高清視頻監(jiān)控技術(shù)近年來(lái)得以迅速發(fā)展，主要是因?yàn)樗鉀Q了人們?cè)谡１O(jiān)控過(guò)程中對(duì)“細(xì)節(jié)”看不清的問(wèn)題?！案咔濉奔础案叻直媛省薄ｊP(guān)于高清的定義，對(duì)于安防行業(yè)來(lái)說(shuō)卻是一個(gè)后來(lái)者。高清的定義最早來(lái)源于數(shù)字電視領(lǐng)域，高清電視，又叫“HDTV”，是由美國(guó)電影電視工程師衆(zhòng)-會(huì)確定的高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)格式。電視的清晰度，是以水平掃描線(xiàn)數(shù)作為計(jì)量的。它的集中高清劃分方式如下：1080i格式，是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式，1125條垂直掃描線(xiàn)，1080條可見(jiàn)垂直掃描線(xiàn)，16：9，分辨率為1920×1080，隔行/60Hz，行頻為33.75KHz。

　　720p格式，是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式，750條垂直掃描線(xiàn)，720條可見(jiàn)垂直掃描線(xiàn)，16：9，分辨率為1280×720，逐行/60Hz，行頻為45KHz。

　　1080p格式，是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式，1125條垂直掃描線(xiàn)，1080條可見(jiàn)垂直掃描線(xiàn)，16：9，分辨率為1920×1080逐行掃描，專(zhuān)業(yè)格式。

　　高清電視，就是指支持1080i、720P和1080P的電視標(biāo)準(zhǔn)。

　　而在安防行業(yè)，傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)最高可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)清晰度，進(jìn)行數(shù)字編碼后，一般可以達(dá)到4CIF或D1的分辨率，約為44萬(wàn)像素，清晰度在300至500線(xiàn)之間;采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的IP監(jiān)控，如果要達(dá)到800電視線(xiàn)的清晰度，那么網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的分辨率至少要達(dá)到1280×720的標(biāo)準(zhǔn)，約90多萬(wàn)像素;若采用200萬(wàn)像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，就達(dá)到了超高清圖像的要求，寬高比為16：9的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，對(duì)應(yīng)分辨率為1920×1080，寬高比為4：3的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，對(duì)應(yīng)分辨率為1600×1200。安防行業(yè)更多的是借用電視領(lǐng)域的高清劃分標(biāo)準(zhǔn)，俗稱(chēng)為“高清”和“標(biāo)清”。

　　安防市場(chǎng)中已經(jīng)出現(xiàn)了分辨率能夠達(dá)到1080i和720P的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)給高清視頻的傳輸提供了一個(gè)很高的保障。當(dāng)然也有具有高清傳輸接口的模擬攝像機(jī)，如具有Y/Pb/ Pr和VGA接口的槍機(jī)或一體機(jī)。

　　“高清”的采集

　　高清的視頻效果的保證首先來(lái)源于高清信息的采集，如果沒(méi)有前端高清視頻采集，無(wú)法談及后端的高清效果。無(wú)論是槍機(jī)、一體機(jī)還是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、模擬攝像機(jī)，采集的原理都是一致的，只是技術(shù)和器件上的區(qū)別。高清視頻的采集最重要的是感光元器件的性能，至于CCD和CMOS各有優(yōu)劣，在高清監(jiān)控領(lǐng)域，也都有所應(yīng)用。CMOS在高像素方面有著一定的優(yōu)勢(shì)，而CCD對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的適應(yīng)性更佳。我們也不妨擱置爭(zhēng)議，由市場(chǎng)需求來(lái)判別孰優(yōu)孰劣。

　　總而言之，在CCD和CMOS對(duì)于高清監(jiān)控市場(chǎng)已經(jīng)均有應(yīng)用，CCD由以前1/4英寸到1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等，代表了其技術(shù)的不斷發(fā)展，再經(jīng)過(guò)圖像處理芯片的配合，能夠達(dá)到分辨率720P甚至1080i的輸出。CMOS技術(shù)也在成像方面不斷進(jìn)步，加上其成本低廉、便于集成也為廣大客戶(hù)接受，CMOS類(lèi)型的監(jiān)控?cái)z像機(jī)目前分辨率也能達(dá)到1600×1200及以上。同樣，鏡頭要能夠保證進(jìn)光量和角度，同時(shí)還要有一個(gè)適宜調(diào)焦和光圈來(lái)配合感光元器件的成像。因?yàn)楦咔宓囊曨l通常依賴(lài)于一個(gè)調(diào)焦的操作，對(duì)于焦距和光圈不滿(mǎn)足實(shí)際需求來(lái)說(shuō)，高清攝像機(jī)也惘然。在一體機(jī)中通常配合較高的變倍來(lái)更好的體現(xiàn)高清的效果。

