数字高清视频监控系统五大部分发展现状

2013-03-20 10:42:00 来源:中国安防展览网 有...人评论

[摘要] 高清数字视频监控这个概念已经被越来越多的用户和厂商认可,高清所带来的超高画质、超宽场景给人以极大的视觉震撼。高清与标清最大的区别从清晰度来说,标清摄像机已经接近极限,在短时间内也没有提升的空间;而高清网络摄像机在清晰度方面可以说正处于快速提升的阶段,从百万像素,到200万,再到300万,500万等都已经有相应的产品在市场上出现,随着高清摄像机技术的日渐成熟,从视频会议、厂区监控一直到小区安防都离不开其身影,面对以前视频中,监控人员睁大了眼睛也不看清的监控物,现如今都得到了很好的解决!

高清数字视频监控这个概念已经被越来越多的用户和厂商认可,高清所带来的超高画质、超宽场景给人以极大的视觉震撼。高清与标清最大的区别从清晰度来说,标清摄像机已经接近极限,在短时间内也没有提升的空间;而高清网络摄像机在清晰度方面可以说正处于快速提升的阶段,从百万像素,到200万,再到300万,500万等都已经有相应的产品在市场上出现,随着高清摄像机技术的日渐成熟,从视频会议、厂区监控一直到小区安防都离不开其身影,面对以前视频中,监控人员睁大了眼睛也不看清的监控物,现如今都得到了很好的解决!

  现状及问题

  在安防领域高清的发展涉及到方方面面,概括起来可以总结为5个字,即“采”、“传”、“存”、“显”、“控”,高清的市场也与这5个字息息相关。从这五个部分,可以看到高清的市场现状:

  前端采集

  高清的视频效果保证首先来源于高清信息的采集,如果没有前端高清视频采集,无法谈及后端的高清效果。不管是高清还是模拟,其摄像机的清晰度主要取决于感光芯片的性能,主要有CCD和CMOS两种,在高清监控领域,也都有所应用。

  CCD英文全名ChargeCoupledDevice,感光耦合元件,它是一种可记录光线变化的半导体成像器件,因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。CCD对监控场景的适应性更佳,在低照度下效果表现更好。CCD由以前1/4英寸到现在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等等,代表了其技术的不断发展,再经过图像处理芯片的配合,能够达到分辨率720P甚至1080P的输出。在高清的CCD领域,SONY拥有最高的话语权,它的IT1方案中基于ICX445的130万CCD芯片是各大厂家采用最多的一款百万像素CCD,其有效像素为1280x1024,最高分辨率根据各家技术实力的不同可以到达720P或者更高的960P,如天地伟业、海康等公司的百万像素高清产品其最高分辨率都可以达到1280x960,即960P这个分辨率;针对200万像素的高清监控,SONY推出了他们的ICX274芯片,该芯片的大小为1/3英寸,最高分辨率为1600x1200即UXGA分辨率,目前市面上绝大多数的200万CCD高清产品都是基于该芯片方案而设计的。

  CMOS英文全名Compleme-ntaryMetal-OxideSemiconductor,互补性氧化金属半导体,CMOS和CCD一样同为可记录光线变化的半导体。由于工艺水平、图像处理技术及成本等综合因素的限制,CMOS的传感器最大的缺点在于图像噪点多,低照情况下表现差;与CCD相比,最大的优点在于CMOS的制造原理更加简单,体积更小,功耗可以大大的降低。从目前情况来看不论是130万像素还是200万像素都还是CCD占绝大多数,而且基本都应用在中高端市场;而CMOS的价格便宜基本都应用于低端市场;但是随着CMOS在制造工艺和影像处理技术上的不断突破,业内对CMOS的前景预测也越来越乐观,有专家预言,随着300万像素的CMOS图像传感器的上市,图像传感器即将进入“CMOS时代”。CMOS在高像素方面有着一定的优势。

