高清视频监控规模化应用的现实障碍

2011-06-07 11:46:00 来源:CBSi中国 作者:陆里进 有...人评论

[摘要] 在对高清的概念和高清的指标上,市场还存在一些不同的认识:首先是对视频监控领域高清的标准界定和定义。视频监控领域沿用的是广电的标准。按照SMPTE等权威机构制定的相关标准,FullD1或4CIF不是高清。

  在2010年11月的安防展上,无论是展馆的户外广告还是馆内企业展台,展示的重点始终是高清。从前端到后端,几乎所有监控厂家都推出了高清产品。然而,透过展馆内的繁华热闹喧嚣,业内人士并未失去对高清监控发展现状的清醒认识和理性思考:什么才是真正意义上的高清监控?高清监控的发展水到渠成了吗?当前要解决哪些问题?

  在对高清的概念和高清的指标上,市场还存在一些不同的认识:首先是对视频监控领域高清的标准界定和定义。视频监控领域沿用的是广电的标准。按照SMPTE等权威机构制定的相关标准,FullD1或4CIF不是高清。视频高清有720P(1280P*720,逐行)、1080i(1920*1080,隔行)与1080P(1920*1080,逐行)三种形式,真正的高清视频是指720P,1080i,1080P以上的分辨率;将DVR以多路D1画面合成高清视频的输出信号不是高清。真正的高清是从前端开始的,每一路图像都达到高清分辨率,只有这样才能保证视频采集、编码、传输、浏览、录像、回放等全面高清;高清不应以静态图像像素或不实时的视频图像来衡量,而应该以动态视频分辨率和一定的帧率作为评判标准;通过图像处理如视频拉伸等手段,使得输出分辨率达到720P格式,但由于摄像机参数不够,视频输出实际上达不到高清水平解析度(如700线以上)指标要求,这种摄像机并不能称其为真正意义上的高清摄像机。高清视频监控涉及到监控系统的诸多环节,从前端摄像机信号采集到输出,再到记录存储和现实设备,只要有一个环节满足不了要求,就达不到系统的高清要求。所以,只能拍摄高清的图像时不够的,这些图像只有通过传输设备到达存储设备及显示设备才有意义。对客户而言,高清只有在包含了高清摄像机、高清球机、配套的高清云台、高清视频编解码设备或管理平台、存储系统、浏览、显示等各个环节时才有意义,而不仅仅是单纯的一个高清网络摄像机。

  影响高清监控规模化应用的技术瓶颈和障碍

  除了市场上存在的对高清监控概念和标准认识的误区,影响高清规模化应用的瓶颈,首先是技术问题,高清的推广在技术上还存在障碍。例如,CCD传感器的功耗、CMOS传感器的宽动态问题。其次是产品价格还偏高。再次是用户的认识和接受有个过程。

  目前,市场上主要的高清监控设备是高清摄像机。在成本,低照度和灵敏度等关键问题上,大部分高清摄像机表现的并不尽如人意。目前IP高清摄像机用到的芯片有两种,一种是CCD的,这种芯片的技术比较成熟,但是成本较高;而另一种CMOS芯片则较为便宜,但是它的缺点是在低照度的情况下噪点较多。由于大部分的高清摄像机都采用CMOS传感器,其对光线的灵敏度较低,即使是采用百万像素CCD的传感器也要比普通的低照度CCD灵敏度也要低许多。到了夜间就是漆黑一片,而监控大部分所要防范的时间段恰恰又是在夜间,这样就会使期望值很高的视频高清系统成了一个摆设。

  也正是高清监控摄像机在生产中的技术问题并未得到解决,就高清监控的生产来说,虽然70%以上的厂商都声称推出了高清监控,但实际上,有能力推出真正意义上的高清监控产品的厂商还是少数。深圳波粒智能科技股份有限公司总经理毛忠彪认为:“要做百万高清,并非简简单单买套方案就OK了,百万高清比目前的传统监控门槛高得多,需要更强大的综合实力,尤其是储备大量的研发力量。

