【安防知识网】从全球范围来看，高清数字电视的普及已经成为一股不可逆转的趋势。据中国传媒大学信息工程学院数字媒体技术系主任、教授、研究生导师杨磊介绍，早在1964年(世界上第一个彩色电视广播开播的第10个年头)，日本放送协会(NHK)就开始了对下一代电视的研讨，并于1970年开始了高品位电视(即高清晰度电视)的研究工作，于1972年向CCIR(国际无线电咨询委员会)提出了申报且在1974年获批。1978年，NHK的HDTV暂行标准进一步被写入到CCIR的801报告书中。此后，HDTV在日本得到了一定程度的推广(截至1998年底，高清用户已突破200万户)。1988年9月，NHK还用MUSE编码方案成功地对汉城奥运会进行了高清晰度电视实况转播。

　　时至1990年5月，美国通用仪器公司率先提出了全数字高清晰度电视的解决方案——DigiCipher，引起了全世界的广泛关注，全数字方式的HDTV成为业界研究的重点。如今，国际上已形成了以美国ATSC、欧洲DVB和日本ISDB为代表的三足鼎立的数字电视(数字高清晰度电视)体系。去年8月，我国也公布了地面数字电视传播标准DMB-TH。

　　屈指算来，高清晰度电视(HDTV)已有40多年的发展历程。值得注意的是，在40多年的高清晰度电视的发展进程中，高清技术一直未能出现在安防视频监控领域。有关专家对此解释，这主要缘于高清产品当时的成本极高，且对系统资源(频谱资源、存储空间)的占用非常大。然而，随着高清图像传感器技术、视频压缩编码技术、大容量存储技术、计算机及宽带网络技术的不断提高，以及市场基础的不断膨胀，高清技术引进视频监控成为可能。

　　高清革命具备“群众基础”

　　监控系统从模拟向数字转化的过程中，用户对清晰度的要求越来越高，并逐渐积累起庞大的“群众基础”。

　　众所周知，模拟监控正在面临被淘汰之势，原因在于数字监控系统解决了模拟系统检索困难、换带(卡带)不方便等问题，数字系统则可以自动重复记录，而不需要太多人为干预。“但数字化系统所带来的便利性，是以牺牲图像清晰度为基础的，到目前为止，用户对数字化后的视频监控图像的清晰度是很不满意的，”深圳市图敏实业有限公司服务中心总监兼高级项目经理冉权江指出，“模拟系统采用的无损存储技术，即存储后的视频可以实现基本完全还原，使得模拟视频监控可以做到350TV Line以上;而数字化后的图像大大降低了清晰度，图像尺寸352*288，仅220TV Line。”

　　德州仪器(TI)通用DSP业务发展经理郑小龙也对此分析，“过去，模拟系统只要模拟摄像机的清晰度和模拟显示器的分辨率有所保证即可;后来，数字化为视频监控带来不少新课题。数字视频是信号量化压缩的结果，它不可避免地会有损耗，损耗的多少就直接体现在数字视频画面的清晰度上。”

　　不过，他进一步强调，数字视频清晰度随着数字压缩技术发展而不断提高。“早期的数字监控受技术限制，与模拟影像画质还有较大差距，且并不全为实时。然而，数字视频压缩水平的提高使得画质开始接近模拟影像。”因此，在现有的数字技术水平下，高清晰度监控已经可以提上议程了。

　　而事实上，在常见的视频监控应用领域，画质需求也更明确。比如，金融银行系统要求尽可能分辨出钱币的影像;企业安全生产要求做到不忽略每个细节和流程;公安调度指挥要万无一失，特别是能够获取局部清晰的画面;教育考试管理系统则要洞察每一个环节和角落。另一方面，在一些特殊应用场所，高清视频监控的需求非常迫切。例如，医院手术的录像与监控，它需要高清晰度的图像记录，以便能够详细了解手术进程和手术中的每一个细微动作等，这对于手术的教学、远程医疗指挥等有重要意义;视频会议与监控系统的融合趋势更明显了，视频会议对实时高清的严苛要求也促使监控系统更加注重画质;交通领域，抓拍高速运动图像等等。

