關于HD-SDI數(shù)字高清攝像頭的應用分析
高清攝像頭擁有網(wǎng)絡攝像頭所具備的所有優(yōu)點，當然必可避免的帶有網(wǎng)絡攝像頭的缺點。視頻監(jiān)控從小規(guī)模的傳統(tǒng)CCTV閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)到本地的局域網(wǎng)絡監(jiān)控，再到目前流行起來的大范圍遠程網(wǎng)絡監(jiān)控，網(wǎng)絡攝像機無疑最具備視頻組網(wǎng)的條件。
作為網(wǎng)絡攝像頭，其本身即可以通過TCP/IP協(xié)議設置可以訪問的IP地址，通過局域網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)來進行視頻的網(wǎng)絡訪問，無論在世界任何地點，都可以訪問與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通的高清網(wǎng)絡攝像機。但隨之帶來的問題是網(wǎng)絡暴露在最前端，可能會遭到非法用戶的網(wǎng)絡入侵，網(wǎng)絡管理人員必須要做相應的安全策略來避免黑客攻擊。
高清網(wǎng)絡攝像頭由于要通過網(wǎng)絡傳輸編碼過的視頻，其自身就具備編碼功能，而憑借高效的MPEG4/AVC H.264壓縮技術標準，編碼后的視頻數(shù)據(jù)碼率相對原始視頻數(shù)據(jù)流小了百倍以上，因此經(jīng)過編碼的視頻可以直接通過本地SD/SDHC存儲卡來存儲或在網(wǎng)絡訪問視頻流的同時來進行視頻錄像的存儲。但是編碼網(wǎng)傳會帶來明顯的延時，和視頻失真、色斑色塊、清晰度下降、銳度不足等問題，各廠商的方案和網(wǎng)絡環(huán)境的不同，網(wǎng)絡延時從200ms到1-2s，而視頻效果需要足夠的碼率來保證，這又需要足夠的專用網(wǎng)絡帶寬。
視頻參數(shù)與功能設置對于視頻監(jiān)控中的視頻采集來源——攝像機是十分重要的，由于場景物體、建筑、光線等變化，需要重新調(diào)節(jié)視頻參數(shù)或設置部分功能，高清網(wǎng)絡攝像機由于其自身接入了網(wǎng)絡，只要網(wǎng)絡暢通，系統(tǒng)管理員可以隨時訪問攝像機，根據(jù)當前情況來重新配置攝像機。
伴隨著視頻監(jiān)控，音頻采集同樣對事件監(jiān)控有著一定的意義，監(jiān)控場景的某些聲音，場景內(nèi)人物的對話，都可能是重要信息，而高清網(wǎng)絡攝像機可以通過簡單的音頻采集，同步做音視頻編碼，封裝成音頻數(shù)據(jù)流，進行錄像存儲和網(wǎng)絡音視頻的傳輸預覽。而音頻采集的拾音器材成本很低，音頻流碼率也很低，所以有很多用戶還是希望有聲音伴隨的真正音視頻監(jiān)控。
攝像機的鏡頭在不同焦距下觀看的視場角和所能觀看物體的遠近也是不同的，監(jiān)控行業(yè)中可能會使用到電動鏡頭，網(wǎng)絡攝像頭通過自身的RS-485接口即可控制鏡頭，配合云臺，可實現(xiàn)實時轉動與焦距變換。
前端視音頻信號直接接到視頻綜合平臺中，內(nèi)部視頻無損交換后，通過高清DVI、HDMI輸出到大屏監(jiān)視器上，內(nèi)部配有的編碼板還可進行視音頻編碼后存儲到網(wǎng)絡中的大型磁盤陣列中，大規(guī)模的錄像存儲在容量上和安全上得以有了雙重保障；綜合平臺配有的碼分板還可以接入每一路視頻的RS-485控制信號，解碼板可以通過網(wǎng)絡取流來解碼其他DVR、DVS和網(wǎng)絡攝像機的視頻流并輸出給顯示設備。普通應用中的異地級聯(lián)雖然可以通過布設更多的光纜來傳輸，但是綜合平臺內(nèi)置的光線級聯(lián)功能，可以節(jié)省更多的專用光纜線路，通過一級綜合平臺做無損視頻交換后再傳輸給二級三級綜合平臺?？偟膩砜碒D-SDI攝像機的應用配套已經(jīng)非常齊全，可以滿足用戶的各種需求。
