自2005年起，視頻監(jiān)控正式走進高清時代。高清攝像機及相關系列產品如雨后春筍般發(fā)展壯大起來，IP技術從720P系列發(fā)展到1080P系列產品只用了短短3年，CCD和COMS感光芯片也由原來的80萬像素大踏步地邁向300萬像素。與此同時，高清甚至在傳統(tǒng)IP技術的720P、1080P等攝像機還沒有完全霸占監(jiān)控領域時，便跳躍性地發(fā)展到了真正的無壓縮、小延時、真高清的HD-SDI技術。

　　HD-SDI的前世今生

　　眾所周知，10多年前誕生的革命性的圖像數(shù)字存儲技術，在將模擬視頻圖像存儲在硬盤中和隨后的應用都需要經(jīng)過AD/DA轉換和壓縮/解壓縮過程，隨后出現(xiàn)了帶數(shù)字處理技術的CCD和COMS芯片。從那時起，研發(fā)人員意識到轉換和壓縮意味著圖像品質的降低。幾年后IP攝像機被研發(fā)出來，其中也包括高清IP攝像機，但基于現(xiàn)有網(wǎng)絡環(huán)境，其仍需要沿襲以往的轉換和壓縮技術，也因此始終不能滿足行業(yè)應用的需求。如何生產出無壓縮少轉換真正的高清晰數(shù)字攝像機就成了行業(yè)追求的目標，也因此，源于廣電技術的SDI技術在視頻監(jiān)控領域獲得重視，并于近兩年得到了廣泛應用。

　　SDI即串行數(shù)字非壓縮傳輸技術。視頻經(jīng)過模數(shù)轉換后，有兩條路可走——壓縮或者非壓縮。其中IP監(jiān)控需要壓縮，即可以大量壓縮帶寬，使視頻在IP網(wǎng)絡上傳輸成為可能，同時減小視頻資料的存儲壓力，代價是必須犧牲視頻質量(一般壓縮后信息保真度要有損失，甚至高達20%以上)，且存在明顯的延遲，同時傳輸?shù)拈_放性也會帶來一定的安全隱患。而對于SDI指示的數(shù)字非壓縮技術，只是按特殊方式編碼(無損數(shù)字編碼)，其技術標準也有多種，比如常見的支持5Gbps速率的HDMI、DVI和SDI。好處是視頻質量最大限度保真，且傳輸幾乎沒有延遲，而代價則是視頻信號數(shù)據(jù)量極大。

　　SDI分為3個標準：

　　· SDI：即標清SDI，主要針對標清分辨率，每秒25幀或30幀，模數(shù)轉化后的視頻帶寬大致為250Mbps左右(如果是16:9，則為360Mbps左右);

　　· HD-SDI：即高清SDI，主要針對分辨率為1080P，幀率為25或者30幀，模數(shù)轉換后的數(shù)據(jù)量為1.485Gbps;

　　· 3G-SDI：高清高幀率SDI，分辨率仍為1080P，但是幀率增大到50幀或者60幀，轉換后的數(shù)據(jù)量為2.97Gbps。

　　由此可見，視頻模數(shù)轉換后不經(jīng)過壓縮的原始數(shù)據(jù)量是很大的，如果不經(jīng)過壓縮，如此大的數(shù)據(jù)量是IP網(wǎng)絡根本無法承載的，存儲量也十分驚人。

　　由于標清視頻幾乎全都采用模擬方式，所以在監(jiān)控領域SDI意義不大，而3G-SDI數(shù)據(jù)量太大，如此高的幀率在監(jiān)控領域也無必要，故3G標準的SDI也不大可能廣泛應用。目前真正可能在監(jiān)控領域打開局面的是HD-SDI，這種標準在提供分辨率為1080P的高清視頻的同時，最大限度地保留了視頻的所有細節(jié)，同時操控的延遲幾乎等同于傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)。

　　HD-SDI與網(wǎng)絡高清、模擬攝像機的關鍵性能對比

　　IP和HD-SDI攝像機采用的圖像傳感器類型一樣。通過其核心功能點的比較，可看出HD-SDI攝像機與IP攝像機、模擬高清攝像機之間的性能點比較接近，區(qū)別主要在圖像畫質與傳輸(如表1所示)。

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　　高清時代的核心技術掌握在境外廠家手里，但即使在采用同樣的芯片和技術條件下，國內不同產品顯示的高清圖像也有著很大的差別，有的產品高清效果有明顯缺失。

　　創(chuàng)新點在哪里?

