HD-SDI攝像機在CATV監控中的應用

  一、背景介紹

　　安全監控系統從模擬走向數字，從封閉式邁向開放式網絡化，影像質量也越走越高，進入百萬像素時代，並且對於產品更加智能化更無疑義。這些方向都是大勢所趨，業界也樂於面對接受挑戰。不過讓安控產業頭痛的問題在於互操作性，在各家產品系統規格不一的情況下,無法互通又怎麼建構開放的連網環境呢?

　　有鑑於此,從08年開始先後有PSIA聯盟與ONVIF論壇發起，去年繼有HDcctv聯盟成立,都希望建立聯盟勢力然後實現一統監控標準規格的願景。相對於擁有Axis，Sony，Bosch等安防巨頭的ONVIF和擁有Cisco、GE、Honeywell與Panasonic等實力雄厚的聯盟成員的PSIA，HDcctv聯盟並不為人所知，標準陣營規模也較小，特許會員包括HD-DSI晶片設計業者Gennum、視頻編解碼技術新創公司 Stretch、攝影機製造商Ovii、中國臺灣的安全系統ODM廠商EverFocus公司和CSST。

　　HDcctv聯盟針對模擬CCTV升級而成立，針對高畫質保全系統應用所開發的一項新標準。HDcctv已經發表了0.9版的標準內容，負責推動新標準的組織HDcctv聯盟期望能在09年9月推出採用最終1.0版標準的攝影機，並計劃今年推出完整的系統。 而新標準原本是定義關於透過HD-SDI連結來交換視頻解析度與訊框率信息的交握協議;HDcctv聯盟希望未來的標準版本還能透過HD-SDI纜線支持雙向語音與電力。跟其他陣營訴求IP化不同的是，HDcctv是標榜讓現行模擬CCTV系統業者升級至HD畫質的便捷之路。

　　目前ONVIF、PSIA與HDcctv仍舊是壁壘分明，分別在網絡與閉路高清中扮演重要的角色。

　　網絡部分，ONVIF、PSIA帶給網絡監控最明顯的好處就是統一了標準。基於SOAP的ONVIF，比起基於REST的PSIA定義顯得更為嚴格，可保證百分百的兼容，但在整合性上後者則比較有彈性，較容易與門禁等其它安防系統做整合，以目前看來，ONVIF由於其主要成員在網絡監控壟斷了幾乎六成的市場，似乎比起PSIA更加強勢，但不論最後是共存還是由一方勝出，由兼容性所帶來的成本降低將會推動網絡監控在未來幾年更快的實現。

　　而在HDcctv(閉路高清)的部份則是依賴其特性強攻大型專案之外的市場，比如初始布線即為CCTV要升級為高清CCTV的市場，或者需要實時視頻監控的區域，比如賭場與注重實時轉播的地方。閉路高清(HDcctv)兼顧了模擬監控的方便性與網絡高清的圖像畫質，讓使用者在最熟悉的環境下實現全高清視頻監控。

　　二、技術特性對比

　　隨著人們對視覺效果要求的不斷提高，畫面的清晰度也在不斷的提高，「高清」的概念也得到了廣泛的認識。在電器賣場，隨處可見的，如：家用高清數字攝像機、全高清液晶電視、藍光DVD等等，1080P和720P已經成為了目前衡量畫質的一個標準並且被廣泛接受。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/122301.htm

　　在視頻會議領域，自2006年LifeSize推出業內第一款720P產品，到後來科達推出業內第一款1080P產品，高清早已獲得應用，並已成為目前的主力市場。而在視頻監控領域，受各種因素的影響，高清才剛剛起步。而近幾年「高清」的概念在視頻監控行業火熱以來，越多來越多的廠商開始推出 「高清」化的產品。透過市場上品類繁多的「高清產品」背後，我們發現，有很多產品對「高清」的指標理解不一，表現效果也是千差萬別。那麼，視頻監控行業 「高清」的概念究竟是什麼呢?

