摘要：隨著安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化、高清化的節(jié)奏加快，高清網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品亦有不俗的表現(xiàn)，但即便如此，依然不能忽視其不盡如意的地方，比如延遲、編解碼損耗、高帶寬等。對此，廠家和用戶除無奈外，仍在不斷尋求更好的高清解決方案。在此需求下，產(chǎn)生了新的應(yīng)用——將廣播級標(biāo)準(zhǔn)SDI引入到安防應(yīng)用領(lǐng)域中，實現(xiàn)真正意義上的實時高清，基于HD-SDI標(biāo)準(zhǔn)接口的高清攝像機(jī)即為其中的代表。   

　　正當(dāng)IP“高清風(fēng)暴”席卷整個視頻監(jiān)控市場之時，作為視頻監(jiān)控市場占有優(yōu)勢地位的模擬CCTV也在暗自發(fā)力，提升畫質(zhì)。2009年，標(biāo)榜將為模擬CCTV系統(tǒng)業(yè)者升級至HD畫質(zhì)提供便捷之路的HDcctv聯(lián)盟悄然成立，HDcctv系統(tǒng)的串行數(shù)字傳輸鏈路是從為專業(yè)廣播市場開發(fā)的SDI基本技術(shù)衍生而來，SDI技術(shù)獲得了廣泛的部署并得到了很好的驗證。目前市場上新推出的基于HD-SDI的光端機(jī)、矩陣等傳輸、轉(zhuǎn)換以及控制設(shè)備已不在少數(shù)，而基于HD-SDI的攝像機(jī)卻“千呼萬喚始出來，猶抱琵琶半遮面”。下面筆者將從技術(shù)和應(yīng)用等角度，來揭開HD-SDI攝像機(jī)神秘面紗。

　　解密SDI攝像機(jī)

　　HD-SDI

　　SDI(Serial Digital Input)即串行數(shù)字接口，是把數(shù)據(jù)字的各個比特以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過單一通道順序傳送的接口。由于串行數(shù)字信號的數(shù)據(jù)率很高，在傳送前必須經(jīng)過處理。在傳送前，對原始數(shù)據(jù)流進(jìn)行擾頻，并變換為NRZI碼，以確保在接收端可靠地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，這樣在概念上可以將數(shù)字串行接口理解為一種基帶信號調(diào)制。基于不同的數(shù)據(jù)速率，SDI可劃分為標(biāo)準(zhǔn)清晰度SD-SDI、高清標(biāo)準(zhǔn)HD-SDI，對應(yīng)時鐘速率分別是270Mb/s、1.485Gb/s。

　　其中HD-SDI是一個廣播級的高清數(shù)字輸入與輸出端口，是SMPTE 292M在1.485Gb/s或1.485/1.5Gb/s的信號速率條件下傳輸?shù)慕涌谝?guī)格。該接口采用同軸電纜，以BNC接口作為線攬標(biāo)準(zhǔn)，有效距離為100米，是高清信號中等距離傳輸?shù)妮^佳選擇。

　　HD-SDI與SDI的基本電氣規(guī)范相同，除時鐘頻率提升到270Mb/s的5.5倍即1.485Gb/s外。不過這兩者之間也存在著一些差別，例如HD-SDI將亮度與色差信號分別放置在兩個流中，并將它們復(fù)用并加擾后進(jìn)行傳輸，而且編碼后的行號與校鹼碼附在有效視頻結(jié)束(EAV)后。

　　HD-SDI攝像機(jī)