　　對于剛剛興起的HD-SDI技術，國內眾多相關生產廠家，只是在此芯片基礎上開發(fā)出相應的外部配套硬件和軟件平臺，并結合國內外技術，自主研發(fā)而生產的新一代產品。如何在此基礎上提升產品的技術能力，就成為了現(xiàn)實的難題。

　　產品雷同且缺乏精巧和精細是參與眾多廠家測評的體會，不是我們的研發(fā)能力差多少，而是沒有做到精細、精致，就是說細節(jié)決定了成功。也就是這最后的一點，成就了高清的最終清晰呈現(xiàn)，就具體產品而言細節(jié)部分如下：

　　高清攝像機

　　鏡頭容易被忽略，而恰恰是鏡頭與攝像機的匹配決定了高清像素的顯示效果，尤其是邊緣清晰度更是如此。對于高速球機，內置的變焦鏡頭也是影響效果的主要原因，尤其是在自動跟蹤時候的自動聚焦，和微距聚焦的設置等，很多廠家沒有在軟件上設置有此功能。變焦鏡頭的匹配不好也造成清晰度下降。

　　低照度和日夜轉換的設計對于日夜轉換功能屬于擴展性能，主要是存在轉換閥值高低不同，轉換效果不好，大部分攝像機在8-10Lux左右就開始進行日夜轉換，但都沒有設計有調節(jié)閥值的功能，尤其是球機更是如此，應該針對四季設置自動閥值設置功能可以很好的提升清晰度。此功能尤其是對于大系統(tǒng)更會有突出的效果。

　　ISP處理芯片在清晰度提升過程中與噪聲抑制的平衡考慮問題：很多廠家在提升清晰度，也相應抬高了噪聲。對于圖像畫質來說，銳度也是要考慮的重要部分，同時圖像的邊緣清晰度和層次感也是衡量圖像質量好壞的的主要感官指標，因此廠家要綜合考慮。在實際測試中經(jīng)常會遇到對清晰度的提升卻忽略了其它，實際觀感效果并不見好。

　　后焦調節(jié)及安裝方式考慮：如后焦調節(jié)的結構設計及微調的精準度，座裝和吊裝的便捷性均在設計中易被忽視。

　　此外，還包括前端防雷問題。

　　最后，產品研發(fā)經(jīng)理位置的關鍵性。產品開發(fā)前期的研發(fā)經(jīng)理，對產品的主要功能，操作，便捷性，實際工程的需要等要給電氣工程師，結構工程師，軟件工程師提出相應的建議。來避免研發(fā)人員出現(xiàn)閉門造車的問題。

　　SDI矩陣

　　SDI矩陣在實際應用中都是用于大系統(tǒng)，一般的SDI攝像機傳輸距離在100米左右，而大型監(jiān)控系統(tǒng)的SDI攝像機的傳輸距離都遠遠超出100米，因此矩陣輸入的補償就顯得尤為重要，借助網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程管理和多級級聯(lián)控制是很重要的部分，混合式接入模式也是SDI矩陣重要的技術問題。目前對于不同的場合使用的攝像機有多種模式，如傳統(tǒng)的模擬攝像機、IP攝像機、HD-SDI攝像機等，每大類攝像機又含有多種格式，因此兼容多類型攝像機也是SDI矩陣的技術難點，尤其是舊系統(tǒng)升級和“平安城市”建設都存在類似問題。軟件管理平臺的架構和數(shù)據(jù)存儲的管理也是SDI矩陣技術的難點，對于“平安城市”一級的系統(tǒng)，SDI矩陣的軟件管理平臺和存儲管理及光纖接入等就成為必要的技術。

　　隨著“平安城市”這樣大型建設項目需求的出現(xiàn)，矩陣網(wǎng)絡級聯(lián)系統(tǒng)由中心矩陣和多臺節(jié)點矩陣組成，每臺矩陣均具備獨立的IP地址，通過以太網(wǎng)端口進行數(shù)據(jù)交換。節(jié)點矩陣將本地視頻輸出上傳到中心矩陣，并且中心矩陣可以對所有節(jié)點矩陣的攝像機進行圖像切換和控制。通過增加中心矩陣對節(jié)點矩陣的視頻下傳通道，各節(jié)點矩陣可以實現(xiàn)互聯(lián)互控、跨區(qū)域調度。矩陣高清化之后不論是聯(lián)網(wǎng)還是單機操作，保留了原有的便捷切換控制、圖像巡檢定位等功能，如報警聯(lián)動、成組切換等。因此SDI矩陣的技術發(fā)展必然是向著城域化、網(wǎng)絡化、集成化、光纖化、數(shù)字化和廣泛兼容化發(fā)展。對于舊有的各個系統(tǒng)都可以接入聯(lián)通。并可以在基于SDI矩陣的軟件管理平臺下將存儲、控制、通信、圖像、預警等統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)字城管的全方位功能。