  编码传输

  除前端采集外,高清编码及传输也是在监控系统中不可缺少的重要环节,高清视频常见编码格式有H.264、M-JPEG、MPEG4等格式。

  在这几种编码格式中,H.264是目前最有前途的一种编码格式,相对于MPEG2、MPEG4而言,其压缩效率是三种编码中最高的。H.264标准由国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)和国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)共同研究发布,因此H.264有两个名称,一个是沿用ITU-T组织的H.26x名称,叫“H.264”,另一个则是AVC(高级视频编码)。H.264格式的最大特点是在保证画面质量的情况下,它可以把文件大小控制在MPEG2格式的二分之一甚至三分之一。所以其更高的压缩比、更好的IP和网络信道的适应性,在数字视频通信和存储领域得到越来越广泛的应用。但是需要注意的是,H.264获得优越性能的代价是计算复杂度增加,因此H.264的硬件要求是最高的。

  目前编码芯片有以海思为代表的ASIC和以TI为代表的DSP两大阵营,海思从Hi3510开始,就对监控专用的视频压缩技术进行重点研究。在使用H.264压缩标准下考虑到视频的时延性和打包的方便性,推出了2M带宽的720P实时Hi3512高清解决方案,Hi3515芯片方案在此基础上将性能提升到了1080P@30fps强化细节效果等等。TI的DSP如达芬奇数字媒体处理器TMS320DM6467,是基于DSP的SOC(片上系统),集成了300MHz的ARM内核和600MHz的DSP内核,并采用高清视频协处理器,在执行H.264HP@L4(1080p30fps1080i60fps、720p60fps)的同步多格式高清编码、解码与转码方面,表现出色。[nextpage]

在传输过程中,高清意味着需要更高带宽。一般认为,H.264编码D1(720×576)画质的码流为1.5M左右,那么以1080P计算,画面尺寸约是D1的5倍,简单计算,码流也是5倍。因此,H.264编码的一个1080P高清画面所用带宽约为8M,与D1画质的MPEG2相当。由此可以看出,对于“高清”,网络传输并没有特别的要求。目前的互联网对大路数的高清传输还有一定的瓶颈,在一些平安城市或多级联网的项目中,大都采用专网或者光纤。相比模拟传输,数字网络传输高清视频具有得天独厚的优势。

  目前高清在编码传输中遇到一个最大的问题就是各个厂家虽然都采用H.264编码但是格式不统一,各家的编解码设备不能混用,标准不统一,虽然ONVIF的出现使得这一现象有解决办法,但是由于各家对ONVIF协议的理解和认知层面的差异,即使IPC和平台都做了对ONVIF的支持,也可能面临着对接及互访不成功的现象。

  高清存储

  对于高清平台存储来说,存储的类型一般采用两种方式:分布式存储和集中存储;存储设备部分,一般会有:NVR(NetworkVideoRecorder)网络视频录像机和IPSAN两种存储设备。其中NVR作为一个新兴的产品,在网络摄像机尤其是高清摄像机的普及中扮演着非常重要的角色,其主要功能是对网络视频流进行录像、存储,并提供实时显示和代理转发等功能,一般多采用嵌入式架构,硬解码支持多路网络标清或者高清摄像机接入。以天地伟业的嵌入式NVR为例,它可以支持16路标清或者8路高清网络摄像机的接入;嵌入式硬解码,可以实时预览,录像;内置硬盘盘位可以存储;内置代理转发模块可以对接入的视频流进行转发;此外还带有VGA和BNC两种输出接口可以解码上墙显示;此外它还可以作为节点设备,在系统做中做节点监控和分布式存储;高清存储的另一个重要设备就是IPSAN。

  随着高清的普及,IPSAN在存储中扮演着越来越重要的角色,IPSAN通过采用IP构架的以太网传输,具备良好的扩展性、共享性和较低的分摊应用成本,是目前多路高清监控存储主要采用的技术之一,而存储介质储多半是采用我们常见的硬盘,容量一般是TB级别,随着2TB硬盘甚至更高容量的产品走入我们视线,大型高清监控系统PB级海量存储解决方案也得到普遍应用。