  传统模拟摄像机厂家在加工生产上具备一定的经验与基础,但是在数字高清摄像机的网络视频标准未形成与推广开来时,厂家既要做前端摄像机,还要开发生产后端录像机及监控软件,这是以加工为主的模拟摄像机厂家们之前普遍缺乏积累的。另外,数字高清摄像机内感光器的光学与图像处理等技术,比如色彩校正,电子快慢门,宽动态等等,虽然与模拟摄像机有相似性,但是模拟摄像机的这部分技术之前主要是由半导体公司所为,这些厂家们大多没有这方面的开发积累。传统普通网络摄像机与视频服务器的厂家,他们会在后台软件方面积累一定经验,但是同样会遇到模拟摄像机厂家们一样的阻力。半导体公司则希望做出完整的技术方案,希望任何公司都能生产,但是也同样受限网络视频标准的形成与推广,半导体公司必须提供各种感光器的低照度、红外、宽动态等全系列摄像机与丰富的后端录像设备及核心软件,从而吸引大量没有研发的加工厂家变成百万高清产品厂商。这比之前模拟时代半导体免费提供摄像机方案还要复杂”。

  从目前国内安防高清现状来看,除了技术上的障碍外,高清监控实施许多关键环节的问题尚待解决。如网络带宽的制约,比如存储产品的高昂,比如控制管理软硬件方面的亟待开发,对于几百路、上千路的高清监控工程来说,这些都是亟待解决的问题。另外,高清系统的高成本也是市场发展的受限的阻力之一。高清应用的投入相对偏高,这主要体现在基础设施投入和系统本身的投入上。高清系统的部署对于存储、网络带宽等基础配套设施的要求,要比标清系统更高;而高清设备本身的成本也会高于标清产品不少。从用户考虑,目前市场并不成熟,高清监控的昂贵成本并不符合一般安防市场的要求,人们更倾向于采用网络视频监控、甚至数模混合系统,毕竟,整个安防工程的成本对于中国安防市场来说,还是相当高昂的。对于众多的普通用户而言,投入成本是影响他们进一步选择的重要因素之一。[nextpage]

  高清给视频传输和存储带来挑战

  目前,高清在实际的应用中还是存在一定的障碍。高清的应用还只是在一些行业的解决方案上,在一些行业领域有一些应用,在常规的监控市场,高清监控还没有铺开,网络环境这个硬指标也是限制高清视频监控推广的一个重要因素。从技术标准上来讲,720P的分辨率是目前普通标清CIF的9倍左右,1080P的分辨率则是目前标清CIF的20倍左右,前端采用高清摄像机无疑会带来庞大的数据流,而系统能否实现高清,首先面临的则是传输系统能否接纳如此庞大的高清数据流。

  目前IP高清监控的传输都是采用网络的方式,它是不可以接入传统监控系统的,传统的监控系统采用高清接入只能采用SDI或SCDMA的传输方式。这种传输方式的传输距离有限,只能通过光纤链路来实现,但相关配套设备的高清化刚刚起步,设备成本非常高。并且即使采用光纤传输,也只是解决了实时浏览的问题,视频信息的存储依然无法摆脱编码压缩和IP传输。

  网络高清摄像头是高清监控系统的主力军,因而网络传输已成为目前高清监控最经济型的传输方式选择,但是同样受着网络带宽的约束。网络传输的方式有三种,一是3G无线网络,二是无线专网,其三是光网络。如果传输高清视频,今天的3G无线网络达不到要求。高清视频上传需要2MB带宽,而今天WCDMA和CDMA2000的上传带宽只有600KB到800KB,TD-SCDMA带宽要更窄一些,而这样的带宽条件只能传输分辨率较低的4路CIF或一路D1,还传输不了高清视频。以目前基础的百万像素高清720P规格计算,码流约是D1的2倍,带宽达到4M左右,而采取1080P计算,码流更是D1的5倍,所用带宽约为10M。以100M以太网为例,在确保流畅的前提下,实际上同时只能承载5路左右的高清图像,但如果同一视频源有多个用户访问,占用的带宽会更大。换成千兆以太网可以承担几十路,对于小规模高清监控系统,可以有效解决,对于大工程而言,传输性能就会成为绊脚石。

  同时,高清就意味着高码率高分辨率,这不仅是单单对监控硬盘具有更大的考验,而是对于整个存储系统的容量、性能、成本都是不小的挑战。以最基础的720P高清监控为例,正常每小时录像需要的大约硬盘容量为4G8G/小时,出于经济性考虑,降低每小时视频录像可压缩到3GB左右容量。以此为例,按一个月保存时间计算,8路监控大约17T(17000G)容量左右,由此折算单单硬盘的价格就达万元左右。录像容量的翻倍,必然导致存储成本的翻番。