HD-SDI攝像機應用的問題在全面配套設備面前雖然都可解決，但是也給客戶帶來很多煩惱。根據(jù)項目實施中的反饋，應用問題包括：
很多商家宣稱HD-SDI攝像機可以直接升級模擬監(jiān)控系統(tǒng)，回避傳輸距離的問題，而實際用戶如果前期布線質(zhì)量較差，使用75-3低質(zhì)量線纜傳輸距離甚至無法達到80米，即使使用75-5高質(zhì)量線纜一般也只能傳輸150米，如果用戶已有模擬攝像機傳輸距離較遠，可使用中繼器或光端機來傳輸，付出的成本將會大幅度提高。
HD-SDI攝像機多數(shù)輸出接口只有HD-SDI信號輸出，安裝調(diào)試時，鏡頭的調(diào)節(jié)是視頻畫面質(zhì)量很重要的一部分，與傳統(tǒng)模擬和網(wǎng)絡攝像機方便觀看本地畫面不同，調(diào)試人員必須要配備帶有HD-SDI數(shù)字輸入接口的顯示器來調(diào)鏡頭，只有部分廠家的產(chǎn)品會提供模擬視頻輸出接口以便于安裝調(diào)試。
大規(guī)模組網(wǎng)當中，網(wǎng)管系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的維護也有很重要的作用，而HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)的專用設備不具備網(wǎng)絡功能，也使得網(wǎng)管不能監(jiān)控到每個設備的運行狀況。用戶也無法根據(jù)當前需求調(diào)節(jié)設備參數(shù)。
考慮到成本的因素，除少數(shù)投資較大的平安城市項目建設大型HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)外，HD-SDI系統(tǒng)在整個大型系統(tǒng)中主要還是獨立的系統(tǒng)構成，作為整個監(jiān)控網(wǎng)絡的一個較大節(jié)點，通過一條同軸電纜來傳輸視音頻信號、控制信號甚至電源將可能會使其應用更廣泛。
核心技術上HD-SDI攝像機的傳感器與傳統(tǒng)網(wǎng)絡攝像頭無差異，主要技術在傳感器輸出的視頻信號做轉換后如何轉換處理。已有的方案較多，可使用FPGA和ASIC等，主要體現(xiàn)在對圖像的處理上，另外對輸入輸出的視頻信號做SDI編碼轉換的芯片成本目前相對較高，也使得攝像機、高清DVR接收端、監(jiān)視器、光端機的成本難以下降，未來HD-SDI技術的完善和應用的增加會使得芯片成本下降，配套產(chǎn)品成本降低，用戶才會更愿接受。
HD-SDI數(shù)字高清攝像機應用案例
HD-SDI數(shù)字高清攝像機大規(guī)模監(jiān)控應用較早的是在某市平安城市高清監(jiān)控項目中，系統(tǒng)比較龐大，應用配套也比較全面，系統(tǒng)架構如下：
從現(xiàn)狀分析，已建成的城市監(jiān)控系統(tǒng)按“派出所—分控中心—分局中心”三級架構進行設計完工。那么，從系統(tǒng)總體架構垂直層次上分，本期項目依然按照“派出所—分控中心—分局中心”三級架構進行設計。
從項目建設業(yè)務需求看，本次項目建設中將包含3種監(jiān)控模式，分別是可控高清視頻監(jiān)控模式、固定高清視頻監(jiān)控模式和模擬標清視頻監(jiān)控模式。三級架構與三種監(jiān)控模式構成一套“矩陣式”立體化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。除了分控 中心作為監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、存儲中心以外，派出所作為業(yè)務實戰(zhàn)單位、分局中心作為應急指揮單位，都需要將三種監(jiān)控模式進行有機地整合，以滿足多元化監(jiān)控應用需求，確保多種實時圖像、多種錄像資料的資源共享，確保多個監(jiān)控模式之上的統(tǒng)一管理與統(tǒng)一切換控制。