　　此外，高清本身的优势和作用也使得其“群众基础”更加牢靠。它不仅给操作者带来视觉的享受，还可以表达更准确的信息。索尼中国专业系统集团B2B销售及市场开发部产品经理文军解释，“高清图像具有更详细、更全面、更真实的信息，有利于提高安防监控系统的监控效果。”其优良效果带来的最大实用价值就在于取证。北京数码视讯科技有限公司的姚磊分析，“当图像质量模糊，甚至有跳帧和马赛克的情况时，整个监控系统的使用价值就大打折扣。以至于分析案件的录像时，我们都很难辨认图像中人物和事件的基本信息，这给案情判断和事后取证带来很大的困难。在此，清晰度这一指标就会显得尤其重要。”

　　而高清晰度的一个增值应用也成为高清市场发展的强劲动力。智能视频分析被誉为监控史上的一个转折点，而智能分析的前提是图像质量的提高。姚磊认为，只有图像达到一定的分辨率才能准确实现智能识别。而如果图像质量较差的话，智能分析将演变成一种灾难。在今年SecuTech Expo2007的GDSF论坛上，某位演讲者也强调，图片质量的持续改善是智能视频获得成功的关键，“好的图片——好的智能;差的图片——我要说，不如没有智能!”[nextpage]

　　D1=高清?

　　高清电视全称是高清晰度数字电视(HDTV，High Definition Television)，高清视频目前支持1280×720逐行扫描、1920×1080隔行扫描，1920×1080逐行扫描三种显示模式。在高清视频标准中，1080p无疑是图像质量最好的，但在实际生活中1080i或720p更常见。北京数码视讯的姚磊表示，“由于技术尚不成熟，建设成本极其高昂，期望720P以上分辨率的实时视频监控被大规模应用，是不现实的。而我们认为安防行业的高清革命主要针对实时视频分辨率从CIF到D1的飞跃。”这也就是说，他认为CIF(分辨率为352*288)到D1(704*576或720*576)才算是当前安防领域的高清革命。

　　图敏的冉权江对此分析到，“在监控等行业，通常采用4CIF，即D1作为高清晰的标准，分辨率为704*576或720*576。”TI的郑小龙也赞同，“现阶段大多数监控系统还处于从CIF到D1的过渡期，高清HD(即以上所提及的1280×720逐行扫描、1920×1080隔行扫描、1920×1080逐行扫描)只是满足特殊应用场所的需要。”

　　基本上，安防领域将D1视为高清争议不大，但值得一提的是，很多业内人士将4CIF等同D1，而D1则被视为全高清FULL D1，对此，有专家提出“两者只是分辨率接近罢了，而所谓FULL D1的说法只是概念混淆之后的自圆其说，且公安部‘全国城市监控报警联网系统系列标准'中也明确了两者是不同的。业内说法难有定论，但可以认为，安防领域的高清是个相对而非绝对的概念。对于电视/电影来说，分辨率为720*576都不算高清。

　　高清是一个系统

　　对于高清，仅仅是实现分辨率这么简单吗?例如，很多手机都具有百万像素的摄像功能，这就可以称为高清吗?众所周知，安防系统是一个系统工程，而要达到高清的效果关键在于提出一套高清的解决方案。

　　索尼的文军提出，“高清是一种高新技术，更是一个系统，涉及到很多问题。从高清产品角度来看，它需要对目前产品进行全面的革新和升级。以监控摄像机为例，并非实现百万像素就万事大吉，高清的摄像机需要高清的镜头、高清的图像处理、高清的压缩方式和网络传输。”