  高清的大容量需要有大型存储,而回放是否能支撑这么大的信息量也是问题。同时,存储的高清视频的安全性要求也很高。从保存的海量的高清视频中,如何检索、调用图像进行图像分析也是挑战之一。如果存储的海量图像无法有效调用,那么图像存储就变得没有意义。

  高清监控同样要面对大联网问题

  目前,高清监控厂商除了要考虑高清画质、大容量存储、高清视频传输、智能分析等视频图像的问题,在视频监控系统的大规模应用中,从模拟时代跨越到数字时代需要解决的大安防,大联网问题,当高清监控兴起的时候,这个问题依然存在,并将继续影响高清视频监控应用的推进。[nextpage]

  在H3C副总裁兼存储及多媒体事业部总裁张鹏国看来,在安防产业出现IP化应用之后,从技术角度上为组建全国性的广域网提供了可能性,其中包括广域的传输、广域的存储、广域的信令、广域的管理和广域的业务等等。但目前在联网监控解决方案的开发上,所遇到最核心的瓶颈问题就是标准化程度不够。相对于其他信息化行业的分支,安防行业目前的标准化程度是最落后的。这体现在视频编解码技术的标准化、联网不同的信令和接口之间的标准化、业务应用和管理之间的接口标准化等各个层面,在整个产业中,则体现在不同厂家对于不同层次之间接口的标准化,这恐怕是制约现阶段联网监控和行业化解决方案发展最大的因素。过去整个产业还比较分散,因此以往这个问题在安防行业中还不那么明显。而随着目前安防产业联网化、数字化、行业化的趋势越来越明显,对标准化的要求也随之增强,也对企业提出了更高的要求。

  首先在于设备层面,包括底层接口和信令级别上都缺乏相应的标准,就行业化解决方案而言单凭一个厂家或者是几个集成商的力量是很难做到这-点。其次,从严格意义上来说,传统的安防或监控要真正实现行业化解决方案,就需要解决不同行业个性化差异的问题,这是第一个命题。而第二个命题是行业化应用不可避免地需要实现纵向联网,甚至建立一个全国的广域网,这需要大量的技术积累和技术创新,只有那些具备技术创新实力、掌握技术创新方向、能够保持长期投入,并且具备组织保障的企业,将IT业-些比较成熟的标准化技术是可以引用到安防产业中来,才有可能把行业化解决方案做好。

  H3C存储及多媒体事业部副总裁及产品部部长闫夏卿认为,国内安防产业有着厂商数量多、规模小、业务覆盖面窄的特点,很难有厂商能够提供一个相对完整的基础平台,供集成商进行标准化的增值开发。这使得国内传统监控产业价值链中,普遍采用的是基于设备的SDK开发模式。在这种模式下,集成商(ISV)通过厂商提供的设备SDK接口,针对客户的需求进行定制性开发工作,在面向客户的同时开发基础管理平台和行业应用平台,并整合存储设备。然而,这种方式对于一般的小型监控项目而言,可以实现一些简单的需求定制应用,一旦面对复杂的大型监控项目,这种方式缺乏统一的平台级接口、系统管理能力弱、开发工作量大、异构屏蔽性差、接口抽象程度低等不足就充分暴露出来。集成商需要面对前端、海量存储、网络、流媒体、增值应用等各项集成开发需求时,由于监控方案中的各个部件来自不同的厂商,缺乏统一标准,开放接口不一,在设计时很难从整体解决方案角度进行优化融合,只能被动适配。

  另一方面,由于采用不同厂商的设备,集成时需要协调处理各方利益,出现问题容易产生定位分歧,不仅影响处理问题的效率,也增加了实施风险和实施费用。从产业链的角度看,构建一个足够兼容性的基础监控底层平台,将前端编解码设备、网络、存储、平台等监控系统的基础设备资源虚拟化,在底层平台构建统一操作系统,并利用模块化的标准接口和服务,以SDK开发包或以IMOS中间件的形式构建各自的业务系统对于安防行业来讲是很重要。但要完成监控产业价值链的重组,仅一家H3C是远远不够的,它需要一批愿意做基础性工作的,有实力的厂家加入。

