《電子技術(shù)應(yīng)用》
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視頻監(jiān)控實現(xiàn)高清理想時需跨越四個階段
摘要: 傳統(tǒng)的標清監(jiān)控分為模擬、數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)三種類型。模擬監(jiān)控的前端是模擬攝像機,后端是矩陣。數(shù)字監(jiān)控的前端也是模擬攝像機,后端是DVR。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的前端有兩種,一種是模擬攝像機+視頻編碼器,一種是網(wǎng)絡(luò)攝像機,后端是平臺。也就是說,在標清監(jiān)控時代,前端有模擬攝像機、網(wǎng)絡(luò)攝像機、視頻編碼器+模擬攝像機等多種類型。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機。
Abstract:
Key words :
 

  傳統(tǒng)的標清" title="標清">標清監(jiān)控分為模擬、數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)三種類型。模擬監(jiān)控的前端是模擬攝像機,后端是矩陣。數(shù)字監(jiān)控的前端也是模擬攝像機,后端是DVR。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的前端有兩種,一種是模擬攝像機+視頻編碼器,一種是網(wǎng)絡(luò)攝像機,后端是平臺。也就是說,在標清監(jiān)控時代,前端有模擬攝像機、網(wǎng)絡(luò)攝像機、視頻編碼器+模擬攝像機等多種類型。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機" title="高清網(wǎng)絡(luò)攝像機">高清網(wǎng)絡(luò)攝像機。原因主要在兩個方面:

  第一,高清監(jiān)控" title="高清監(jiān)控">高清監(jiān)控一定是網(wǎng)絡(luò)化的,必然是基于視頻壓縮處理并通過IP網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)?,因為只有這樣才能控制高清視頻" title="高清視頻">高清視頻的傳輸成本。采集后未經(jīng)壓縮的高清視頻信號有模擬和數(shù)字兩種傳輸方式。模擬傳輸一般采用YPbPr分量傳輸,一路高清視頻信號需要三根同軸線纜同時傳輸。數(shù)字傳輸一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸,其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米,不適合用于監(jiān)控傳輸,而HD-SDI雖可以傳輸100米左右,但對同軸電纜的要求很高,線纜的價格也非常昂貴。無論是模擬方式還是數(shù)字方式傳輸,未經(jīng)壓縮的高清視頻信號傳輸成本都明顯高于以前的模擬標清視頻信號。而采用視頻壓縮編碼并通過IP網(wǎng)絡(luò)進行傳輸時,高清視頻與標清視頻在傳輸成本上的差異很小。

  第二,直接用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機進行前端處理的效率和成本比用高清視頻編碼器+高清攝像機要更有優(yōu)勢。

  當前高清視頻傳感器以CMOS為主,CMOS傳感器直接輸出數(shù)字化的視頻信號,在攝像機中通過DSP或ASIC對此數(shù)字高清視頻信號直接進行壓縮編碼,然后以網(wǎng)絡(luò)化方式傳輸,要比攝像機直接輸出高清信號來得經(jīng)濟,且處理效率更高。

  采用統(tǒng)一的技術(shù)標準是高清監(jiān)控發(fā)展的必須條件

  高清在目前尚在應(yīng)用初期,業(yè)界對高清的很多概念還不統(tǒng)一,采用的技術(shù)標準也有所不同。要實現(xiàn)高清監(jiān)控的普及,標準化也是非常必要的。而談到高清的標準化,首先就是視頻分辨率和視頻編碼的標準化。

  首先,關(guān)于視頻分辨率的標準。目前,業(yè)界關(guān)于高清監(jiān)控的分辨率存在兩種概念,即百萬像素" title="百萬像素">百萬像素和720p/1080i/1080p,分辨率達到這兩個標準即為高清。720p/1080i/1080p源自美國電影電視工程師協(xié)會(SMPTE)制定的HDTV標準。根據(jù)該標準,真正符合高清視頻的格式主要有以下三種:

  ■720p:1280*720分辨率,16:9寬屏顯示,逐行掃描/60Hz

  ■1080i:1920*1080分辨率,16:9寬屏顯示,隔行掃描/60Hz

  ■1080p:1920*1080分辨率,16:9寬屏顯示,逐行掃描/60Hz

  此外,該標準還詳細定義了每一種分辨率所對應(yīng)的幀率等數(shù)據(jù)。因此,滿足任何給定HDTV標準的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機必然支持一個或多個特定分辨率、幀率以及色彩保真度,從而始終能夠確保規(guī)定的視頻質(zhì)量。

  而百萬像素并不是一個公認的標準,它僅僅是代表一個行業(yè)最佳實踐的概念,具體指的是網(wǎng)絡(luò)攝像機的圖像傳感器元素數(shù)量。

  也就是說,當我們聽到一個高清網(wǎng)絡(luò)攝像機說支持百萬像素、兩百萬像素或五百萬像素時,我們并不知道這個攝像機的幀率是多少、視頻寬高比如何、隔行還是逐行、色彩保真度怎么樣等等,而這些信息同樣是衡量一個高清網(wǎng)絡(luò)攝像機性能的重要參照。

