从前端到终端 高清监控如何走好后100米
- 来源：中国安防展览网 作者：安防资深专家 张宗山
- 2012/10/19 13:50:363266
安防资深专家张宗山
1、SDI高清的前世今生：
上世纪90年代末期，DVR的出现就代表着传统的模拟和数字摄像机将被如今的HD-SDI摄像机所取代。*10多年前产生的革命性的图像存储技术，就是为了将视频数据存储在硬盘中需要将视频图像经过AD/DA的转换来实现的。随后也出现了数字技术的CCD和COMS芯片。从那时起，摄像机厂家的技术研发人员开始领悟到如此的转换和压缩意味着是图像品质的降低，几年以后，IP技术的摄像机研发出来，其中也包括高清IP摄像机，但仍然是继承了以往的技术。为何不生产出不用转换和压缩的真正的数字摄像机就成为了摄像机生产厂家的终目的。因此，源于广电技术的SDI技术在视频监控领域获得重视，并于近两年得到初步的应用。
SDI即serialdigitalinterface，通俗而言即是数字非压缩技术。前文所述，视频经过模数转换后，有两条路可走——压缩或者非压缩，IP监控走的是压缩的路子，其好处是大量的压缩带宽，使视频在IP网络上传输成为可能，同时视频资料的存储容量不至于海量，但是代价是带来了视频质量的下降，操控存在延迟性以及开放性所带来的安全隐患，一般压缩后数据要损失20%以上。如果走非压缩的路子（即数字非压缩技术），其技术标准也有多种，比如常见的HDMI支持5Gbps速率、DVI和SDI。顾名思义，数字非压缩视频技术中视频模数转换后不再压缩，只是按特殊方式编码（此编码不同于压缩编码，不存在有损压缩的过程）。非压缩带来的好处是视频质量大限度的保真，同时几乎没有延迟，而其带来的代价则是视频信号数据量极大。
SDI（目前根据视频分辨率和帧率）分为3个标准：
SDI：SDI即标清SDI,主要针对标清分辨率，每秒25帧或30帧（分辨是PAL制和NTSC制，下同）。模数转化后的视频带宽大致为250Mbps左右（如果是16:9，则为360Mbps左右）;
HD-SDI：即高清SDI，这个标准主要针对分辨率为1080P，帧率为25或者30帧，模数转换后的数据量为1.485Gbps;
3G-SDI：高清高帧率SDI,分辨率仍为1080P，但是帧率增大到50帧或者60帧，模数转换后的数据量为2.97Gbps。
由此可见，视频模数转换后不经过压缩的原始数据量是很大的，如果不经过压缩，如此大的数据量是IP网络根本无法承载的，同时如果直接存储这些数据，存储容量将十分惊人。
由于标清视频几乎全都采用模拟方式，所以在监控领域SDI意义不大，而3G-SDI数据量太大，如此高的帧率在监控领域也无必要，故3G标准的SDI也不大可能广泛应用。就目前而言，真正可能在监控领域中打开局面的是HD-SDI，这种标准在提供分辨率为1080P的高清视频的同时，大限度地保留了视频的所有细节，同时操控的延迟性几乎等同于传统模拟系统。
2、HD-SDI摄像机与网络摄像机、模拟摄像机的关键功能对比
IPC摄像机和SDI摄像机采用的图像传感器芯片是一样的，通过其核心功能点的比较，可以看出HD-SDI摄像机与网络、模拟摄像机之间的功能点比较接近，核心的区别点在于图像画质与传输。
3、高清时代如何走好后的一百米
高清时代的核心技术掌握在国外的厂家手里，如HD-SDI芯片的主要供应商来自欧美、日本，韩台等地。其中的企业包括国半、gennum、Sony、Kodak、micron、OV、TI、Techwell等，这里不谈及此。但是即使在采用相同的芯片和技术条件下，国内的不同产品显示的高清图像也有着很大的差别，有的产品甚至高清效果明显缺失。