　　“与安防数字化的实施过程不同，安防高清化的实施涉及到系统的各个环节，仅仅在某个局部采用高清设备是达不到预期的高清效果，”中国传媒大学的杨磊解释，“比如，如果监控系统的前端是只有40多万像素的标清摄像机，其所能提供的源就是‘非高清'的，那么系统即便使用高清DVR也没有实际意义;另外，假设前端是具有200万像素以上的高清摄像机，监视器却是标清的，这依然没有意义。同理，即便前、后端都选用高清设备，但是传输通道却带宽受限，切换控制设备不支持或严重劣化高清信号，那么，在高清监视器上仍然难以看到“高清”图像。因此，安防监控产品的相关厂商在进行高清产品的研发时，必须从整个系统的高清化角度进行考虑。”

　　TI的郑小龙也有相同看法，并指出高清化还是一个逐步演进的过程。他以压缩格式为例介绍，数字视频监控从MPEG-1压缩格式开始，最大分辨率为CIF，它可支持实时传送;但压缩的数据量并不大，相当于VCD的画质不尽如人意。MPEG-2压缩格式是数字画质的飞跃，分辨率能够达到D1，即DVD的水平，其图像质量支持清晰的特征提取、图像分析、逐帧播放等功能。但若实时传输，带宽将提高许多倍，因此只有在银行等特殊场合才有所应用。直到MPEG-4压缩格式的推出，它节省带宽的事实弥补了画质较MPEG-2低的不足，更好地支持D1或等效4个CIF，提高了监控系统的效率，由此，它迅速在数字监控系统中普及。而H.264作为新型压缩格式，不仅进一步降低了带宽，而且改善了画质，更高的清晰度也因此成为可能。另外，具有中国自主产权的AVS标准也可以全面支持高清晰度格式，所需带宽低于H.264，在数字监控中前景可期。一管窥豹，从编解码器的不断改进的过程中，系统的清晰度也不断得到提升。“当然，实现高清晰度系统并非只是升级编解码器而已。”

　　既然高清化是一整套系统，那么，它的任何一个环节势必需要符合规范并达到标准要求。迈吉伦科技股份有限公司(美国SPI公司亚太区的独家代理)项目经理黄石华具体分析，“从最前端的视频采集开始，压缩设备、存储、传输、显示终端都必须符合同样的高清标准。接口方面，目前有HDMI和DVI标准，HDMI传输视频和音频，DVI则只传输视频。在数据压缩标准上，目前流行的是MPEG-2、MPEG-4、VC-1、和H.264，几大标准各有优缺点和市场。”鉴于安防领域的高清还处于起步阶段，产品的标准化和产品之间的兼容性显得非常重要。“未来，供应商提供的成熟编码器都应该支持高清晰，而不论MPEG-2标准，还是MPEG-4/H.264/AVS高级编解码标准，都要求能够与其它设备互连互通，而非私有协议，”TI的郑小龙指出。的确，视频监控已经从封闭、独立走向开放、集成，如果各个监控企业都能够严格参照标准，规范自己的产品，实现产品间的互连互通，将会有利于高清监控趋势的发展。[nextpage]

　　因应高清趋势

　　据文军介绍，“索尼把‘实现全面高清'作为公司的中期战略，正致力于实现从广播电视、电影、家庭影院到安防监控、视频会议等各个领域的高清。”而迈吉伦公司所代理的SPI公司也推出了单颗1080i高清h.264编码的DSP。可见，面对高清趋势，众多玩家已经在跃跃欲试，下一步他们面临同一个挑战——如何去因应和引导高清趋势。

　　“一直以来，图像清晰度的提高都是安防产业界的共同目标之一。CCTV监控系统的图像分辨率是一个系统指标，这个指标取决于摄像设备、信号传输介质、信号传输设备、显示设备、数字编码设备的对应指标，”上海市申得安科技有限公司总经理朱卫东在感叹的同时，也从供应商角度提出以下预见。