  目前高清存储面临的一个问题就是在大路数多级联网的高清项目中,如果降低存储的成本,一方面这需要压缩算法的改进,一方面需要硬盘及IPSAN的成本下降。在算法方面,目前已经有厂家:如天地伟业,可以实现2M码流传输720P的高清图像,使一路高清一小时的存储空间大约在1.8G左右。

  高清显示

  高清的解码显示通常由高清解码器或者高清网络矩阵来完成,通过高清解码器或者高清网络矩阵配合网络键盘使用可以实现画面切换,高清上墙,轮询切换等。以高清输出接口来说,目前主流有的VGA和HDMI等接口,VGA的最为普遍,而且应用范围也最广,造价也最便宜;HDMI接口代表着高清显示接口的趋势,它的主要特点是色彩还原度高,画质无损耗。[nextpage]

在显示器这部分,一般分为CRT、LCD、PDP三种。受高清电视技术发展的影响,监控显示设备的高清化速度非常快。CRT器件以其亮度高、反差大、色彩还原好、图像细腻等优势,一直保持着高指标、高质量的水平,是三种器件中观看效果最好的。但由于受到自身重量、体积等因素影响,CRT监视器一般用于技术监看,适用于对图像总体质量的最终把握。而LCD、PDP器件由于采用逐点显示方式,没有回扫线,具有图像细腻、无闪烁现象,不易造成视觉疲劳的优势。其中,LCD监视器以轻薄、省电为特色,PDP以高亮度、大尺寸闻名。在轨道交通、平安城市等大型图像联网指挥中心,大都使用了拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟,但LCD的拼接系统也在逐渐抢占市场。LCD拼接系统目前有个2cm左右缝技术没有解决,因此在高端使用有些受限。单从清晰角度来说,LCD完全可以满足1080p的使用要求。

  平台控制

  目前在平台尤其以大规模高清监控平台遇到问题最为典型,例如:视频设备数量庞大;由于项目是分期建设,前端设备的品牌很杂,如何实现统一管理;实施过程中网络环境多种多样,非常杂乱;在多级联网的情况下,还经常涉及到多级联网的问题,对接起来非常困难,这些都是平台控制面临的非常显示的问题。针对这种情况,天地伟业的高清平台部署采用“分而治之”的策略将高清监控系统构成化整为零,将大系统建设问题按管理分级、业务分层、设备分类进行逐级分解为小系统建设问题,以逻辑上的虚拟条带为构建基础单元解决系统中大量设备的管理、扩充问题,并实现病毒和网络风暴的隔离,避免了单点故障扩散到整个系统。而统一管理是在解决每个小系统的问题后再把每个小系统堆叠起来进行统一管理,实现灵活的系统扩充,也便于系统建设分步实施。而且充分考虑高清高清标清的兼容性问题,采用“中间件服务器”概念对录像流媒体做支撑,实现模拟视频全实时,数字视频高清晰的技术要求;对大规模的视频监控实施统一的资源管理,开放的设备兼容性,实现不同厂家设备的互联互通;在显示部分,支持多画面分割显示,多类型切换模式满足不同用户的观看需求;集成灵活的警情接入,实现全面的报警联动,对多级的联网调度实现直观的场景定位;以及集成应急预案宏策略,完善的日志记录,键盘客户端操作,GIS地图矢量定位等等功能来确保大规模高清监控平台的业务需求和平稳运行。

  结束语

  在监控领域,高清化,网络化的时代已经来临,高清作为监控技术发展的主要方向之一,结合网络技术带来新的变革,高清网络监控正在以一种高姿态、高要求进入我们的世界,不断满足市场竞争需求。随着各个厂家对高清市场的重视,高清相关方案的完善,高清必将会取代模拟,成为监控市场的主导者。

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[责任编辑:朱峰]

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