　　高清采集即高清攝像機(jī)的發(fā)展受其制約，因?yàn)椴⒉痪窒抻诟咔逡曨l處理本身，而更多的是高清的市場(chǎng)應(yīng)用。比如高清傳輸問(wèn)題、高清設(shè)備的配套問(wèn)題等。所以一個(gè)高清的方案將是從前端至后端一整套的高清解決方案，缺少一環(huán)，將不能實(shí)現(xiàn)真正的高清。目前更多具有傾向性的解決方案即通過(guò)編碼處理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)解決后續(xù)的問(wèn)題。 [nextpage]

　　“高清”的編碼

　　高清編碼是我們不斷提升的核心技術(shù)之一，可以說(shuō)最終視頻效果好與不好，依賴(lài)性最大的是編碼技術(shù)的應(yīng)用。高清編碼處理即將采集的高清信號(hào)通過(guò)編碼處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行傳輸，與普通視頻信號(hào)的編解碼原理一致。區(qū)別只是更側(cè)重于視頻處理芯片的處理能力，即具有高清編碼能力，其輸出的視頻分辨率能夠達(dá)到我們劃分的高清標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前市場(chǎng)上對(duì)于編碼處理芯片廠(chǎng)家也潛在隱性競(jìng)爭(zhēng)。TI、飛利浦、霍尼韋爾、華為、海思甚至臺(tái)灣一些廠(chǎng)家，都在安防市場(chǎng)上角逐。對(duì)于在SOC構(gòu)架下DSP方案和ASIC方案在競(jìng)爭(zhēng)日愈激烈的安防領(lǐng)域也形成了潛移默化的對(duì)手。在此，我們不討論其優(yōu)劣，這點(diǎn)由市場(chǎng)來(lái)評(píng)價(jià)。我們只談高清編碼處理能力問(wèn)題。對(duì)于高清編碼而言，這兩種方案都有所涉及，在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻服務(wù)器、甚至DVR方面都有所體現(xiàn)。

　　視頻處理單元能夠支持H.264Main Profile、Baseline Profile、MJPEG、JPEG等多種實(shí)時(shí)編解碼，也支持H.264同時(shí)編解碼30fps@D1、MIPEG、JPEG支持最大300萬(wàn)像素的編碼。H.264Main Profile強(qiáng)大的編碼算法極大提高了視頻質(zhì)量，并且能夠靈活的提供場(chǎng)編碼或者幀編碼，為客戶(hù)支持不同的顯示終端提供了方便，同時(shí)視頻處理單元還支持雙碼流編碼，即MJPEG和 H.264可以同時(shí)編碼。圖形處理單元能夠提供De-interlace算法處理，靈活的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

　　通過(guò)高效的編碼處理之后，加上其他通信控制部分的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，比如網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性、安全性、碼流的封裝格式和傳輸功能。再集成了監(jiān)控所需其它I/O接口，如報(bào)警、通訊控制、語(yǔ)音對(duì)講等接口，配合RJ-45接口進(jìn)行傳輸和操作。雖然其中編碼技術(shù)比較成熟，但是對(duì)于處理高清視頻而言，能力和設(shè)計(jì)上有待進(jìn)一步思索和提高，我們要求的高清監(jiān)控不僅僅是圖像清晰，還要追求幀率、碼率符合預(yù)定需求，同時(shí)還應(yīng)該考慮存儲(chǔ)成本和網(wǎng)絡(luò)帶寬的問(wèn)題。因?yàn)槲覀兊谋O(jiān)控是一個(gè)全面的系統(tǒng)，具有足夠應(yīng)急能力的系統(tǒng)。所以在高清的視頻處理上，我們應(yīng)該更多地保持一份冷靜和思考。

　　“高清”的傳輸與存儲(chǔ)

