HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)的技術(shù)發(fā)展之路

文/黃玉

實(shí)時(shí)無(wú)損的高清圖像一直是行業(yè)孜孜不倦的追求。近兩年源于廣電技術(shù)的SDI技術(shù)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域獲得重視，各大安防生產(chǎn)廠商都相繼推出了HD-SDI系列產(chǎn)品及相關(guān)的配套設(shè)備，HDSDI市場(chǎng)正蓬勃發(fā)展。近年來(lái)，困擾安防企業(yè)及用戶的“HD-SDI傳輸距離短（僅有百米左右）”的缺陷隨著HD-SDI光端機(jī)的研發(fā)普及，傳輸距離已不受限制，使HD-SDI產(chǎn)品可運(yùn)用在一些需要遠(yuǎn)距離傳輸?shù)谋O(jiān)控場(chǎng)合。另外，“配套產(chǎn)品不完善”的劣勢(shì)也隨著圖像處理與數(shù)字傳輸兩大核心技術(shù)的突破，在短短2年時(shí)間內(nèi)，將HD-SDI技術(shù)系統(tǒng)地融入到高清視頻監(jiān)控行業(yè)，HD-SDI接口的DVR、光端機(jī)、編碼器、視頻矩陣、顯示設(shè)備等逐漸推出，HD-SDI產(chǎn)品市場(chǎng)日新月異。

然而，HD-SDI攝像機(jī)以及配套產(chǎn)品的價(jià)格偏高，基于HD-SDI攝像機(jī)方案的高清監(jiān)控項(xiàng)目，成本往往超出預(yù)算，使得HD-SDI產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率和項(xiàng)目使用量遠(yuǎn)不及預(yù)期，市場(chǎng)前景不明朗，安防廠家更不愿意犧牲產(chǎn)品的利潤(rùn)，造成HD-SDI攝像機(jī)低性價(jià)比的現(xiàn)象。從圖像采集的源頭談起，如何提高HDSDI攝像機(jī)的性價(jià)比，以下圖像傳感器的選擇和傳輸、存儲(chǔ)兩方面進(jìn)行分析闡述。

圖像傳感器的選擇

目前，市場(chǎng)上主流的HD-SDI攝像機(jī)廠家大多會(huì)提供CCD或CMOS的數(shù)字高清攝像機(jī)，那哪種傳感器的性價(jià)比會(huì)更高呢？更能降低HD-SDI整體系統(tǒng)的成本呢？

CMOS在誕生之初，由于噪點(diǎn)問(wèn)題，即使是在正常光照下，其畫(huà)面輸出效果也不盡人意。然而，經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，CMOS的感光和成像性能有了翻天覆地的變化。丑小鴨終于變成了白天鵝，更有成為鳳凰的潛質(zhì)。超低功耗、超低照度、千萬(wàn)像素、背照式、堆棧式等新名詞出現(xiàn)在了CMOS發(fā)展的各個(gè)時(shí)期。

從工作原理來(lái)看，CCD在工作時(shí)，多達(dá)上百萬(wàn)個(gè)像素感光后，會(huì)生成上百萬(wàn)個(gè)電荷，這些電荷會(huì)全部經(jīng)過(guò)一個(gè)所謂的“放大器”進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)變，形成電子信號(hào)。因此，這個(gè)“放大器”就成為了一個(gè)制約圖像處理速度的“瓶頸”，所有電荷由單一通道輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)量大的時(shí)候就會(huì)發(fā)生信號(hào)“擁堵”，而 HDV格式卻恰恰需要在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)，因此，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，使用CCD遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高速讀取高清數(shù)據(jù)的需要。而CMOS則不同，它每個(gè)像素點(diǎn)都有一個(gè)單獨(dú)的放大器轉(zhuǎn)換輸出，因此CMOS沒(méi)有CCD的“瓶頸”問(wèn)題，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)，輸出高清影像，能滿足高清需求。因此，對(duì)于HD-SDI攝像機(jī)，CMOS圖像傳感器相對(duì)來(lái)說(shuō)更適合。

