數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用與傳輸方法研究

劉鵬 北京市軌道交通運營管理有限公司

最近幾年來，數(shù)字高清監(jiān)控技術(shù)在我國各個領域都得到了有效應用。特別是隨著高清編碼和高清存儲等技術(shù)地進步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式也得到了創(chuàng)新和完善，在司法、教育和企業(yè)等民用領域得到了廣泛應用。基于此，需要對數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展情況進行深入分析，進而實現(xiàn)對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化設計。

一、高清數(shù)字視頻監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)狀

“高清”也就是我們平時所說的高分辨率，還被叫作“HDTV”。在高清數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用范圍也越來越廣，其在建筑和商業(yè)分析等多個行業(yè)發(fā)展中都得到了有效應用，此系統(tǒng)本身的應用功能也在不斷完善，提供了大量視頻壓縮標準，用戶在數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中能夠更加靈活地對其中的視頻格式進行調(diào)整，進而實現(xiàn)對帶寬和圖像質(zhì)量的優(yōu)化設置[1]。

一般情況下，主要以廣電標準的1080p、720p和1080i三種分辨率為基礎，保證監(jiān)控領域中高清標準的科學性和有效性，但是傳統(tǒng)的4CIF和FullD1都不能稱為高清。當前，由于我國視頻監(jiān)控領域所涉及多個技術(shù)層面，要想真正實現(xiàn)高清視頻，還存在一定的問題。通常情況下，需要采用百萬高清的CCD，或者是CMOS攝像機就可以實現(xiàn)視頻的高清標準，但是監(jiān)控系統(tǒng)在實際的運行還需要視頻編解碼、回放和存儲等內(nèi)容，并且在此期間的視頻信息量也會倍增。

因此，如果要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的每個環(huán)節(jié)都支持高清，僅依靠高清網(wǎng)絡的攝像機是不行的，需要實現(xiàn)其他環(huán)節(jié)的“高清”，加強數(shù)字化技術(shù)在其中的有效應用，進而在根本上實現(xiàn)數(shù)字高清視頻監(jiān)控。

二、數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

技術(shù)人員為了進一步擴大數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用范圍，結(jié)合此系統(tǒng)的不同傳輸方式，可其主要劃分為三種類型。（1）網(wǎng)絡型。主要由 IP 網(wǎng)絡對視頻中的信號進行傳輸。（2）非網(wǎng)絡型。此結(jié)構(gòu)的特點，一般是由除 IP 網(wǎng)絡以外的其它方式，對視頻的信號進行有效傳輸。（3）混合型。此類型系統(tǒng)是網(wǎng)絡型與非網(wǎng)絡型的組合，所以其實際的應用模式是比較多的。在對常規(guī)的數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分進行分析時，發(fā)現(xiàn)其一般由前端采集模塊、顯示模塊、存儲模塊以及控制模塊等內(nèi)容所組成，并且不同模塊的功能也是不同的。

例如，前端的采集模塊主要為數(shù)字高清攝像機，所以其負責采集各種的圖像信息，而傳輸模塊的設備為電纜和 數(shù)字傳輸設備等，主要功能作用是對高清攝像機中所采集到的信號進行準確傳輸，縮短延遲的時間。

（二）有線網(wǎng)絡傳輸

由于數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)不同組成部分的功能特點不同，所以在對其進行應用前，需要分析不同組成部分的主要功能特點。其中有線網(wǎng)絡傳輸就是主要特點之一，并且前端高清攝像機在采集圖像信息時，需要通過有線網(wǎng)絡對其進行傳輸。

同時，要想保證信息傳輸?shù)臏蚀_性，必須確保信息的延遲時間要滿足如下的要求：（1）注意監(jiān)控中心中和高清攝像機的關鍵，兩者之間的端到端信息延遲時間不可以超過 0.8s。（2）同時，還要注意視頻監(jiān)控中的報警聯(lián)動響應時間，不能讓其超過 2.0s，從而保證信息傳輸?shù)母咝裕ㄒ姳?）。

表1 監(jiān)控中心與監(jiān)控點內(nèi)容表

除了有線網(wǎng)絡傳輸外，無線網(wǎng)絡傳輸也是信息傳輸?shù)闹饕绞?，并且在應用此方式對相關信息進行傳輸時，其延遲時間還滿足以下要求：首先前端的高清攝像機和監(jiān)控中心的信息延遲時間，不可以超過 5.0s。其次就是其與用戶終端設備之間的信息延遲時間，不能夠不超過 10s。最后，還要注意對視頻監(jiān)控報警聯(lián)動響應時間的分析和控制，不可以讓其超過 10s，只有這樣才能在提高信息傳輸效率的基礎上，保證數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（三）系統(tǒng)功能