我们的创新点在哪里？对于刚刚兴起的HD-SDI技术，对于国内众多HD-SDI设备的生产厂家，只是在此芯片的基础上相应的开发出配套的外部硬件和软件平台，并结合自主的一些国内外的使用经验而产生的新一代产品。如何在此基础上提升我们的产品技术能力，就成为了现实的难题，产品的雷同和缺乏精巧和精细是我参与众多厂家测评的体会，不是我们的研发能力差多少，而是我们没有做到细致、精致，就是说细节决定了成功。而就是这后的一点，成就了高清的终清晰的呈现。就产品而言细节的部分如下
一、高清摄像机
A、镜头：对于大多数高清摄像机厂家来说，镜头往往是容易被忽略的，而恰恰是镜头与摄像机的匹配决定了高清像素的显示效果，尤其是边缘清晰度更是如此。对于高速球机，内置的变焦镜头也是影响效果的主要原因，尤其是在自动跟踪时候的自动聚焦，和微距聚焦的设置等，很多厂家没有在软件上设置有此功能。变焦镜头的匹配不好也造成清晰度下降。
B、低照度和日夜转换的设计问题：对于日夜转换功能属于扩展性能，主要是存在转换阀值高低不同，转换效果不好，大部分摄像机在8-10LUX左右就开始进行日夜转换，但都没有设计有调节阀值的功能，尤其是球机更是如此，应该针对四季设置自动阀值设置功能可以很好的提升清晰度。此功能尤其是对于大系统更是有和突出的效果。
C、ISP处理芯片在清晰度提升过程中与噪声抑制的平衡考虑问题，很多厂家在提升清晰度，也相应的提升了噪声。对于图像画质来说，锐度也是要考虑的重要部分，同时图像的边缘清晰度和层次感也是衡量图像质量好坏的的主要感官指标，因此厂家要综合考虑。在实际测试中经常会遇到对清晰度的提升却忽略了其它，实际观感效果并不好。
D、后焦的调节，及安装方式要考虑。如后焦调节的结构设计及微调的度，座装和吊装的便捷性均是要设计中容易被忽视的。
E、前端防雷的问题。
F、产品研发经理位置的关键性，产品开发前期的研发经理，对产品的主要功能，操作，便捷性，实际工程的需要等要给电气工程师，结构工程师，软件工程师提出相应的建议。来避免研发人员出现闭门造车的问题。（由于研发人员大多不参与工程项目的实施，对产品的实际应用效果和操作性能有着天然的缺失等）
二、SDI矩阵：
SDI矩阵在实际应用中都是用于大系统的。一般的SDI摄像机传输距离在100米左右，对于大的监控系统的SDI摄像机的传输距离的都要远远超出100米，因此矩阵输入的补偿就显得尤为重要，借助网络实现远程管理和多级级联控制也是很重要的部分。混合式接入模式也是SDI矩阵的首先技术问题，目前对于不同的场合使用的摄像机有多种模式，如传统的模拟摄像机，IP摄像机，SDI摄像机等，每大类摄像机又含有多种格式，因此兼容多类型的摄像机也是SDI矩阵的技术难点，尤其是老系统升级和平安城市建设都存在类似问题。软件管理平台的架构和数据存储的管理也是SDI矩阵技术的难点，对于平安城市一级的系统，SDI矩阵的软件管理平台和存储管理及光纤接入等就成为必要的技术。
随着平安城市这样大型建设项目需求，对于城市级的系统，矩阵网络级联系统由中心矩阵和多台节点矩阵组成，每台矩阵均具备独立的IP地址，通过以太网端口进行数据交换。节点矩阵将本地视频输出上传到中心矩阵，并且中心矩阵可以对所有节点矩阵的摄像机进行图像切换和控制。通过增加中心矩阵对节点矩阵的视频下传通道，各节点矩阵可以实现互联互控、跨区域调度。矩阵高清化之后不论是联网还是单机操作，保留了原有的便捷切换控制、图像巡检定位等功能，如报警联动、成组切换等。因此SDI矩阵的技术发展必然是向着城域化，网络化，集成化，光纤化，数字化和广泛的兼容化发展。对于旧有的各个系统都可以接入联通。并可以在基于SDI矩阵的软件管理平台下将存储，控制，通信，图像，预警等统一管理，实现数字城管的功能。