另外，CMOS相對(duì)CCD來(lái)說(shuō)成本低、耗電少、性能好，可以與視頻處理電路同處于一個(gè)芯片上，是HD-SDI高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的優(yōu)越之選。近年來(lái)，CMOS市場(chǎng)也得到了很好的反饋效果，根據(jù)市場(chǎng)研究公司In-Stat/MDR的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖像傳感器的次級(jí)市場(chǎng)年成長(zhǎng)率高達(dá)30%以上，其中80%的份額屬于CMOS傳感器。

以廣東迅通科技股份有限公司為例，為了保證攝像機(jī)的高性價(jià)比和高性能，迅通HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)使用了業(yè)內(nèi)公認(rèn)的頂級(jí)圖像傳感器，如Sony Exmor R CMOS背照技術(shù)感光元件，由于不受金屬線路和晶體管的阻礙，開(kāi)口率提高近100%，也就是說(shuō)它對(duì)光線的利用效率是原來(lái)的2倍，與表面照射產(chǎn)品相比，其在靈敏度（S/N）上具有很大優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，Exmor R CMOS傳感器自身的噪聲也很低，即使是在全黑環(huán)境下，該傳感器的噪聲抑制水平比過(guò)去的產(chǎn)品要低2dB。另外，迅通HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)還采用高感應(yīng)度模式，在低照度上更具優(yōu)勢(shì)，功耗更低，符合低碳環(huán)保的綠色發(fā)展主題。

模擬數(shù)字并行輸出，減輕傳輸和存儲(chǔ)壓力

HD-SDI信號(hào)在傳輸上如果使用普通的電纜線，雖然在成本以及工程搭建上都省去了很多的麻煩，但其傳輸距離短，在安全要求比較高的情況下，HD-SDI無(wú)疑是比較不錯(cuò)的選擇。然而在需要遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓こ讨斜泔@得比較吃力了。HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用大多使用同軸電纜與光端機(jī)+光纖的傳輸方式，經(jīng)過(guò)光端機(jī)在光纖上傳輸，相對(duì)模擬攝像機(jī)多通道合并傳輸方式，通常在一條光纖上僅能傳輸數(shù)量極少的HD-SDI攝像機(jī)視頻通道。這是在傳輸環(huán)節(jié)上的壓力。

其次，HD-SDI作為高清監(jiān)控的其中一種方式，其不經(jīng)壓縮的高清音視頻信號(hào)量非常龐大，盡管當(dāng)前光纖為大數(shù)據(jù)量的傳輸減輕了部分負(fù)擔(dān)，但是存儲(chǔ)終端仍然有著非常大的壓力，存儲(chǔ)的問(wèn)題依然不可忽視。如果采用正常存儲(chǔ)的話，那么存儲(chǔ)方面無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生巨大的支出。這對(duì)于HD-SDI技術(shù)的普及和應(yīng)用都是非常不利的。

那如何才能實(shí)現(xiàn)既能實(shí)時(shí)無(wú)損監(jiān)控，又能減輕中間傳輸和后端存儲(chǔ)壓力呢？

目前較好的方式是HD-SDI攝像機(jī)采用HDSDI數(shù)字輸出+網(wǎng)絡(luò)輸出并行輸出接口，即雙輸出接口。一路是符合SMPTE 292M標(biāo)準(zhǔn)接口的HD-SDI高清數(shù)字輸出，滿足高清視音頻信號(hào)實(shí)時(shí)、無(wú)損地直接上電視墻的需求；另一路是網(wǎng)絡(luò)輸出，通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸和后端高清存儲(chǔ)，減輕傳輸和存儲(chǔ)的壓力。