　　自從1998年長野冬奧會以來，高清串行數(shù)字接口(HD-SDI)傳輸設(shè)備的使用率不斷增長。而HD-SDI攝像機(jī)是基于目前高清攝像機(jī)市場現(xiàn)狀所推出的一款專門面向高端安防市場的產(chǎn)品，采用安防人士熟知的HD-SDI接口，方便與其后端編解碼器以及視頻服務(wù)器進(jìn)行匹配，并且在控制中心配合高清視頻矩陣可直接投影到大屏，使得整套高清系統(tǒng)變得不再象IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)那樣復(fù)雜、難以操作，而且更加容易為傳統(tǒng)安防工程商所接受。加上攝像機(jī)采用高端的CCD成像芯片，使得攝像機(jī)在24小時內(nèi)，都能完美呈現(xiàn)出高清晰、實時的視頻畫面，相信定能為高清監(jiān)控市場帶來全新的理念。如凌云的Magnolia，其除了具有標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控攝像機(jī)的3A功能(Auto Shutter， Auto Gain，Auto IRIS)以外，同時配合攝像機(jī)本身的高靈敏度、高信噪比、高動態(tài)范圍等一系列的特點，為夜間的圖像效果及圖像亮度提供了良好的保障。

　　深圳市創(chuàng)維群欣安防科技有限公司產(chǎn)品開發(fā)部經(jīng)理林敏表示，相對于IP Camera，初始布線為CCTV要升級為高清CCTV的市場，或需要實時視頻監(jiān)控的區(qū)域更衷情于HD-SDI攝像機(jī)，如賭場與注重實時轉(zhuǎn)播的地方。而HD-SDI攝像機(jī)兼顧了模擬攝像機(jī)的方便性與IP高清攝像機(jī)的圖像畫質(zhì)，讓使用者在最熟悉的環(huán)境下實現(xiàn)全高清視頻監(jiān)控。

　　用實力說話

　　HD-SDI攝像機(jī)的技術(shù)要點由兩部分構(gòu)成：前端攝像機(jī)技術(shù)和HD-SDI的傳輸接口。對HD-SDI攝像機(jī)來說，重點在于后者實現(xiàn)，以及前端的性能優(yōu)化。目前各大廠商重點還是放在攝像機(jī)性能提升上，因為未來競爭的重點在于攝像機(jī)的性能，例如最大分辨率、伽馬修正、3A控制等。

　　前端攝像機(jī)技術(shù)

　　1、分辨率

　　與其他類監(jiān)控攝像機(jī)一樣，HD-SDI攝像機(jī)在分辨率上也有很高的要求。因為只有高清信號源才能使HDcctv發(fā)揮出自己高清的本色，這點當(dāng)然需要百萬像素的攝像機(jī)才能達(dá)到。由于高分辨率往往伴隨著大量的圖像數(shù)據(jù)，這常常會影響幀速率，因此，僅僅有百萬像素攝像機(jī)還不能保證高圖像質(zhì)量。相比之下，滿足任何給定HDcctv標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一定能夠提供某種分辨率、幀速率和色彩保真度，從而始終確保視頻質(zhì)量。全高清1080P則是最好的選擇。據(jù)慧友電子(北京)股份有限公司PM產(chǎn)品經(jīng)理林祺表示，目前市場上的HD-SDI主流分辨率為720P(1280×720)/1080P(1920×1080)。

　　2、γ修正

　　當(dāng)監(jiān)控攝像機(jī)在某些環(huán)境下工作時，往往會使顯示的圖像讓人看起來顯得太亮或者太暗，因此在可能條件下就要做伽馬(γ)校正。其可增強(qiáng)影像中較暗的部份，但是不改變較亮部分的亮度，從而使影像看起來有更豐富的層次。

　　在所有廣播電視系統(tǒng)中，γ校正是在攝像機(jī)中完成的。最初的NTSC電視標(biāo)準(zhǔn)需要攝像機(jī)具有γ=1/2.2=0.45的冪函數(shù)，現(xiàn)在采納γ=0.5的冪函數(shù)。PAL和SECAM電視標(biāo)準(zhǔn)指定攝像機(jī)需要具有γ=1/2.8=0.36的冪函數(shù)，但這個數(shù)值已顯得太小，因此實際的攝像機(jī)很可能會設(shè)置成γ=0.45或者0.5。使用這種攝像機(jī)得到的圖像就預(yù)先做了校正，在γ=2.5的CRT屏幕上顯示圖像時，屏幕圖像相對于原始場景的γ值大約等于1.25。這個值適合“暗淡環(huán)境”下觀看。