　　首先，前端摄像机单片CCD传感器的像面尺寸减小，像素数超过百万像素，从隔行扫描发展为逐行扫描;影像达到彩色480线、黑白600线以上的高分辨率。市场上出现影像像素在80万点的单片CCD;预计CMOS图像传感器能克服灵敏度等方面的困难，符合CCTV监控高清化的要求。

　　其次，就视频光纤传输设备来讲，ADC向10位/12位进步，信号传输电路的频带宽度扩大。频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。

　　另外，显示设备在高清化更快，目前高清标准中有720p和1080i，垂直分辨率超过720，屏幕长宽比为16：9，支持DVI或HDMI数字多媒体接口。

　　而在数字化和网络化监控的前提下，记录设备的编解码技术进步将更快，目前已做到4CIF压缩和解压、回放水平电视线380TVL左右，高清化预计将向6CIF/8CIF等级发展，但高清压缩需要电路芯片的配合。

　　同样地，图敏的冉权江也提出，从信号的源头开始直到最终压缩、还原的每个环节都影响着系统的清晰度。他还着重指出决定视频是否清晰的四个关键点：信号采集、信号传输、图像压缩、图像还原，而图像压缩可谓重中之重。“CCD、摄像机厂商们设计、制造性价比更好的产品是未来要走的路;而DVR/DVS厂商则需要研发制造更低成本、更稳定的产品，提高压缩比，降低对磁盘和带宽的要求。”

　　高清能否普及?

　　过去很长一段时间之内，监控系统是以牺牲画质来达到实时监控的效果。然而，今非昔比，画质已经愈来愈被用户所器重。再加上网络环境日趋有益，高清传输存储的编码方式也越来越高效，大屏幕高分辨率的显示设备也广为采用，这些因素都正在推动着高清的发展。从安防监控的发展趋势来看，图像分辨率从最初的CIF发展到目前主流的4CIF，那么，未来高清能否大范围普及并成为市场主流呢?

　　而索尼的文军预测，“高清监控主要基于网络系统实现，目前，中国模拟系统还占据着主流地位，这一现状短期内不会改变，因此，实现安防监控的高清化还需要很长的一个过程。”

　　北京数码视讯的姚磊则具体指出目前的一个应用现状，“城市监控主要分为模拟系统和网络系统两部分，当前以模拟系统为主。模拟系统中大部分只能达到CIF的分辨率;网络化系统最大化体现在电信的‘全球眼'和网通的‘宽视界'上，两者一般依托于广域网，图像也会出现延迟和抖动的情况。”

　　另外，他还从成本和认识两方面分析了高清监控应用不足的现状。其一，高清监控系统的投资远远大于一般的监控系统。以存储为例，目前监控领域实现高清的编码方式是MPEG-4，而采用MPEG-4编码时一路CIF图像可能只需要500K，一路D1视频至少2Mbps以上，以2Mbps计算，每小时产生的数据将达到900M。若存储30天的话，将会占648GB的存储空间。而如果采用NAS或是SAN存储，成本更是大大高于传统的系统。其二，现实中人们对视频监控的认识不足。人们往往抱有基本实现视频监看的心态，而忽略图像高清晰的重要性，在实际使用中才深切感受到清晰度不同的差距，这也是很多工程建设失败的原因。

　　由此，TI的郑小龙对高清系统集成的难度有所忧虑，他说到，“固然设备提供商可以提供支持高清压缩算法的监控设备，也有提高存储容量的手段，但最终，监控系统的集成商还需要花更大的精力进行系统升级。而高清会影响整个系统的体系结构，包括视频数据保存、检索、分析在内的工作将变得更为复杂。”不难想象，对集成商而言这是一个高难度挑战。

　　即便如此，图敏的冉权江依然认为，“尽管不能很快取代普通清晰度的产品，但高清一定是个趋势，更重要的是高清产品已经能够满足众多应用需求，市场拓展的速度惊人，在未来的一两年内，市场对高清产品的需求还会数倍增长。”[nextpage]

　　带宽与高清矛盾?