  高清监控应用普及是一个循序渐进的过程

  高清监控时代已经来临,但高清监控要走向更多的应用却还需要一个循序渐进的过程。[nextpage]

  从技术上看,IP高清监控技术发展的驱动力主要来自三个方面:第一是更强大的芯片处理能力,图像芯片处理能力的飞速提升,第二是闪存的成本不断降低,第三个是图像传感器(如CCD,COMCS)技术的不断发展。低照度下摄像机的性能和图像质量是考量摄像机质量两个非常关键的因素。决定这两个关键因素的环节主要有3个:一个是前面的镜头,第二个是图像传感器,第三个就是图像处理芯片,包括运行在芯片上固件,里面运行了一些图像处理软件。这三个部分中,从镜头的角度看,像素越高,低照度性能越好,它的成本会越高。而且镜头研发的速度是非常慢的。从图像传感器看,图像传感器主要限制它在低照度情况下噪点的消除。这点是影响图像质量,特别是低照度下摄像机性能一个非常重要的因素。但图像传感器的研发速度和发展速度是非常快的。图像传感器在低照度和噪点消除或运动拖尾等噪点的消除方面也都在不断的发展。同时图像处理芯片能力的不断提升,也会在噪点消除、宽动态、高分辨率图像获取和处理、高清电视视频、视频存储、智能视频、视频流自适应能力等各个方面给IP摄像机的发展带来新的促进。

  目前,新的图像传感器技术,特别是CMOS图像传感器技术已经得到了大幅提升,使摄像机的低照度性能大大提高。在高清市场,CMOS显示出了比CCD更多的优势。CMOS摄像头已经改善了在低照度条件下感光性不高的问题和宽动态范围技术,这样,它与CCD相比存在的两个劣势已经不存在了。CMOS摄像头可以实现高速抓拍,做到1080p 60帧/秒,CCD只能做到1080p 15帧/秒。此外,CCD的耗电比CMOS高出20%~30%。在成本上,高清CMOS价格已经与标清模拟的价格一样了。CMOS比CCD更容易做智能分析,因为CMOS直接输出数字信息,可以根据处理器的要求,送出相应区域的信息。而CCD则需要很多配件,比较繁琐。

  与此同时,在传感器处理器领域,德州仪器则提出了统一平台的概念。它利用IP复用等技术,将重要的视频监控IP,如视频协处理器、ISP5和2D/3D外设、Cortex-A8和C674X DSP以及显示子系统,在高中低端DVR产品和IP网络摄像机产品中进行复用,使客户可以投资统一平台,开发不同的产品,不仅简化了客户的研发工作,降低了客户维护软件平台的成本,还加快了产品上市时间。

  高清摄像机技术的不断演进,将有助于IP高清网络摄像机的成本将大大降低,也会带来满足不同价格空间需求的产品,促进更加智能化和简洁化的安装配置,推进市场的普及。

  从其他环节看,相比较模拟和数字监控系统,当前高清监控应用的投入还是相对偏高,投入成本是影响客户进一步选择的重要因素之一。其次,高清的技术处于不断发展当中,而且要实现真正的高清应用,需要有完整的高清解决方案,而不仅仅是高清摄像机。不断探索技术发展和更新的趋势,并提供整体的解决方案,需要厂商具备综合的整体实力,现阶段来说,这样的厂商还不是很多。再次,当前国内的网络发展水平还不足以支撑大规模的高清视频传输。另外,高清应用的技术门槛相对较高,现有的高清监控系统对用户的应用水平通常有较高要求,需要用户具备一定的网络知识、存储知识,还要习惯于新的软件件操作介面。对于习惯了模拟监控的工程商和普通用户而言,在使用操作的过渡上需要有一个过程。

  总之,高清的普及,需要高清概念普及,用户对高清产品的认可,对高清价格的接受,才能让高清真正深入市场。这是一个循序渐进的过程,即由高端项目到普通项目、由重点部位到众多部位逐渐应用的过程。针对这个时期的特点,需要有实力的厂商推出更细分和多样化的产品、方案来满足不同用户的需求。

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[责任编辑:谈扬]

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