        根據美國電影電視工程師協會(SMPTE)、國際電聯(ITU)和我國國家廣電的相關定義，真正的高清視頻格式目前主要有三種：720P(1280*720解析度，16:9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz);1080i(1920*1080解析度，16:9寬屏顯示，隔行掃描 /60Hz);1080P(1920*1080解析度，16:9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz)。其中，1080P是最高等級的高清視頻清晰度標準。 

　　在這個新的方向上對於高清攝像機也有了新的要求。首先是相機的解析度，高清信號源才能使HDTV發揮出自己高清的本色，這點當然需要百萬像素的相機才能達到。然而，「百萬像素」概念並不是一個公認標準而只是行業採用的一個最佳實踐，它具體指數字攝像機的圖像傳感器元素的數量。由於高解析度往往伴隨著大量的圖像數據，這常常會影響幀速率。因此，僅僅有百萬像素攝像機還不能保證高圖像質量。相比之下，滿足任何給定HDTV標準的網絡攝像機一定能夠提供某種解析度、幀速率和色彩保真度，從而始終確保視頻質量。全高清1080P則是最好的選擇。所謂全高清(FULLHD)，是指物理解析度高達 1920×1080顯示(包括1080i和1080P)，其中i(interlace)是指隔行掃描;P(Progressive)代表逐行掃描，這兩者在畫面的精細度上有著很大的差別，1080P的畫質要勝過1080i。對應地把720p稱為標準高清。很顯然，由於在傳輸的過程中數據信息更加豐富，所以 1080p在解析度上更有優勢，尤其在大屏幕電視方面，1080P能確保更清晰的畫質。

　　其次就是攝像機接口的選擇。這正意義上的高清接口包括HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI這幾種，而從下表中可以很清晰的看到，在目前的高清數字接口中HD-SDI接口的綜合優勢。同時，HD-SDI又是廣電行業的標準接口，因此可以說HD-SDI是最適合的純高清數字接口。

　　經過對高清視頻監控市場多年的調研，加之圖像行業長達14年的積累，凌雲公司強勢推出了以高清接口HD-SDI為主打的高清監控攝像機，命名為 Magnolia－－木蘭，為中國的機器視覺企業與高端監控行業接軌做出了新的嘗試，也為閉路高清監控(HDcctv)領域提供了一款極其競爭力的高品質產品。下面就凌雲公司的HD-SDI攝像機與市場上一般的高清IP Camara在技術參數上進行一下全方位的對比：

    　我們從上面的技術參數進行細細分析，可以得出HDcctv相對於IPC的三大優勢： 

　　1. 不失真的可靠度：它不像數字監控資料是在壓縮後以封包方式網絡傳輸，以未經壓縮的數字資料在同軸電纜上傳輸，不會失真;HDcctv所提供的未壓縮過的高清圖像，可提供智能監控所需的最佳高清圖像來源。

　　2. 高清等級的實時圖像：它在傳輸過程中沒有產生壓縮與封包化的動作，不會像一般數字高清產生圖像延遲問題，在講究實時監控的場合特別適合，例如賭場;

　　3. 如同CCTV一樣的安裝方式：使用已有的同軸電纜線從模擬升級到FullHD的解析度，只要更換攝像機與DVR即可，比起轉換到IP網絡監控，經銷商/工程商不需再做額外的升級和學習複雜的網絡知識;可在同軸電纜上多任務傳輸：並同時傳輸視頻/雙向音頻/雙向控制/電源，節省布線成本;

　　Magnolia一經推出，就有幸參與到了上海浦東新區城市監控高清覆蓋項目，這一截止到目前國內最大單一視頻監控項目，也是目前全球最大的高清監控項目。該項目有超過一萬餘個監控點，大規模採用了高清技術，成為中國監控市場上第一個名副其實的大型高清監控工程，具有深遠的代表意義。 凌雲公司為其提供了系列高清監控產品，並成為高清攝像機提供商之一，實現了1080P的CCD高清視頻採集，為世博提供了有力的安全保障。

　　然而， 在傳統的閉路高清領域，HD-SDI攝像機仍然有更加廣泛的應用範圍，下面就以一個實際案例來展示一下HDcctv方案在CATV監控中的應用。

　　三、HD-SDI攝像機在CATV監控中的應用

　　CATV稱為有線電視網,由有線電視公司運營,提供廣播業務,包括電視,圖文電視等,CATV網採用模擬傳輸方式,是一種模擬網絡基本上，CATV電纜是用作寬帶傳輸，有別於其他乙太網物理層所採用的基帶傳輸，寬帶布線系統可將頻帶分割成不同頻譜，而再通過不同頻帶去提供不同服務，此種技術已於有線電視廣播上廣泛採用，在同一電纜上同時提供多種電視頻道，由於每一頻道都佔用不同頻帶，所以能夠互不幹擾。