1、數(shù)字高清無壓縮監(jiān)控模式
可控高清數(shù)字視頻監(jiān)控主要是基于高清數(shù)字圖像采集技術、高清數(shù)字圖像傳輸技術、高清圖像編碼技術和IP網(wǎng)絡傳輸技術，并與高清圖像解碼技術、高清圖像存儲技術、高清顯示技術緊密結合的監(jiān)控模式。借助外場敷設的光纖資源和“派出所—分控中心—總控中心”搭建的萬兆圖像網(wǎng)，高清數(shù)字圖像不經(jīng)壓縮，直接在此之上完成采集、傳輸、交換；通過分級編碼、經(jīng)過IP網(wǎng)絡傳輸做存儲、回放解碼、顯示與共享。
與高清網(wǎng)絡視頻監(jiān)控模式不同，可控高清視頻監(jiān)控模式中實時圖像借助非壓縮高清圖像傳輸技術，可確保系統(tǒng)能滿足實時PTZ控制的要求。
2、模式特點
非壓縮圖像實時切換。為了保證對可控高清前端的PTZ控制實時性，延時小，實時圖像主要采用非壓縮高清數(shù)字圖像光傳輸與交換，在派出所和分局中心均借助高清視頻交換設備來切換顯示實時高清圖像。
通過萬兆圖像網(wǎng)從流媒體服務器獲取壓縮后的實時碼流來預覽圖像作為前一種預覽手段的備份。
派出所集中編碼。高清可控前端的高清視頻非壓縮傳回派出所，在派出所進行集中編碼，為了便于設備管理，減少設備占據(jù)的物理空間，選擇機架式集中編碼器對可控高清視頻圖像進行編碼。
結語
目前HD-SDI市場還是處于早起推廣的階段，采用HD-SDI產(chǎn)品的多半是技術性比較強的客戶，不論是公、私領域，對于客戶來說，他們看重的是能否提供完整的系統(tǒng)整合方案，以及如何跟CCTV/IP整合使用。
總體來看，目前HD-SDI產(chǎn)品只在少數(shù)較大型、特殊的平安城市項目中得到大規(guī)模應用，其他項目中有個別點位的較少應用，未來幾年會逐步推廣到對實時性要求較高的多個應用行業(yè)。
新型的HD-SDI數(shù)字高清攝像機技術特點相對傳統(tǒng)高清網(wǎng)絡攝像機有很大不同：
HD-SDI數(shù)字高清攝像機只能在同軸電纜上傳輸視頻信號，無法在以太網(wǎng)中傳輸，傳輸距離一般在100米左右，如果需要更遠距離傳輸，需要通過HD-SDI專用光端機，通過光纜傳輸視頻信號。
HD-SDI傳輸?shù)囊曨l信號為未壓縮的原始視頻數(shù)字信號，不會因視頻壓縮而帶來清晰度不足、色斑色塊、銳度降低等問題。但是其數(shù)據(jù)量龐大，系統(tǒng)難以承受，必然還要做編碼壓縮處理來做更遠距離的網(wǎng)絡傳輸，編碼后的視頻數(shù)據(jù)與高清網(wǎng)絡攝像機基本無差異，對于事后回放存儲的錄像，兩者基本相同。
HD-SDI接口設計之初只為了無壓縮視頻的單向傳輸，攝像機一般也是有人操作的，很少需要遠程反向操作攝像機；HD-SDI監(jiān)控攝像機只能本地操作，在安裝之初就調(diào)試好，或單獨鋪設控制信號線。如果配合云臺和電動變倍鏡頭來使用，也需要單獨鋪設信號線。
HD-SDI的純視頻傳輸，也讓監(jiān)控攝像機對音質(zhì)的需求難以滿足而頗感尷尬，只有單獨對音頻布線傳輸，而無法融入為復合的音視頻信號。目前行業(yè)中已經(jīng)在開發(fā)把音頻數(shù)據(jù)嵌入到HD-SDI視頻信號中的技術，不過目前主要廠家的HD-SDI攝像機產(chǎn)品中還幾乎沒有得到實際應用。
HD-SDI攝像機的應用和當前的困難