　　γ校正原先是廣電領(lǐng)域攝像機(jī)的“專利”，它極大地滿足了廣播電視對高畫質(zhì)的要求，而今將其引入安防視頻領(lǐng)域也可以實現(xiàn)對監(jiān)控效果的有力提升。過去的時代是“模擬時代”，而今天已進(jìn)入“數(shù)字時代”，進(jìn)入計算機(jī)的圖像依然帶有γ=0.5的校正。為了在不同環(huán)境下觀看到“原始場景”可在適當(dāng)?shù)胤郊尤?gamma; 校正。

　　從當(dāng)前來看，絕大部分HD-SDI攝像機(jī)皆具備伽馬修正功能。如慧友EQH5200 HD-SDI全高清攝像機(jī)的γ=0.45，且可在0.05~1.00間調(diào)整，保證了高清視頻信號的輸出。

　　HD-SDI傳輸接口

　　據(jù)北京凌云光視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司ITS與高端監(jiān)控部門客戶經(jīng)理王宇斐介紹，HD-SDI攝像機(jī)的另一關(guān)鍵就是攝像機(jī)接口的選擇。真正意義上的高清接口包括HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI這幾種，而從表1中可以很清晰地看到，在目前的高清數(shù)字接口中HD-SDI接口的綜合優(yōu)勢。HD-SDI接口是目前比較好的高清接口，同時HD-SDI接口也是目前廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高清接口。

        表1 高清接口性能對比（來源：北京凌云光子技術(shù)有限公司）

　　· HD-SDI以其較遠(yuǎn)的傳輸距離和較高的傳輸速率，更多地被使用到前端設(shè)備到傳輸設(shè)備，或者前端設(shè)備到中心/控制設(shè)備上。例如HD-SDI攝像機(jī)到HD-SDI光端機(jī)/矩陣的連接;

　　· 在傳輸距離不是很遠(yuǎn)，對傳輸速率要求很高的場合，例如控制中心機(jī)房，使用HDMI和DVI即能滿足需求。像支持HDMI/DVI的矩陣到監(jiān)視器/大屏幕拼接墻之間的連接;

　　· 顯示終端一般都帶有YPbPr接口，雖然YPbPr傳輸速率較低，但因其傳輸線的價格比較便宜，傳輸?shù)木嚯x較長，在某些對傳輸速率要求不高的場合也還是有一定的應(yīng)用。

　　不是叫板，而是死磕

　　目前，安防行業(yè)正處于畫質(zhì)革命的時代。高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)在逐步取代之前的模擬設(shè)備，而對于廣電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域，市面上的IP高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不能利用現(xiàn)有的資源，如果要做系統(tǒng)升級的話，那么現(xiàn)有的整個體系將會完全被改變，必然會帶來成本上的增加以及資源的浪費。

　　而具有HD-SDI接口的高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)就非常適合作為設(shè)備替換的首選。HD-SDI只需將編碼器，解碼用的數(shù)字機(jī)頂盒換成支持高清的就可以形成新的高清監(jiān)控系統(tǒng)，原有的線纜、調(diào)制器、碼流復(fù)用器等設(shè)備都可以保留，節(jié)約了很大的成本。高清晰的畫質(zhì)能更清晰地描繪出所拍攝的場景細(xì)節(jié)，使監(jiān)控系統(tǒng)更完美，更高效。

　　表2 HD-SDI攝像機(jī)與高清IP Camera性能比較 （來源：北京凌云光子技術(shù)有限公司）

　　從表2可看出，HD-SDI攝像機(jī)在性能上毫不遜色于高清IP Camera，且擁有自身的獨到之處。據(jù)慧友的林祺介紹，HD-SDI攝像機(jī)與IP Camera相比，主要有以下四大優(yōu)點：

　　· 未壓縮：HD-SDI數(shù)字信號是未經(jīng)壓縮的格式在視頻線上傳輸,不像網(wǎng)絡(luò)傳輸容易掉張/破張,可靠度較高;

　　· 低延遲：HD-SDI比起網(wǎng)絡(luò)高清有較低的傳輸延遲性,是實時監(jiān)控較好的方案;

