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监视器、图像编码到存储共迎高清时代

不知从几何时起,黑白与彩色的纷争早已偃旗息鼓,黑白监视器已经“缩”在特殊需求领域(如煤矿井下监控等),或者对图像色彩等要求不高的应用场所默默耕耘,此时,彩色监视器或许已经不屑于将黑白监视器为竞争对手。当然,调查数据可以说明:在2008年,用户端采购的彩色监视器占了92%。而在针对主流供应商的采访中了解到,除了石头等少数几个品牌还生产少量的黑白监视器外,多数都已全部生产彩色监视器...
资讯频道文章B

  【安防知识网】随着互联网的发展,网络化的普及,在监控领域中高清化越来越成为人们生活中不可或缺的一部分,而且趋势非常明显。

  三屏对视尽显高清

  一、彩色监视器说:此时不需谈黑白

  不知从几何时起,黑白与彩色的纷争早已偃旗息鼓,黑白监视器已经“缩”在特殊需求领域(如煤矿井下监控等),或者对图像色彩等要求不高的应用场所默默耕耘,此时,彩色监视器或许已经不屑于将黑白监视器为竞争对手。当然,调查数据可以说明:在2008年,用户端采购的彩色监视器占了92%。而在针对主流供应商的采访中了解到,除了石头等少数几个品牌还生产少量的黑白监视器外,多数都已全部生产彩色监视器。

  黑白监视器的逐渐边缘化,正是因应了当前市场用户使用习惯及显像技术的发展潮流,在人们已经习惯了彩色图像的真实感后,在黑白CRT(显像管)已经逐渐停产的情况下,黑白监视器又如何能够再有“生存”之源!据广东响石数码科技有限公司销售总监陈冰介绍,当前的主流CRT厂家中,除了中华映管仍然供货之外,其它企业已经相继停产,而中华映管也即将停产黑白CRT。

  虽然彩色监视器不屑于去谈论黑白监视器,且黑白监视器的市场份额也正在不断萎缩,但是其在目前依然不会完全退出应用市场。天津仁爱工程配套公司高工柰连永表示,目前监视器依然还有市场。例如,煤矿的井下,彩色摄像机没法用,因为井下不是黑就是白,因此需要灵敏度更高、更清晰的黑白摄像机,而监视器当然也需要黑白的才能更显出图像效果;还有一些住宅、小区、工厂等应用场所,由于强调的是高清晰图像,不需要分辨被监控对象的色彩特征,且要求晚上也要看得清楚,因此会选择低照度摄像机,以黑白图像显示。这样要求监视器也是黑白的,而尽管彩色监视器可以作黑白监视器用途,但毕竟分辨率无法达到黑白监视器的水平,有时候无法满足要求;而且,黑白监视器产品的价格较低,如果用户没有太高的工程预算,黑白监视器明显是较好的选择。“对于用户来讲,只要符合实际需求,没有必要去追求那些花哨的东西;对于工程商/集成商来讲,既要做到迎合用户的需求,也要结合实际需求给予用户正确的采购意见。”

  二、LCD监视器说:我才是趋势

  监视器的历史是由CRT开创的,当前的主流监视器厂家均从生产CRT开始,如三星电子、Sony、松下、JVC、创维群欣、响石、TCL等。而这些厂家仍然以CRT的销售占多数或者一半的份额。但是,LCD监视器从2007年开始,逐渐成为市场的“骄子”,直至2008年,其市场占有量占到了42%,已经逼近占48%的CRT监视器。而2008年响石的监视器销售量来看,LCD(包括单机和拼接幕墙)与CRT的比例为4:6,销售额之比则为7:3。响石的陈冰表示:“未来,液晶监视器会成为主流,因为液晶屏的成本越来越低、更可靠稳定、更符合市场的大屏需求、更清晰。而上游厂家的CRT(显像管)逐渐停产,也正在加CRT退出市场舞台。”而珠海石头电子有限公司董事长李育兴则保守预测:“到2010年,监视器市场中LCD可以从销售额方面超过CRT,但是销售量的超越还需要一定的时间。”

  从统计结果看出,PDP、DLP、大屏拼接墙的比例仍然较小,这也无怪乎美国诺尔升安按集团副总经理郭武文所介绍的——除了CRT和LCD,其它类型监视器都还太少,不需要统计。其实,若论单体屏,每一种类型都各有优势,而相信在民用电视机领域,也不会出现如监视器这样的悬殊差距。