　　高清視頻的傳輸，即通過(guò)特定介質(zhì)將高清的視頻信號(hào)傳輸給用戶(hù)。這里的傳輸具有兩個(gè)層次上的劃分，一是通過(guò)編碼處理后的數(shù)字信號(hào)，這里一般通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行傳輸，涉及到局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。一般情況下，高清視頻的傳輸信息量大、占用帶寬多，采用網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行連接，對(duì)應(yīng)的帶寬為百兆或千兆。傳輸介質(zhì)帶寬滿(mǎn)足后，同時(shí)還要考慮到系統(tǒng)各個(gè)接口、交換設(shè)備、橋接設(shè)備等，不能因?yàn)閹捪拗贫鴮?dǎo)致高清視頻的傳輸異常。一般高清視頻的碼流 在2M-8M之間可設(shè)，所以更多應(yīng)用的是局域網(wǎng)當(dāng)中，通過(guò)超五類(lèi)或六類(lèi)網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行傳輸。

　　高清視頻的存儲(chǔ)也更多指的是數(shù)字信號(hào)而言的，目前通過(guò)DVR、NVR 或依靠于服務(wù)器銜接磁盤(pán)陣列、抑或直接構(gòu)架NAS或IPSAN服務(wù)器等多種方式。采用DVR(現(xiàn)在也有很多NVR或混合DVR的說(shuō)法)是最早實(shí)行的一種方式，其將錄像、回放、控制、瀏覽、網(wǎng)傳等功能集一身，當(dāng)然對(duì)于高清視頻的存儲(chǔ)，DVR必須具有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)輸入的功能模塊。但是目前這一功能模塊受到廠(chǎng)家之間配合的局限，視頻源與DVR廠(chǎng)家必須做到兼容才能正常使用。對(duì)于磁盤(pán)陣列，即通過(guò)高清視頻傳輸至客戶(hù)后端服務(wù)器，服務(wù)器本身的控制軟件將控制視頻流直接存儲(chǔ)在與服務(wù)器連接的磁盤(pán)陣列中，所有的控制、瀏覽、錄像、回放、報(bào)警等操作都通過(guò)軟件進(jìn)行集中處理。對(duì)于NAS和IPSAN方式，首先網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)本身應(yīng)該具有與NAS服務(wù)器連接的衆(zhòng)-議和模塊，直接將視頻流端口指向NAS服務(wù)器并進(jìn)行存儲(chǔ)操作，在回放查詢(xún)上，NAS服務(wù)器本身也是一個(gè)文件共享服務(wù)器。將錄像文件在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上進(jìn)行共享。所有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中客戶(hù)均可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程下載高清視頻信息。

　　當(dāng)然，上述所說(shuō)的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)僅是其中一種方式。除此之外，高清一體機(jī)或球機(jī)也能夠提供高清視頻源信號(hào)，高清的一體機(jī)通過(guò)VGA/色差等接口來(lái)傳輸，其分辨率能夠達(dá)到1080i，并且具備PTZ功能，讓人們更好的看到細(xì)節(jié)。如果監(jiān)控距離不是 很遠(yuǎn)，可以直接用色差線(xiàn)、VGA線(xiàn)進(jìn) 行傳輸，用在室內(nèi)、視頻會(huì)議等場(chǎng)合 也足顯其優(yōu)勢(shì)。下面簡(jiǎn)單介紹幾種具有高清傳輸能力的接口。

　　色差端子

　　色差視頻信號(hào)也就是我們所說(shuō)的Y/Pb/Pr信號(hào)，其分離為3個(gè)不同的 基本部分來(lái)進(jìn)行傳輸。通常采用綠、藍(lán)、紅三色，色差端子三根傳輸線(xiàn)將亮度(Y)，以及三原色信號(hào)中的藍(lán)色和紅色去掉亮度信號(hào)后的色彩差異信號(hào)(Pb、Pr)，分別進(jìn)行傳輸，保持了色度通道的最大帶寬，避免了因繁瑣的傳輸過(guò)程所帶來(lái)的影像失真。色差端子是模擬信號(hào)中最高級(jí)的傳輸方式之一，其效果也是最好的，相比于S端子，其色彩鮮艷明亮，畫(huà)面銳度很高。