　　HD-SDI高清攝像機：直接輸出1080P高清格式的視頻可以和廣電後端設備直接連接.如凌雲公司的Magnolia是一款為ITS及高端監控量身定製的高清相機。它除了具有標準監控相機的3A功能(Auto Shutter, Auto Gain, Auto IRIS)以外，同時還具有Auto Gamma這一獨特的功能，配合上相機本身的高靈敏度，高信噪比，高動態範圍等一些列的特點，為我們夜間的圖像效果及圖像亮度提供了良好的保障。 

　　HD-SDI 光纖收發器：HD-SDI的傳輸距離只有100米左右，通過光纖收發器可以解決長距離傳輸問題，並且體積小巧，可以和相機一起安裝在防護罩內。

　　高清編碼器：編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。高清相機輸出的數據量非常龐大(1.45Gbps)，高清編碼器可以有效地對於龐大視頻數據進行處理，壓縮成符合QAM調製器要求的H.264格式的數據，便於下一步的處理。

　　碼流復用器: 將多個單節目TS流或多節目TS流，復接為一個包含這些碼流內容的多節目TS流。一般，復用器還提供PID、Service ID、Tansport ID、SI、PSI的映射和生成等功能。可將不同來源如MPEG-2、H264編碼，其他業務TS碼流輸入到多路單節目TS(SPTS)碼流或多節目 TS(MPTS)數據，復接成一路多節目TS(MPTS)碼流。同時，它可對輸入的所有節目的PSI/SI表的PID進行過濾，重新生成和編輯。並可在輸出碼流中插入EPG\CA及數據廣播信息。

　　QAM調製器：QAM調製器的工作原理是這樣的，發送數據在比特/符號編碼器內被分成兩路(速率各為原來的1/2)，分別與一對正交調製分量相乘，求和後輸出。與其它調製技術相比,QAM編碼具有能充分利用帶寬、抗噪聲能力強等優點。即通過調製,可生成機頂盒可以接收處理的數位訊號. 數位電視中的QAM調製解將TS流進行QAM64調製，即將TS流的基帶信號調製到載波上，然後送入有線電視網。

　　高清數字機頂盒: 機頂盒的全稱叫做「數位電視機頂盒」，它是一種將數位電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它對經過數位化壓縮的圖像和聲音信號進行解碼還原，產生模擬的視頻和聲音信號，通過電視顯示器和音響設備給觀眾提供高質量的電視節目。它採用了兼容的辦法，在中國一直延續到現在。因此,高清數字機頂盒則是將數位電視信號轉換成高清信號的變換設備,一般配有HDMI高清數據接口,可在相對應的電視上呈現最高為1080P的畫質.

　　政府法律機構，如法院、檢察院等作為國家的重要的部門，不僅要求辦公環境典雅舒適，更要求具有安全性和可靠性, 為了確保大樓的安全以及保證審判過程的公正與公平，杜絕審判過程的瀆職行為，在意外情況發生時，避免事態擴大，及時得到控制，閉路監控的設計將確保法院的安全。而廣播電視網絡做為一種比較成熟的應用方案非常符合這類場所的特殊要求，通過現有的成熟的光電設備進行編碼，整合，調製等步驟可以將原始的監控信號完美的傳入各種符合廣電標準的網絡，再通過數字機頂盒的解碼可以還原信號。對於用戶來說實時監控可以入收看電視節目一樣的輕鬆。

　　目前，我們正處於畫質革命的時代裡。高清數字攝像機在逐步的取代之前的模擬設備，而對於廣電網絡監控領域，市面上的IP高清網絡攝像機不能利用現有的資源，如果要做系統升級的話，那麼現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接口的高清數字相機就非常適合作為設備替換的首選。HD-SDI是一個物理形態為BNC的接口，而且也是廣電行業的專用接口，只需將編碼器，解碼用的數字機頂盒換成支持高清的就可以形成新的高清監控系統，原有的線纜，調製器，碼流復用器等設備都可以保留，節約了很大的成本。高清晰的畫質更加描繪所拍場景的細節，使監控系統更完美，更高效。