但是目前很多厂家在研发SDI矩阵的时候，又重走回模拟矩阵的开发时期的思路，没有继承已有的模拟矩阵中很多强大功能和各种软硬件的优点，浪费了人力和物力。（SDI矩阵主要是在视频输入板和输出板的技术不同而已）
三、HD-SDIDVR
高清数据存储及管理的设备HD-SDIDVR（下面简称HSDVR）是伴随着高清HD-SDI摄像机的广泛使用而应运而生。相对于以往的DVR和NVR二种存储设备来说，HSDVR就犹如将DVR和NVR的优点结合成为一种全新的存储管理设备，类似于生物学中的转基因产品，将二个不同性质的产品中的优点集成到一起成为一种全新的十分的存储设备，HD-SDI摄像机适合于大型设备之间的较长距离高清信号传输。因此HSDVR设备的优点即传输未压缩、低延迟、易安装的特色就显得十分突出，正好就结合了模拟的无压缩和实时的优点又结合了网络产品的数字高清管理应用的便捷性。但其仍然采用的是H.274压缩模式进行存储和数据管理。由此引起的回放效果依然会以牺牲清晰度为代价。
针对HSDVR产品来说，在实时显示的时候应尽量保证显示在HD-SDI模式下为好，如何针对SDI模式下多画面分割合成，而不必再采用H.264压缩（此方式会降低高清）几个数字视频并分割合成处理成多画面后在实时显示成一个画面（包括单一画面显示），将成为今后的研究方向。而对于采用多路环通HD-SDI图像输出形式的DVR也很少见到。对于回放时仍沿用以往的H.264模式进行压缩和存储处理，解压缩后的图像清晰度也是以下降为代价的。*HD-SDI摄像机传输数据可以达到高1485Mbps无损1080p的高清数字视频信号，一般传输格式亦采用1920*1080（1080P）因此如何做到尽量不降低高清数据信号做到存储和显示就成为今后HSDVR厂家研发的主要课题。（此时HD-SDI摄像机的高清只带来的是实时显示）而对于HSDVR回放和通过网络浏览画面也就降低了SDI图像的清晰度。为了解决网络瓶颈的问题，大多通过网络浏览时采取的是4-8M带宽的存储模式和流媒体技术传输到客户端。总之无论怎样都是以牺牲清晰度为代价的，因此即使前端使用的是HD-SDI摄像机，但到了终客户端目前也难做到高清的效果，所以对于如何解决后显示的高清问题，也是今后厂家研发的主要方向。
四、SDI光端机
数字SDI光端机不同于传统的模拟机，由于是数字信号光纤中只有“有光”和“无光”两种状态，因而对光源的线性要求不高或几乎没有要求，从而避免了信号在处理过程中的损失。另外，数字SDI光端机比较容易实现多通道、多种信号的混合传输。借助TDM（时分复用）技术就能很容易地实现多通道多种信号的传输。
SDI光端机的主要电信号技术参数的特征性能如下：传送的信号：800mV的电压摆幅，上升和下降时间小于135ps（ns=1000ps皮秒），允许有一些过冲的存在，但不可以超过10%，即80mV。时钟抖动和调整抖动的标准参数分别小于定时抖动2UI和校时抖动0.2UI。但目前国内的一些产品都存在着一定的参数偏离，对远端的接收机输出的图像有些微的影响。因此要求对于光端机中的的补偿电路的设计应要做的十分精细和。SDI信号经过长距离传输后信号质量会变差，为了补偿长距离传输的损耗并重建视频信号的幅度，需要加入一个额外的电缆均衡器，过冲的调试与设计，调整抖动的设计等。
总之，前端的高清摄像机只表明了信号源的质量，但是在传输到末端的设备后，终的处理能力和效果也是决定其是否可以显示成为高清的画面。那么这后的100米就是我们要博取的天下。