　　VGA端子

　　眾所周知的VGA的端口采用非對(duì)稱(chēng)分布的15pin 連接，其工作原理是將視頻源內(nèi)以數(shù)字形式存儲(chǔ)的影像 信號(hào)通過(guò)模擬變調(diào)轉(zhuǎn)換成模擬高頻信號(hào)，然后再輸出到顯示設(shè)備成像。如果是接駁模擬顯示設(shè)備(如普通CRT 顯示器)就不必像其他視頻信號(hào)那樣還要經(jīng)過(guò)顯示端的矩陣解碼電路的換算，如果是接駁數(shù)字設(shè)備，則需要顯示設(shè)備內(nèi)置轉(zhuǎn)換器，畫(huà)質(zhì)會(huì)有所下降。 [nextpage]

　　DVI端子

　　DVI信號(hào)的傳輸完全采用了數(shù)字格式，保證了視頻源到顯示終端的傳輸過(guò)程中資料的完整性，可以得到更快捷的傳輸速度以及更清晰的影像。所以，具備DVI接口的顯示終端都是數(shù)字顯示終端。DVI接口有三種，分別是DVI-Digital(DVI-D)、DVI-Analog(DVI-A)和DVI-Integrated(DVI-I)。其不同之處在于DVI-D 只支持?jǐn)?shù)字顯示的設(shè)備;而DVI-A類(lèi)似于VGA接口，采用模擬信號(hào)傳輸;而DVI-I則是同時(shí)支持?jǐn)?shù)字顯示和模擬顯示，并且可以兼容使用DVI-D的設(shè)備。

　　HDMI端子

　　HDMI避免了DVI有著接口面積過(guò)大、不能傳輸音頻等缺點(diǎn)，HDMI 其最高傳輸速度雖然小于DVI(DVI可達(dá)8Gbps，HDMI為5Gbps，最高畫(huà)質(zhì)的HDTV信號(hào)傳輸需要2Gbps)，但還支持八聲道96kHz或單聲道的192kHz的數(shù)碼音頻傳輸(支持Dolby Digital/DTS格式)，無(wú)需單獨(dú)使用音頻連接線(xiàn)。同時(shí)其連接 線(xiàn)的長(zhǎng)度也可以達(dá)到20多米(DVI線(xiàn)在8米以上就會(huì)影像畫(huà)質(zhì))。HDMI接口為19針，在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換器兼容DVI接口。

　　總之，高清視頻的傳輸對(duì)于VGA/DVI/色差/HDMI這幾種接口傳輸而言，受距離影響比較大，一般情況無(wú)損傳輸?shù)木嚯x在十幾米到二十幾米，且線(xiàn)材也是比較昂貴的。筆者認(rèn)為這種傳輸方式在實(shí)際安防監(jiān)控中單獨(dú)使用的環(huán)境條件比較少。使用時(shí)更多的時(shí)候是配合高清視頻服務(wù)器來(lái)用，將視頻源的高清信號(hào)通過(guò)視頻服務(wù)器編碼，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。抑或直接使用高清的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行傳輸。

　　“高清”顯示

　　對(duì)于高清視頻，其顯示的效果也同樣受到顯示設(shè)備的影響，對(duì)于高清視頻的瀏覽，不能通過(guò)一般的顯示器或液晶屏，所使用的顯示設(shè)備也必須能夠支持視頻輸出的分辨率標(biāo)準(zhǔn)。目前市場(chǎng)上分辨率最高的顯示器達(dá)到1080P，液晶大屏顯示也支持高清標(biāo)準(zhǔn)，所以在后端，一般不經(jīng)過(guò)解碼處理，而直接進(jìn)行顯示。一方面是為了存儲(chǔ)和瀏覽的結(jié)合一致。另一方面對(duì)于高清視頻本身而言，不便再做解碼處理，通過(guò)解碼處理將使得畫(huà)質(zhì)下降，反而體現(xiàn)不出高清效果，從觀(guān)看角度來(lái)講，解碼的必要性也不是很大。因?yàn)橥ㄟ^(guò)大屏或高清顯示器完全滿(mǎn)足了正常瀏覽的需求，也方便了集中管理。