  因此,可見720p/1080i/1080p才是未來視頻分辨率標準的主流。

  其次,關(guān)于視頻編碼技術(shù)的標準。視頻編碼是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的一項關(guān)鍵參數(shù),它決定了所傳輸視頻的圖像質(zhì)量以及需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬。我們目前看到的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機視頻編碼標準主要有MJPEG和H.264兩種。

  MJPEG(MotionJPEG)是在JPEG基礎(chǔ)發(fā)展起來的動態(tài)圖像壓縮技術(shù),它只單獨的對某一幀進行壓縮,而基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化。通過此壓縮技術(shù)可獲取清晰度很高的視頻圖像,而且可靈活設(shè)置每路的視頻清晰度和壓縮幀數(shù),并且壓縮后的畫面還可任意剪接。但它的缺陷也非常明顯:一,丟幀現(xiàn)象嚴重、實時性差,在保證每路都必須是高清晰的前提下,很難完成實時壓縮;二,壓縮效率低,傳輸帶寬和存儲空間占用大。

  H.264是ITU-T和ISO共同成立的JVT聯(lián)合視頻工作組制定的新一代視頻編碼標準,用來實現(xiàn)視頻的高壓縮比、高圖像質(zhì)量、良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性等目標。H.264不僅比MJPEG節(jié)約了80%以上的碼率,而且對網(wǎng)絡(luò)傳輸具有更好的支持功能。H.264引入了面向IP包的編碼機制,有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸,支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸,支持不同網(wǎng)絡(luò)資源下的分級編碼傳輸,從而獲得平穩(wěn)的圖像質(zhì)量。H.264可以在更低的帶寬下實現(xiàn)720p、1080i/p的廣播級高清視頻分辨率。

  盡管MJPEG能夠獲得比較好的單幅圖像質(zhì)量,但由于它在運動性、帶寬占用以及存儲空間占用方面均有致命缺陷,因此,要更適應(yīng)高清監(jiān)控的發(fā)展需求,H.264顯然更具優(yōu)勢。

  對于視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而言,所有的技術(shù)都必須有利于產(chǎn)業(yè)的標準化和統(tǒng)一應(yīng)當是首要的必須條件,因為過去的模擬監(jiān)控產(chǎn)品正是由于沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準,而使得廠家各自為政,每個廠家都采用自己的標準,致使步入網(wǎng)絡(luò)化時代后,用戶面臨監(jiān)控系統(tǒng)" title="監(jiān)控系統(tǒng)">監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)等諸多核心需求時障礙重重。高清監(jiān)控時代來臨后,技術(shù)標準化更將成為關(guān)注重點,除了上述兩項技術(shù)標準之外,包括裝置搜尋、實時視頻、音頻、元數(shù)據(jù)和控制信息等網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備之間的所有交換信息都將有統(tǒng)一的定義,規(guī)?;蜆藴驶貙⒊蔀楦咔灞O(jiān)控時代的重要標志。

 

  完善的解決方案是高清監(jiān)控普及的前提

  近兩年,高清可以說是監(jiān)控行業(yè)的熱門話題,業(yè)界各大主流廠商也紛紛推出了自己的高清產(chǎn)品,尤其是高清攝像機,更是款型豐富,琳瑯滿目。然而,對高清監(jiān)控而言,僅僅是一個高清攝像機或其它某一個單個的高清設(shè)備就可以成就應(yīng)用的嗎?要搞清這個問題我們可以先來看看傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架:無論是模擬監(jiān)控還是數(shù)字監(jiān)控抑或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控,它們都是由位于前端環(huán)節(jié)的監(jiān)控攝像機、NVR/DVR/管理平臺的中心管理設(shè)備、顯示解碼設(shè)備,以及存儲設(shè)備、傳輸線纜等構(gòu)成最基本的系統(tǒng)框架,缺一不可。因此,高清監(jiān)控系統(tǒng)也必須如此,而高清攝像機或其它任何單個的高清設(shè)備顯然是不可能實現(xiàn)真正的實際應(yīng)用的,高清監(jiān)控要具備實際的應(yīng)用意義,就必須和傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)那樣,提供涵蓋前端、傳輸、管理中心以及后端環(huán)節(jié)的完整的解決方案。

  豐富的系列化產(chǎn)品是促進市場應(yīng)用的重要因素

  由于高清監(jiān)控的部署成本在目前多少高于標清,而高清監(jiān)控系統(tǒng)的部署規(guī)模也大小各異,從幾路到幾十路、百路都有,因此,能否選擇到最符合需求的產(chǎn)品以有效控制成本必然會影響高清監(jiān)控的市場應(yīng)用程度。安防行業(yè)內(nèi)很多企業(yè)發(fā)布了包括高清網(wǎng)絡(luò)攝像機、高清管理平臺/NVR、高清電視墻解碼器在內(nèi)的全系列高清監(jiān)控產(chǎn)品,通過這些產(chǎn)品不僅可以構(gòu)建完善的端到端高清監(jiān)控解決方案,而且第一類產(chǎn)品都擁有完善的系列化產(chǎn)品線。

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