种客户的描述并从整体市场情况来看,HD-SDI摄像的主要需求者以高端用户和对画质延时要求高的极端用户为主。监控覆盖和整体系统可能很小也可能极为复杂。
        整体应用上从前端到后端详细来讲,HD-SDI摄像机安装时同模拟摄像机一样,需要在前端安装调好镜头的同时调节菜单配置好参数,插好铺设的同轴电缆BNC接头。
        铺设的同轴电缆距离一般以100米以内为好,如果需要远距离传输,从广电行业就开始使用光缆来传输,HD-SDI光端机早已成熟,所以通过一对光端机配合光缆可以解决;同时光端机还支持传输音频信号RS-485控制信号,一举解决了音频和远程控制的需求。
        音视频信号通过物理线路传输到后端,用户既需要本地实时预览,又需要在本地进行录像存储、录像回放,配套的设备将会使用到高清DVR做编码存储,同时环通输出给高清监视器等显示设备;针对大型监控组网可能需要传输给更远的地方做分级监控,可以通过网络传输高清DVR编码的码流,再用解码器在异地解码输出显示;电视墙显示为了切换便利,传统的模拟矩阵厂家现在也推出了数字高清矩阵。尽管如此,繁多的设备让整个视频监控系统显得尤为复杂,同时经过编码后,在回放和异地网络监控环节都与网络高清摄像机没有差异,没有HD-SDI的优势。针对这种大型应用,监控行业的领先者两年前即开发出了视频综合平台产品,在大型监控项目中提供了HD-SDI监控的几乎全套配套设施功能。
        前端视音频信号直接接到视频综合平台中,内部视频无损交换后,通过高清DVI、HDMI输出到大屏监视器上,内部配有的编码板还可进行视音频编码后存储到网络中的大型磁盘阵列中,大规模的录像存储在容量上和安全上得以有了双重保障;综合平台配有的码分板还可以接入每一路视频的RS-485控制信号,解码板可以通过网络取流来解码其他DVR、DVS和网络摄像机的视频流并输出给显示设备。普通应用中的异地级联虽然可以通过布设更多的光缆来传输,但是综合平台内置的光线级联功能,可以节省更多的专用光缆线路,通过一级综合平台做无损视频交换后再传输给二级三级综合平台。总的来看HD-SDI摄像机的应用配套已经非常齐全,可以满足用户的各种需求。
        HD-SDI摄像机应用的问题在全面配套设备面前虽然都可解决,但是也给客户带来很多烦恼。根据项目实施中的反馈,应用问题包括:
        很多商家宣称HD-SDI摄像机可以直接升级模拟监控系统,回避传输距离的问题,而实际用户如果前期布线质量较差,使用75-3低质量线缆传输距离甚至无法达到80米,即使使用75-5高质量线缆一般也只能传输150米,如果用户已有模拟摄像机传输距离较远,可使用中继器或光端机来传输,付出的成本将会大幅度提高。
        HD-SDI摄像机多数输出接口只有HD-SDI信号输出,安装调试时,镜头的调节是视频画面质量很重要的一部分,与传统模拟和网络摄像机方便观看本地画面不同,调试人员必须要配备带有HD-SDI数字输入接口的显示器来调镜头,只有部分厂家的产品会提供模拟视频输出接口以便于安装调试。
        大规模组网当中,网管系统对整个系统的维护也有很重要的作用,而HD-SDI监控系统的专用设备不具备网络功能,也使得网管不能监控到每个设备的运行状况。用户也无法根据当前需求调节设备参数。
        考虑到成本的因素,除少数投资较大的平安城市项目建设大型HD-SDI监控系统外,HD-SDI系统在整个大型系统中主要还是独立的系统构成,作为整个监控网络的一个较大节点,通过一条同轴电缆来传输视音频信号、控制信号甚至电源将可能会使其应用更广泛。
        核心技术上HD-SDI摄像机的传感器与传统高清网络摄像机无差异,主要技术在传感器输出的视频信号做转换后如何转换处理。已有的方案较多,可使用FPGA和ASIC等,主要体现在对图像的处理上,另外对输入输出的视频信号做SDI编码转换的芯片成本目前相对较高,也使得摄像机、高清DVR接收端、监视器、光端机的成本难以下降,未来HD-SDI技术的完善和应用的增加会使得芯片成本下降,配套产品成本降低,用户才会更愿接受。