　　所以在系統(tǒng)構(gòu)架中，對(duì)于高清后端顯示設(shè)備，首先能夠保證其不影響監(jiān)控效果，其配套的服務(wù)器接口類(lèi)型、顯卡性能、分辨率的擴(kuò)展等等因素，均是在考慮范圍之內(nèi)。再者，也無(wú)需要一味的追求最高配置，只需要支持傳輸?shù)囊曨l分辨率格式即可，如果本身視頻達(dá)不到1080P，配給1080P的顯示器也是資源上的浪費(fèi)。

　　“高清”應(yīng)用

　　對(duì)于高清視頻監(jiān)控，目前市場(chǎng)呈上升的趨勢(shì)，在很多項(xiàng)目中應(yīng)用了百萬(wàn)、兩百萬(wàn)像素的攝像機(jī)的并非鳳毛麟角，敢于采用高清攝像機(jī)作為監(jiān)控的條件之一也并非心血來(lái)潮。而是客觀(guān)市場(chǎng)需求和高清技術(shù)日益成熟的表現(xiàn)。

　　一個(gè)單位的高清監(jiān)控，對(duì)于出入人員能夠清楚識(shí)別其相貌和身份、對(duì)于出入車(chē)輛能夠清楚識(shí)別車(chē)牌號(hào)、對(duì)于工作人員能夠清楚判別其工作內(nèi)容和違規(guī)細(xì)節(jié)。該項(xiàng)目屬于單位內(nèi)部使用，所以采用內(nèi)部局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。百兆帶寬對(duì)于20個(gè)高清攝像機(jī)也已足夠。

　　前端采用百萬(wàn)像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、高清球機(jī)、高清編碼器，通過(guò)局域網(wǎng)構(gòu)架網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，后端采用集中管理模式，由主服務(wù)器、錄像服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器等組成。前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)執(zhí)行高清抓拍的功能，球機(jī)執(zhí)行隨機(jī)動(dòng)作查看和及時(shí)反應(yīng)跟蹤，同時(shí)聯(lián)動(dòng)錄像存儲(chǔ)于存儲(chǔ)服務(wù)器中。

　　對(duì)于高清監(jiān)控而言，圖像清晰度是最核心的指標(biāo)之一，對(duì)于高端高清攝像機(jī)比如五百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)，通常在處理編碼過(guò)程中，因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)量大，而有時(shí)導(dǎo)致幀率達(dá)不到正常的監(jiān)控需求，在使用過(guò)程中更多使用在高清抓拍的場(chǎng)合，以及在場(chǎng)面中細(xì)節(jié)的抓拍，甚至有些專(zhuān)門(mén)用于高清抓拍的攝像機(jī)，配合長(zhǎng)焦鏡頭，施展其長(zhǎng)距離高清抓拍的能力。

　　另外一些應(yīng)用，比如在全景攝像機(jī)中，一些超千萬(wàn)像素的攝像機(jī)配合廣角鏡頭，放置在系統(tǒng)中，用于進(jìn)行全景監(jiān)控。在一個(gè)顯示器畫(huà)面，把同一個(gè)視頻流的局部分為多個(gè)細(xì)節(jié)畫(huà)面同時(shí)監(jiān)控，全景和多個(gè)局部。既監(jiān)控了大面積全景，又不漏掉細(xì)節(jié)，大大提高了監(jiān)控效率和質(zhì)量。

　　這種模式是為解決安防監(jiān)控中漏洞問(wèn)題。傳統(tǒng)的監(jiān)控分辨率低，為了滿(mǎn)足局部細(xì)節(jié)清晰度，而不斷增加成本、增加攝像機(jī)數(shù)量，包括攝像機(jī)、配套設(shè)備及輔材費(fèi)用的增加;布線(xiàn)、安裝及后期維護(hù)費(fèi)用的增加，或者采用云臺(tái)/變焦(PTZ)攝像機(jī)來(lái)放大、跟蹤目標(biāo)。全局和細(xì)節(jié)顧此失彼，容易漏錄視頻信息。全景高清攝像機(jī)正是能夠提供全景和細(xì)節(jié)的相互配合一種新模式。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　隨著不斷提高的監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，高清作為監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來(lái)新的變革，在不斷滿(mǎn)足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需求的同時(shí)，趨向于一種理性的思考。高清監(jiān)控正是以一種高姿態(tài)、高要求進(jìn)入我們的視界。在不斷發(fā)展的監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，高清監(jiān)控也將是一顆璀璨的明星，它的光芒在重新審視著我們周?chē)氖澜纭?/P>