　　但是很多廠家在研發(fā)時，又重走回模擬矩陣的開發(fā)時期的思路，沒有繼承已有的模擬矩陣中很多強大功能和各種軟硬件的優(yōu)點，浪費了人力物力。

　　HD-SDI DVR

　　高清數(shù)據(jù)存儲及管理設備HD-SDI DVR是伴隨著高清HD-SDI攝像機的廣泛使用應運而生的。其將DVR和NVR二種不同性質的存儲設備的優(yōu)點集成到一起化身。HD-SDI攝像機適合于大型設備之間的較長距離高清信號傳輸。因此，HD-SDI DVR設備的存儲未壓縮、低延遲、易安裝等特點就顯得尤為突出，正好結合了模擬的無壓縮和實時的優(yōu)點，又結合了網(wǎng)絡產品的數(shù)字高清管理應用的便捷性。但其仍然采用的是H.264壓縮模式進行數(shù)據(jù)存儲和管理。由此引起的回放效果依然會以犧牲清晰度為代價。[nextpage]

　　針對HD-SDI DVR產品來說，在實時顯示的時候應盡量保證顯示在HD-SDI模式下為好，如何針對SDI模式下多畫面分割合成，而不必再采用H.264壓縮(此方式會影響高清實際效果)幾個數(shù)字視頻并處理成多畫面分割合成后再實時顯示成單個畫面(包括單一畫面顯示)將成為今后研究的方向。而對于采用多路環(huán)通HD-SDI圖像輸出形式的DVR也很少見到。對于回放時仍沿用以往的H.264模式進行壓縮和存儲處理，解壓縮后的圖像清晰度也是以降低清晰度為代價。眾所周知，HD-SDI攝像機傳輸數(shù)據(jù)可以達到最高1485Mbps無損1080P的高清數(shù)字視頻信號，一般傳輸格式亦采用1920×1080(1080P)，因此如何做到盡量不降低高清數(shù)據(jù)信號質量，達到存儲和顯示的高清效果，已成為今后HD-SDI DVR廠家研發(fā)的主要課題。否則，HD-SDI攝像機的高清只帶來實時顯示效果，而對于HD-SDI DVR回放和通過網(wǎng)絡瀏覽畫面也就降低了SDI圖像的清晰度。為了解決網(wǎng)絡瓶頸的問題，目前大多通過網(wǎng)絡瀏覽時采取的是4-8M帶寬的存儲模式和流媒體技術傳輸?shù)娇蛻舳?如圖1)。不過無論怎樣都是以犧牲清晰度為代價的，因此即使前端使用的是HD-SDI攝像機，但到了最終客戶端目前也難做到高清的效果，所以對于如何解決最后顯示的高清問題，也是今后廠家研發(fā)的主要方向。

　　SDI光端機

　　數(shù)字信號光纖傳輸在光纖中只有“有光”和“無光”兩種狀態(tài)，因而對光源的線性要求不高，從而避免了信號在處理過程中的損失。另外，數(shù)字SDI光端機比較容易實現(xiàn)多通道、多種信號的混合傳輸，借助TDM技術就能很容易地實現(xiàn)多通道多種信號的傳輸。

　　SDI光端機的主要電信號技術參數(shù)的特征性能有：傳送的信號：800mV的電壓擺幅，上升和下降時間小于135ps，允許一些過沖的存在，但不可以超過10%，即80mV。時鐘抖動和調整抖動的標準參數(shù)分別是定時抖動小于1UI和校時抖動小于0.2UI(如圖2)。但目前某些產品都存在著一定的參數(shù)偏離，對遠端的接收機輸出的圖像有些微的影響，因此要求補償電路的設計做得十分精細和精準。SDI信號經(jīng)過長距離傳輸后信號質量會變差，為了補償長距離傳輸?shù)膿p耗并重建視頻信號的幅度，需要加入一個額外的電纜均衡器，過沖的調試與設計，調整抖動的設計精準等(如圖3)。

　　前端高清攝像機只表明了信號源的質量，但是在傳輸?shù)侥┒说脑O備后，最終的處理能力和效果也決定了其是否可以顯示高清的畫面。那么這最后的100米就是我們需要博取的天下!