數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)本身的信息采集性是非常強的，此功能主要是由設置在前端的高清攝像機對其進行實現(xiàn)，并且要求技術(shù)人員所選用的攝像機光學分辨率，還要達到高清標準。同時，此設備在具體的應用中能夠更好地適應現(xiàn)場照明條件，然后采用防護措施，與現(xiàn)場的環(huán)境相協(xié)調(diào)。此外，信息傳輸也是此系統(tǒng)的主要功能，主要是以有線傳輸方式對系統(tǒng)在運行過程中所產(chǎn)生的信息進行傳輸，然后采用專網(wǎng)，如VLAN獨立網(wǎng)段等，保證傳輸距離的合理性，讓此距離與選用的傳輸介質(zhì)相匹配[2]。

如果要想利用公共網(wǎng)絡實現(xiàn)對不同信息的傳輸，為了保證信息的準確性和安全性，這個時候還要采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)。在此過程中，如果系統(tǒng)以無網(wǎng)絡對音視頻進行傳輸?shù)臅r候，要對前端高清攝像機中的重要數(shù)據(jù)信息處理，對其進行嚴格加密，避免無線絡因故障中斷，對信息傳輸?shù)陌踩詭碛绊?。同時，如果出現(xiàn)意外情況，數(shù)字高清攝像機還能夠啟動本地存儲機制，對所采集的信息進行及時存儲，避免信息泄露等問題的發(fā)生。

（四）高清和智能的融合技術(shù)

現(xiàn)如今，視頻監(jiān)控的分辨率得到了顯著提高，但是這并不能代表數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)就已經(jīng)在我國的各個領域都得到了應用。因此，需要在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，融合智能化技術(shù)，實現(xiàn)原有標清系統(tǒng)不能實現(xiàn)的效果，如對車牌進行智能識別等，可以說促進高清和智能技術(shù)的融合應用，進一步擴大了數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用范圍。

三、數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式

（一）網(wǎng)絡視頻

在對網(wǎng)絡方式傳輸視頻的特點進行分析時，發(fā)現(xiàn)其具有傳輸帶寬小和組網(wǎng)靈活等優(yōu)勢，屬于當前數(shù)字高清視頻監(jiān)控中的主要傳輸模式之一。但是，由于大多數(shù)的視頻都會經(jīng)過壓縮，視頻本身的畫質(zhì)細節(jié)和運動過程的清晰度都會受到影響，所以其會比非壓縮的視頻要差一些。某些對視頻質(zhì)量比較高的監(jiān)控場合一般不會應用這種傳輸方式。再加上，網(wǎng)絡方式的安全性不高，所以系統(tǒng)在實際的運行中非常容易受到非法訪問等因素的影響，這就需要技術(shù)人員在組網(wǎng)設計上對此部分內(nèi)容進行重點考慮（見表2）。

表2 組網(wǎng)設計表

（二）HD-SDI攝像機

合理應用HD-SDI方式對信息和視頻進行傳輸，圖像的質(zhì)量不僅能夠得到提高，還不會出現(xiàn)編解碼延時等情況，并且此系統(tǒng)的安全性也是非常好的，適合一些對圖像質(zhì)量以及安全性有著比較高要求的場合應用。然而，HD-SDI視頻的傳輸帶寬一般都是1.485Gbps。特別是在大路數(shù)傳輸?shù)倪^程中，此方式會比網(wǎng)絡方式成本要高不少，并且組網(wǎng)方式也會受到限制，這個時候需要采用點對點的光纖傳輸方式[3]。

當前，為了解決HD-SDI帶寬占用大等問題，技術(shù)人員對其進行了深入研究，并出現(xiàn)了視覺無損編碼技術(shù)。此技術(shù)在接口上使用HD-SDI接口，并且在具體的傳輸時，還可以對高清視頻進行視覺無損編碼，將帶寬降低到原來的1/6。此外，視覺無損編碼技術(shù)還會不影響高清視頻的主觀感受，降低了傳輸成本，更保證了視頻傳輸?shù)母咔逍浴?/p>

（三）光纖點到點傳輸

在這種傳輸方式中，需要明確其中的關鍵傳輸設備為網(wǎng)絡交換機和光纖收發(fā)器，然后通過對此設備應用優(yōu)勢的分析，完善傳輸方案。同時，這種方式還具有傳輸數(shù)據(jù)量大、技術(shù)成熟和性價比較高等特點，比較適合在監(jiān)控網(wǎng)絡工程中應用。