　　· 易安裝：對工程商或用戶而言，其安裝設(shè)定與操作與傳統(tǒng)CCTV無異,沒有學(xué)習(xí)上的額外成本;

　　· 低成本：由模擬升級到高清的總成本較低,使用已有視頻線從D1升級到HD,只需更換前后端設(shè)備，不需重新布線。

　　仍需韜光養(yǎng)晦

　　HD-SDI攝像機(jī)并非天使的眼睛，完美無缺，無論是攝像機(jī)技術(shù)還是傳輸接口皆有待提升。

　　傳感器技術(shù)

　　傳感器(CCD或CMOS)是攝像機(jī)的頭腦，它的技術(shù)直接決定了攝像機(jī)性能的優(yōu)劣，對于HD-SDI攝像機(jī)來說，同樣如此。安防制造(中國)有限公司研究院副院長王一科表示，HD-SDI攝像機(jī)若要走向普及，首先得提升傳感器技術(shù)?，F(xiàn)有的高清圖像傳感器的感光靈敏度都不太理想，在夜間、隧道等光線較暗的場合下捕獲的圖像效果反而比標(biāo)清的差。然而，事故和案件往往就是發(fā)生在光線條件惡劣的路段，因此，要想大范圍搶占高清市場，傳感器性能需要進(jìn)一步提升。

　　傳輸距離

　　對于HD-SDI攝像機(jī)前景如何，目前還難以下定論。索尼中國專業(yè)系統(tǒng)集團(tuán)應(yīng)用業(yè)務(wù)市場部影像傳感器產(chǎn)品經(jīng)理梁一嬋表示，盡管SDI攝像機(jī)的優(yōu)勢很明顯，但它尚有一個致命的缺陷：前端采集的數(shù)據(jù)量大，傳輸過程不經(jīng)編解碼器的壓縮，給數(shù)據(jù)的存儲提出了挑戰(zhàn)。高速數(shù)字信號，很大程度上不能采用標(biāo)清模擬圖像信號傳輸設(shè)備及組網(wǎng)。

　　SD-SDI信號通過同軸電纜5CFB或者1189A能夠傳輸350M，而到了高清串行數(shù)字HD-SDI信號的時代，同類型的同軸電纜的傳輸很難突破100M。如果需要傳輸更長的距離，就要選擇衰減更低的高發(fā)泡介質(zhì)同軸電纜。而這類電纜的強(qiáng)度相對較低，在電纜捆扎時需要留意電纜的變形，因為電纜變形會引起誤碼。即便使用這類低衰減的同軸電纜，也只能進(jìn)行180M以內(nèi)的高清數(shù)字信號傳輸，有時還需要使用中繼設(shè)備對劣化的信號進(jìn)行恢復(fù)。因此，在建立HD-SDI系統(tǒng)時，不能僅考慮同軸電纜施工簡便、成本低廉等因素。

　　據(jù)天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司網(wǎng)絡(luò)視頻部產(chǎn)品經(jīng)理的郭輝介紹，HD-SDI 光纖收發(fā)器可以很好地解決這一難題。該系統(tǒng)包括一個發(fā)送端及一個接收端，通過一根ST光纖連接單向傳輸高質(zhì)量高清晰信號。通過光纖收發(fā)器可以解決長距離傳輸問題，并且體積小巧，可以和攝像機(jī)一起安裝在防護(hù)罩內(nèi)。

　　傳輸速率

　　高速接口芯片技術(shù)的進(jìn)步，使3Gb/s級別的串行接口成為可能。2005年，ITU-R在BT.1120-6建議書中給出了第三代串行鏈接標(biāo)準(zhǔn)的2.97Gb/s串行接口規(guī)范，物理介質(zhì)仍然沿用了75歐姆同軸電纜和IEC60169-8標(biāo)準(zhǔn)連接器。此外，SMPTE 424M也給出了類似的3Gb/s級別的接口定義。由于HDTV可以支持每秒30幀的逐行掃描1920×1080的分辨率格式，而3G能夠支持比HD視頻信號最高幀掃描頻率高一倍的頻率，即3G可以支持每秒60幀的HD信號，這與動態(tài)視頻的差別很大。3Gb/s串行接口的出現(xiàn)解決了之前需要雙鏈接HD-SDI的場合，如4∶4∶4/12bit或1080P50/59.94格式的節(jié)目制作等。目前，已有廠家宣布推出3Gb/s的串行接口芯片產(chǎn)品。

