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兼容HD-SDI传输规范的视频监控300米无中继传输方案

业内人士一般认为:IP网络高清监控系统的考验往往不在传输,因为IP网络本身即是成熟的领域,但画质却最容易让人诟病。而HD-SDI高清监控系统的关键不在视频图像质量,反而在于传输。高分辨感光元件与影像处理器件近乎唾手可得,但如何用对器件,维持高画质传递,确保长距离传输不失真,则是一门较大的学问。
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  业内人士一般认为:IP网络高清监控系统的考验往往不在传输,因为IP网络本身即是成熟的领域,但画质却最容易让人诟病。而HD-SDI高清监控系统的关键不在视频图像质量,反而在于传输。高分辨感光元件与影像处理器件近乎唾手可得,但如何用对器件,维持高画质传递,确保长距离传输不失真,则是一门较大的学问。

  HD-SDI技术发展多年,在摄像机和DVR两端都有和模拟竞争的方案。由于 HD-SDI使用 1.5Gbps的高频传输,在普通安防用同轴线缆上只能传150米或更短距离,难以满足一般工程上的需要。传输距离短是制约高清SDI监控系统发展的主要因素之一。目前,已有几个解决方案。第一方案是HDcctv联盟在新的2.1 版本推出出 Dirac 无损压缩方式,用SD-SDI 的 270Mbps 的带宽来传输 HD-SDI (720P@p60fps 和 1080p1080P@30fps),经过测试,可以稳定的传300 米以上。 但该系统非常复杂,编解码需要一个大的FPGA器件,单路设备成本很高,为一般摄像机或 DVR 厂家无法接受。第二方案是大华提出的 HDCVI 方案。该方案使用与现有HD-SDI标准不同的传播制式及方式,虽然增加了传输距离,但还是需要专用的摄像机和DVR。由于采用私有制式,兼容性问题突出,市场推广进展较缓慢。

  近期业内新推出的HD-SDI 方案,称为A-SDI。与 HDcctv 2.1 类似,采用先进的图像压缩技术,高保真传输,图像质量无明显降低,增加可靠传输距离。 但是,A-SDI方案不增加任何硬件,可完全由软件实现,而且能与其他厂商的摄像机和DVR混用。A-SDI技术需要采用AcamarSDI芯片方案的摄像机和Acamar ACM901 DVR前端芯片来实现。AcamarHD-SDI摄像机和DVR前端方案都是最小设计,使用低成本的芯片技术。该技术是革命性的进步,在视频质量,体系兼容和低成本方案上,取得了较完美的的平衡。不仅对HD-SDI系统功能进行了提升,对模拟摄像机和IPCAM市场也会有一定的影响,很可能会发展成为未来高清视频安防系统的主流方案之一。

  HDcctv 2.1方案

  HDcctv与Genuum等公司一同推出新的2.1版本,在SD-SDI的带宽上传输 HD-SDI视频。

  从图可见,该方案复杂度高,需增加的 FPGA 和 Transmitter/Receiver 在几十美元量级。而且该系统无法和现有的摄像机和 DVR 混合使用,普及较困难。但其传播距离的优势为工程商所普遍接受:

  HDcctv 的2.1版方案保持了SDI高清传输的传统:实现图像无损和音视频传输。

  大华 HDCVI

  围绕着降低传输频率的思路,大华推出的HDCVI采用一种新的模拟调制技术,与现有的SDI系统完全不兼容,体系专有的结果容易形成市场普及难度增大。而且系统的可靠性也尚需经过大规模使用验证。

  现有HD-SDI 方案

  该方案可实现HD-SDI 720P 25/30/50/60fps 1080P25/30fps视频信号输出,支持众多主流厂家的高清传感器,如Aptina AR0330,AR0130,松下MN34041/34220等,同时还支持Acamar AS7201(1.3M)专用传感器。ACM700--ISP主控芯片将摄像机的ISP处理和SDI信号编码集成于单一芯片,是一款性能优异、功能丰富、IO接口齐全、功耗很低、系统集成度高的新型方案。另外Cable Driver外置配置,将有利于信号驱动器件及时升级或可灵活配置成光纤接口。

  该HD-SDI方案在高清摄像机和 DVR 前端,都是硬件的最小设计。价格比现有市面产品稍低,图像质量优越。但在传输上使用通用的 HD-SDI 1.5Gbps 高速信号来传输 720p30,720p60,和 1080p30。传输距离在使用 75-3 线缆时可达到150米。但大多数监控工程都有300米的要求(和模拟类似)。与现有HD-SDI系统相比,基本上只是具有性价比的优势。

  A-SDI 方案

  由于ACM700和ACM901芯片具有很强大的数字信号处理能力,A-SDI方案在现有的SDI芯片上使用软件实现编码和解码,图中红色部分是新增加的部分。编码和解码比HDcctv2.1的编码方式简单很多。更重要的是,可以与现有的HD-SDI摄像机和DVR混合使用并高度兼容。Acamar A-SDI摄像机有拨码开关,或OSD,来切换模式。终端用户可以选择一般HD-SDI模式,与其他厂商的DVR或设备配套使用。或选用距离增加,无需中继器传输300米的A-SDI模式,这需要DVR配备A-SDI前端芯片。但传输距离增加一倍,也可以选用较低质量的线缆。后者在把老的模拟系统升级到高清系统上有很大优势,并最大限度保持了对原有HD-SDI系统的兼容性。

  Acamar的编码在ACM901前端自动识别和处理DVR主板无需任何变更,非A-SDI 的摄像机也可以正常使用,但没有距离增强功能。

  在多路解码要求高的时候,可以限制增强的路数。比如,16路720p的DVR,可以只在前4路上有解码,允许增强传输。即使需要多路的,也只是DVR前端芯片增加和软件升级,简化了设计。

  本方案的技术挑战是采用合适的视频压缩算法,将高清HD-SDI信号速率由1.5G降到标清SDI信号传输速率270m。针对安防视频的特点,可以采用近无损或极轻度的有损压缩。由于传输完全由Acamar处理,压缩方式可以是Acamar Proprietary方式。又由于Acamar摄像机也具有普通 SDI 模式,在安装测试时,可以配合使用其他的SDI设备进行调试,而不会造成工程操作上的不方便。

 

周立永 现任职于香港天苑图像有限公司

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