　　高清趋势固然可期，但高清图像的传输问题也成为业内议论纷纷的话题。毋庸置疑，高清图像的传输需要比目前更高的带宽，由此，两者一定是矛盾体吗?

　　索尼的文军认为，随着网络的技术的发展，带宽不会成为高清发展的最大矛盾。“网络、远程监控的图像分辨率从最初的CIF到目前主流的VGA、D1，这对带宽的需求肯定是电话拨号时代不可想象的。但是，人们对图像质量的要求不断提高的同时，网络技术也正在迅猛发展，各种宽带网络层出不穷，56K的电话拨号方式和128K的ISDN方式已经是几年前的事情，局域网也从10M、100M向1000M、10000M发展。”

　　对此，TI的郑小龙提出了不同的看法，“高清与带宽确实是一对矛盾，除非不经过网络传输，否则高清一定要有足够的带宽作为保障。”他解释，“虽然MPEG4、H.264所支持D1的带宽可以到一兆左右，但真正的高清需要几兆到十几兆。带宽占用过大必然会以牺牲通道数为代价，从而减低了监控的效率。而若扩大进一步扩大带宽，又将增加系统成本。”

　　当然，这并非认为这对矛盾不可调和。“解决这一矛盾，除了一步到位的系统更新之外，也可考虑针对监控的实际需要进行智能化处理。例如，平时监控不采用高清制式，但具备智能检测功能，一旦有异常情况出现，相关通道立即启动高清摄录，待情况解除之后即又恢复到日常，”他具体建议，“另外，还可以考虑对高清与实时折衷处理。其实，在数字监控中并非实时是唯一需要，有时清晰更为重要。目前国为许多系统还在采用MJPEG压缩格式，它并不实时但可截取的画面很清晰。高清同样如此，如果不刻意追求每秒二十五帧的话，每秒五到十帧的高清晰度画面对于数字监控来说，仍然具有非常重要的意义。”

　　此外，迈吉伦科技的黄石华认为，发展高清的基础是带宽，所以两者之间的矛盾不可避免，但在安防领域，这个矛盾相对小且有变通的办法。“安防在朝智能化的方向发展，它不要求每时每刻都传输清晰的图像，因此可按客户需求来选择和进行终端智能切换，这对解决带宽和存储问题大有裨益。”显然，他的想法与TI的郑小龙有共同之处。

　　高清，让安全更加精彩

　　在数字监控向集中化、智能化、多级化监控体系发展中，高清晰度日渐成为众多监控系统应用中的重点。在美国，多个城市安装高清晰度监控系统以提高安防能力。而在中国，适逢2008年北京奥运会、2010年上海世博会、2010年广州亚运会三大契机，再结合无线网络传输、GPS定位系统、移动通信系统、智能识别系统，高清晰度视频监控的地位将更加突出。目前，多级高清晰度监控是目前较为行之有效的方式，不难理解，高清监控系统作为综合业务平台将更具得天独厚的优势。

　　对于供应商来说，值得提醒的是，一方面切忌盲目追求高清晰度，安防产品毕竟与娱乐性消费电子产品不同，其宗旨是安全而非娱乐感官;另一方面，任何技术的更新都不是一朝一夕可实现，高清同样如此。而CCD、DSP等核心技术的缺乏，是否会让国内高清系统和高清解决方案的普及难上加难呢?这些疑问还有待于我们的厂商勇敢开拓。未来谁掌握低码流高清晰度的核心技术，谁就将成为一个新市场的领航者。

　　现阶段，虽然高清晰度的标准是D1画质，但也不能断言安防领域的高清将止步于D1。我们有理由相信，因其清晰度和洞察力，高清将让安全生活演绎得更加精彩。