　　基于HD-SDI標(biāo)準(zhǔn)接口的高清攝像機(jī)，能夠真正實現(xiàn)1080P的高清視頻數(shù)據(jù)輸出，同時達(dá)到25幀/秒的實時圖像采集。凌云的王宇斐表示，新興的數(shù)字電影具有較高清晰度的圖像、更高的分辨率、更豐富的色彩(例如SMPTE 428-1K PGYQR 4096×2160 4∶4∶4/X'Y'Z'/12-bit@24P)，SMPTE N26技術(shù)委員會正在制訂435M系列標(biāo)準(zhǔn)：一種時鐘頻率為10.692 Gb/s的串行數(shù)據(jù)接口，其物理介質(zhì)為符合IEC 60793-2標(biāo)準(zhǔn)的光纜與符合IEC 61754-20標(biāo)準(zhǔn)的光連接器。這種10Gb/s級別的接口可將多至8個HD-SDI數(shù)據(jù)流復(fù)用在一起，也可以將現(xiàn)有的1.5Gb/s與3Gb/s數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)映射至10Gb/s接口上。伴隨接口速率的提升，HD-SDI攝像機(jī)的應(yīng)用前景將更為廣闊。

　　傳輸介質(zhì)

　　總體來說，SDI標(biāo)準(zhǔn)是相當(dāng)不錯的。SDI很好地保護(hù)了像素，使其不受損失，能夠工作在RGB 4∶4∶4和YUV 4∶2∶2，速度可以在SD、HD、2K間切換，支持16通道數(shù)字音頻、時間碼和其它各種輔助數(shù)據(jù)。它可以被轉(zhuǎn)換、在大樓中自由走線。這就是為什么它能迅速普及，而且在過去的20年終能夠滿足電視制作的要求。不過，它的極限也逐漸暴露：

　　· 每當(dāng)有更高速度SDI出現(xiàn)時，SDI電纜都需要更換。SDI剛剛出現(xiàn)的時候，此前用于傳輸復(fù)合信號的電纜不足以處理SDI的數(shù)據(jù)碼流。HD-SDI剛出現(xiàn)時，也需要換新的SDI，3Gb/s SDI剛出現(xiàn)時也出現(xiàn)了這種情況。不停升級電纜的成本也是一筆可觀的開銷;

　　· SDI電纜太粗，如果有許多電纜沿著機(jī)架和樓宇布下來會占用很多空間。凡是看過有SDI電纜出入的機(jī)房都會知道SDI占用的空間不少。

　　而上海美贊美數(shù)碼科技有限公司總經(jīng)理唐海峰表示，光纖很容易解決這些問題。光纖SDI的比特流和傳統(tǒng)SDI一樣，只是傳輸介質(zhì)從銅纜變成了光纖。這就是說，光纖擁有傳統(tǒng)SDI的所有優(yōu)勢，同時還具備以下新的優(yōu)勢：

　　· 光纖能長距離傳輸。Blackmagic Design光纖產(chǎn)品在SDI測試標(biāo)清信號時，其最遠(yuǎn)傳輸45KM，3Gb/s最遠(yuǎn)傳輸25KM。常規(guī)SDI的數(shù)據(jù)與其相比可謂小巫見大巫;

　　· 光纜不存在速度極限。銅纜有速度極限，所以如果數(shù)據(jù)傳輸率提高，銅纜將無法傳輸頻率更高的數(shù)據(jù);

　　· 在需要更高SDI數(shù)據(jù)傳輸率的視頻標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)時，你可以繼續(xù)使用相同的光纜。