（四）PON 傳輸

PON 是對無源光網(wǎng)絡的一種簡稱，其在數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，可以實現(xiàn)一點到多點的光纖接入。在對 PON的上行特點進行分析時，發(fā)現(xiàn)其所采用的是時分多址接入方式，下行應用了廣播方式，整體的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是非常靈活的。

此外，無源介質(zhì)在這種傳輸方式中的有效應用，不僅可以防止了電磁干擾，還能夠大幅度降低故障發(fā)生的幾率，保證信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。由于PON 傳輸網(wǎng)絡本身具有扁平化的特點，所以其還可以降低成本，簡化的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，強化設備的集成度。再加上，這種傳輸方式所占用的空間較小，設備本身的功耗低，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的效果[4]。

為了進一步提高PON 傳輸?shù)挠行?，技術(shù)人員可以通過對關鍵設備的冗余保護，讓 PON 的傳輸可靠性能夠大幅度提升。在此過程中，還要借助網(wǎng)管功能，對其中的故障進行準確的定位和判斷，從而不斷減輕日后維護的工作量。

（五）無線傳輸

除了上述幾種方式外，無線傳輸?shù)膬?yōu)勢也是比較多的，其可以一次性投資，不需要布線，本身的擴容能力強，為日后的維護工作提供了方便。特別是在一些地理環(huán)境不好的區(qū)域，無線傳輸方式可以說是數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的首選傳輸方式。但是，無線傳輸這種方式還存在一定的局限性，其造價高，比較容易受到磁場的干擾，所以其本身的安全性并不是特別很高，如果不是在特殊情況下，一般不會將此傳輸方式作為首選。

總之，不同傳輸方式，它們的優(yōu)點也不同。因此在應用數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，用戶要結(jié)合具體的情況，科學選擇傳輸方式，減少意外事故的發(fā)生。

四、展望

新時期，隨著數(shù)字化等先進技術(shù)在我國各個發(fā)展領域的有效應用，對高清視頻傳輸提出了更高的要求，此行業(yè)在具體的發(fā)展中還面臨著一定的挑戰(zhàn)。在未來兩年內(nèi)，數(shù)字化高清視頻傳輸已經(jīng)成為主要發(fā)展趨勢，主要是因為其畫面清晰度高，智能化程度好，受到了社會群眾的青睞。但是，實現(xiàn)對數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設，其挑戰(zhàn)是非常大的[5]。

首先要有更高解像力的鏡頭，至少要達到800萬的解像力，但是當前能夠達到這個標準的設備是非常少的。同時，還需要更高的網(wǎng)絡傳輸帶寬，并且其本身還要具有比較大的儲存容量，特別是在安防中的應用，一般需要傳輸1080P高清H.264碼流，只有這樣才能滿足數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用和運行的要求。

其次，還需要具有更高性能的編碼芯片和顯示能力，主要是及時發(fā)現(xiàn)信息在傳輸中的問題，呈現(xiàn)無損圖像。但是，在對當前的應用技術(shù)和視頻處理能力等進行分析時，發(fā)現(xiàn)相關技術(shù)數(shù)字化和自動化程度并不高，影響了對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字高清設計。尤其是在日后的發(fā)展中，隨著人們生活質(zhì)量和需求不斷地提高，對視頻的清晰度和質(zhì)量要求也會越來越高。

因此，更高清和數(shù)字化的視頻處理和監(jiān)控技術(shù)才是未來發(fā)展的大方向。但是，隨著數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷高清化和數(shù)字化，所帶來了儲存空間也越來越大，那么如何在更高清的此基礎上，減少儲存容量也是當前技術(shù)人員和相關學者所要研究的問題。此外，在解決完節(jié)省儲存空間問題后，還要重視信息之間的互聯(lián)互通問題，主要是因為我們處在大數(shù)據(jù)時代下，信息的互通互聯(lián)也是非常重要的，所以對數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用與傳輸?shù)难芯浚谶@個大背景的基礎上進行，進而為人們提供更加高清的視頻[6]。

五、結(jié)束語

由此可見，技術(shù)人員在對數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行設計和應用時，不僅要滿足用戶在發(fā)展的基本需求，還要保證傳輸方式選擇的合理性和科學性，促進信息之間的安全傳輸。同時，在未來發(fā)展的一段時間內(nèi)，還需要重點加大對數(shù)字高清視頻網(wǎng)絡傳輸技術(shù)的分析，創(chuàng)新當前的傳輸技術(shù)，加強對新技術(shù)地開發(fā)，保證視頻圖像的清晰度，進而為數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供高質(zhì)量的傳輸服務。