對高清監(jiān)控產(chǎn)品的需求，從使用者來源劃分主要來自于兩類，一類是現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)需要升級到高清視頻監(jiān)控，另一類是新建高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
已有視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，模擬視頻監(jiān)控占絕大多數(shù)，由于其發(fā)展較早，使用時間較長，監(jiān)控性能已經(jīng)下降，無法起到監(jiān)控應有的作用，有一定實力或?qū)Ω咔迤惹行枨蟮挠脩魰虼硕x擇更新?lián)Q代到高清視頻監(jiān)控。從方便的角度來講，只替換設備是最方便的，而HD-SDI攝像機和配套的HD-DVR正適合，只需要替換攝像機和DVR即可方便地完成視頻升級，成本上要比換成網(wǎng)絡攝像機和NVR并鋪設網(wǎng)絡要低，同時獲得低延時的無損視頻，當然除非用戶的網(wǎng)絡覆蓋非常密集，否則布線和交換機的成本也會因點位數(shù)量更多而不得不考慮。
新建視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，高清網(wǎng)絡攝像頭機的需求隨著近幾年的發(fā)展，用戶的需求也越來越多，從設備使用配置到組網(wǎng)的角度來講，網(wǎng)絡攝像機要更勝一籌，即使不用嵌入式NVR硬件，也可以用現(xiàn)有電腦或服務器來完成視頻的預覽監(jiān)控和錄像。但是從系統(tǒng)設計到項目實施都會遇到因高清網(wǎng)絡攝像機的高碼率帶來網(wǎng)絡帶寬過大而不得不使用更高端的交換機，以及網(wǎng)絡繁忙，解碼電腦性能不足導致預覽不流暢和延時問題。根據(jù)市場反饋，這些問題給用戶帶來的煩惱不占少數(shù)，此時HD-SDI攝像機的優(yōu)勢便體現(xiàn)出來，獨立的視頻信號傳輸、0.1秒以下的超低延時，高清晰無損畫面都會讓客戶享受到廣電專業(yè)級設備的特有體驗。
針對上述兩種客戶的描述并從整體市場情況來看，HD-SDI攝像的主要需求者以高端用戶和對畫質(zhì)延時要求高的極端用戶為主。監(jiān)控覆蓋和整體系統(tǒng)可能很小也可能極為復雜。
整體應用上從前端到后端詳細來講，HD-SDI攝像機安裝時同模擬攝像機一樣，需要在前端安裝調(diào)好鏡頭的同時調(diào)節(jié)菜單配置好參數(shù)，插好鋪設的同軸電纜BNC接頭。
鋪設的同軸電纜距離一般以100米以內(nèi)為好，如果需要遠距離傳輸，從廣電行業(yè)就開始使用光纜來傳輸，HD-SDI光端機早已成熟，所以通過一對光端機配合光纜可以解決；同時光端機還支持傳輸音頻信號RS-485控制信號，一舉解決了音頻和遠程控制的需求。
音視頻信號通過物理線路傳輸?shù)胶蠖?，用戶既需要本地實時預覽，又需要在本地進行錄像存儲、錄像回放，配套的設備將會使用到高清DVR做編碼存儲，同時環(huán)通輸出給高清監(jiān)視器等顯示設備；針對大型監(jiān)控組網(wǎng)可能需要傳輸給更遠的地方做分級監(jiān)控，可以通過網(wǎng)絡傳輸高清DVR編碼的碼流，再用解碼器在異地解碼輸出顯示；電視墻顯示為了切換便利，傳統(tǒng)的模擬矩陣廠家現(xiàn)在也推出了數(shù)字高清矩陣。盡管如此，繁多的設備讓整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為復雜，同時經(jīng)過編碼后，在回放和異地網(wǎng)絡監(jiān)控環(huán)節(jié)都與網(wǎng)絡高清攝像機沒有差異，沒有HD-SDI的優(yōu)勢。針對這種大型應用，監(jiān)控行業(yè)的領先者兩年前即開發(fā)出了視頻綜合平臺產(chǎn)品，在大型監(jiān)控項目中提供了HD-SDI監(jiān)控的幾乎全套配套設施功能。