　　光纖可以輕松傳輸3Gb/s，也可以傳輸更高的速度。

　　當(dāng)前，HD-SDI攝像機(jī)的接口大部分是采BNC接口走視頻線輸出，但也有直接采用光纖接口。光纖的應(yīng)用在高清時代預(yù)計會大幅成長，這個趨勢值得關(guān)注。

　　標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)

　　慧友的林祺則指出，HDcctv作為新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，HDCCTV聯(lián)盟需盡快且持續(xù)的維護(hù)協(xié)議升級發(fā)展，提供最先進(jìn)的技術(shù)平臺給會員廠商。目前的主力還是中韓臺三地的廠商，HDcctv還是處于早期采用者的產(chǎn)品發(fā)展階段，無法吸引主流市場的信任與采用，所以要盡力爭取指標(biāo)性一線廠商的加入。另外，聯(lián)盟除了需要迅速積累一定的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，以降低核心器件的成本，同時要考慮HD-SDI方案之間的兼容性與可靠度，讓HDcctv本身更具有競爭力。

　　就目前技術(shù)和監(jiān)控市場，天地偉業(yè)的郭輝表示，如果前端采用SDI攝像機(jī)，那么必須要有一整套完整的SDI產(chǎn)品與之搭配才可以獲得良好的效果，這樣的造價也非常昂貴。包括SDI編碼器、SDI視頻服務(wù)器、SDI光端機(jī)等產(chǎn)品。在現(xiàn)有的安防系統(tǒng)下，這樣的成本是比較高的，這就需要各大安防廠商能加快前端、傳輸、切換、控制、編碼等各部分產(chǎn)品的開發(fā)，相信隨著產(chǎn)品線的豐富和更多廠商的加入，成本會逐漸降低。因而HD-SDI攝像機(jī)的普及離不開行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)建設(shè)。而HDCCTV聯(lián)盟提出了一個高清晰視頻監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)支持高清電視(HDTV)信號數(shù)字流無需打包就能進(jìn)行傳播。據(jù)HDCCTV聯(lián)盟執(zhí)行主席透露，該標(biāo)準(zhǔn)的第一個版本已經(jīng)提供給聯(lián)盟成員，以促進(jìn)不同廠商的高清電視攝像機(jī)、數(shù)字視頻錄像機(jī)和監(jiān)視器之間的互操作性。新一代用于視頻監(jiān)控的HDTV設(shè)備使用的是廣播級質(zhì)量的高清晰數(shù)字視頻，是由老式模擬系統(tǒng)改進(jìn)而來。

　　結(jié)語

　　對于HD-SDI攝像機(jī)的未來，安防行業(yè)人士意見各異。慧友林祺表示，HD-SDI的核心技術(shù)掌握在SDI芯片、Video Codec、Sensor/ISP等廠商手中，對于具備網(wǎng)絡(luò)高清制造實力的廠商進(jìn)入的門坎不高,因此目前業(yè)界只是采取觀望，并非有進(jìn)入障礙,估計2011下半年的展會就有百家爭鳴的盛況出現(xiàn)。而浙江大華技術(shù)股份有限公司產(chǎn)品中心前端線產(chǎn)品經(jīng)理吳雋是另一種見解，他認(rèn)為，由于采用HD-SDI技術(shù)的高清監(jiān)控有其特殊的應(yīng)用場景，在近幾年與高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是可以共存共榮的。但目前推出HD-SDI攝像機(jī)的廠家還不多，配套設(shè)備不夠齊全，未來的發(fā)展還不太確定，有可能會被高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)替代。

　　無延時、全高清、高銳度、數(shù)據(jù)無損耗的高清應(yīng)用已是時代發(fā)展的趨勢，廣播級技術(shù)與安防的融合，將引領(lǐng)中國安防行業(yè)的高清化向一個更高的層次發(fā)展。當(dāng)然，由于HD-SDI攝像機(jī)剛進(jìn)入安防領(lǐng)域，還有很多技術(shù)需要改進(jìn)，以更適應(yīng)安防業(yè)的應(yīng)用。