另外，在后端存儲(chǔ)上，可以通過(guò)智能分析技術(shù)緩解高清DVR監(jiān)控存儲(chǔ)壓力。HD-SDI攝像機(jī)的系統(tǒng)應(yīng)用中基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸系統(tǒng)，通常直接連接DVR或混合型NVR，將DVR或混合型NVR作為系統(tǒng)中的一個(gè)接入節(jié)點(diǎn)，既能保證錄像存儲(chǔ)的可靠性、也能保證視頻遠(yuǎn)程應(yīng)用。目前，高清監(jiān)控系統(tǒng)存在的最關(guān)鍵的一個(gè)存儲(chǔ)問(wèn)題是很多無(wú)用視頻信息也被傳輸、存儲(chǔ)，不僅增加了帶寬又浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。而在存儲(chǔ)設(shè)備中加裝智能分析模塊，通過(guò)智能分析技術(shù)，對(duì)于這些無(wú)用視頻則可采用低碼流方式進(jìn)行壓縮或存儲(chǔ)，而對(duì)重要的音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行高清無(wú)壓縮存儲(chǔ)，視頻存儲(chǔ)所需要的空間將大大減少又緩解了帶寬壓力。目前，存儲(chǔ)系統(tǒng)主要用于查詢使用，增加數(shù)據(jù)智能分析功能將極大地提升存儲(chǔ)系統(tǒng)的價(jià)值。

HD-SDI集中于高端應(yīng)用領(lǐng)域

昂貴的造價(jià)、短距離傳輸、原汁原味的視頻圖像、高要求設(shè)備配置等等，都決定了HD-SDI集中應(yīng)用在高端領(lǐng)域，而難于應(yīng)用在大眾市場(chǎng)。因此，HDSDI在當(dāng)今安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用不會(huì)是大范圍的，更不可能是顛覆性的，而應(yīng)是對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)在某一特定需求方面的補(bǔ)充。

例如交通領(lǐng)域的城市道路、高速公路的特定重要路段以及機(jī)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀況監(jiān)控，金融領(lǐng)域如金庫(kù)、銀行柜員制系統(tǒng)等，以及賭場(chǎng)監(jiān)控、標(biāo)志性大型場(chǎng)館（如展覽館、博物館），以及醫(yī)療領(lǐng)域的手術(shù)臺(tái)的手術(shù)計(jì)時(shí)、遠(yuǎn)程手術(shù)指揮、手術(shù)觀摩學(xué)習(xí)等。

在相對(duì)理想的監(jiān)控系統(tǒng)解決方案里，在通用應(yīng)用場(chǎng)合或大中型監(jiān)控項(xiàng)目中可使用網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，針對(duì)高可靠性要求的環(huán)境配置NVR或高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)高清監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控；在十分敏感緊張的、“失之分毫 差之千里”的特別重點(diǎn)場(chǎng)景或區(qū)域配置HD-SDI攝像機(jī)，并直接上電視墻和傳輸至管理中心。兩者相輔相成，讓網(wǎng)絡(luò)高清和數(shù)字高清發(fā)揮最大的作用。

結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)然，除了上面所述的幾種技術(shù)特點(diǎn)之外，還有將市場(chǎng)上流行的超低照度技術(shù)、寬動(dòng)態(tài)技術(shù)等應(yīng)用在HD-SDI數(shù)字高清攝像機(jī)上。HD-SDI攝像機(jī)不僅僅是模擬監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)版，技術(shù)和解決方案的完整性保證了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而且，不論從HD-SDI攝像機(jī)本身的特點(diǎn)、傳輸方式、應(yīng)用領(lǐng)域等方面來(lái)看，其與高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)都是一種互補(bǔ)的關(guān)系，共同為優(yōu)質(zhì)的用戶服務(wù)。HD-SDI攝像機(jī)作為高清監(jiān)控市場(chǎng)的一個(gè)重要成員，相信隨著各種新技術(shù)的提升、配套產(chǎn)品的完善與標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，在全球數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的大發(fā)展趨勢(shì)中，必將擁有自己的一席之地。