  三、大屏拼接墙说:大型监控系统我不可或缺

  大屏拼接墙的兴起是借了“平安城市”建设及3111工程监控需求的东风,而大型集中监控指挥中心和高清晰、高分辨率、多画面显示、面积可达上百平方米的大型终端显示系统,已经成为科技强警建设和信息可视化核心基础设施建设的标志,而大屏拼接墙,也已经成为数字监视器的高端竞技场。不仅在公安部门,在交通、电力、军事、水利、环境、矿产、石油、教育、城管、气象、电信等领域,大屏拼接墙都已经有了很多成功的应用,显示出了广阔的市场前景。而目前则以基于LCD、DLP及PDP技术的大屏拼接墙占据主流应用市场。其中,DLP占70%,LCD占20%,PDP占5%,其它占5%。同等规模的LCD、DLP、PDP之间的性能指标比较见表。

  “DLP在目前成为大屏拼接墙的主流应用设备,其优势主要体现在:首先,显示面积大,组合式拼接可达几十、几百平方米,甚至更大;其次,分辨率高、清晰度高,理论上可以随着拼接规模增大而不断累加;最后,系统对专业技术水平要求高,DLP屏拼接显示系统是光学、电子、屏幕、机械、网络等高科技技术的集合。”

  而随着LCD屏的边距做得越来越窄,再基于高清晰度、高亮度、高色彩饱和度、灵活多变的拼接显示组合、环保健康、寿命长、维护成本低等优势功能,LCD大屏拼接墙开始得到越来越多的应用。创维群欣安防科技有限公司总经理胡朝晖介绍,,LCD是目前市场公认最适合应用于安防领域作为专业监视器终端的产品,基本克服了使用寿命问题,一般情况下LCD屏的使用寿命都可以达到5万小时以上,分辨率可以轻易做到标清以上甚至达到1080P的全高清等级,功率与发热量也相对较小,而且LCD有着更低的价格,在同等条件下,LCD的价格要比DLP便宜1倍左右。“LCD是大屏拼接墙未来的发展趋势,其会通过高性价比来抢占DLP的市场。”

  视频监控高清图像编码标准

  高清视频编码最常用的编码格式是MPEG2-TS、MPEG4、H.264和VC-1这四种算法。

  MPEG2由MPEG(Moving Picture Experts Group)运动图像专家组制定,这是国际标准化组织(ISO)于1988年成立的专责制定有关运动压缩编码标准的工作组,制定的标准是国际通用标准。DVD即是MPEG2编码,随着技术的改进,它在高清视频方面也得到了应用。MPEG2最大的缺点就是文件体积过大,不过它也有一个优点,那就是相对于另外两种编码,它对于系统资源的消耗是最小的。但是随着硬件技术的发展,H.264和VC-1的解码必然会成为DVD那样,任何主流的配置都能流畅播放。

  MPEG4主要用于低带宽应用和交互式图形应用(游戏等合成内容)、交互式多媒体( W W W 等内容分发和访问技术)应用, MPEG专家组成立了MPEG4工作组,以促进上述三个领域的集成。1999年初,定义标准框架的MPEG4(第一版)成为国际标准(ISO/IEC 14496-1),提供多种算法和工具的第二版已于1999年底成为国际标准(ISO/IEC 14496-2)。

  H.264也许是最有前途的一个了,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A V C ( 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和无线网络信道的适应性,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。

  微软公司在2003年9月提出了VC-1编码格式(开发代号Corona),目前已经得到了 MovieBeam、Modeo等不少公司的采纳,同时也包含在HD DVD和蓝光中,包括华纳和环球等影业公司也有采用这种格式的意向。VC-1基于微软windows Media Video9 ( WMV9 )格式, 而WMV9格式现在已经成为VC-1标准的实际执行部分。VC-1是最后被认可的高清编码格式,因为有微软的后台,所以这种编码格式不能小窥,相对于MPEG2,VC-1的压缩比更高;但相对于H.264而言,编码解码的计算则要稍小一些。

  [nextpage]AVS是基于我国自主创新技术和国际公开技术所构建的标准,主要面向高清晰度和高质量数字电视广播、网络电视、数字存储媒体和其他相关应用,具有性能高(与H.264相当)、复杂度低(算法复杂度比H.264明显低)、我国掌握主要知识产权、专利授权模式简单且费用低等特点。基于此,可以认为AVS标准是能够支撑国家数字音视频产业发展的重要标准,也是安防监控行业应该采纳的重要标准。

  JPEG2000 是一种图像编码格式, 而并不是视频编码格式, 设计之初是用于取代JPEG , 而视频序列的每一帧画面也相当于是一幅图像,与其前辈JPEG相比, JPEG2000放弃了以离散余弦变换DCT为主的区块编码方式, 而改为采用以小波变换为主的多解析编码方式, 压缩率比JPEG 高约 30% 左右, 同时JPEG2000支持有损和无损压缩。JPEG2000有几个重要特性, 支持“渐进传输”及“感兴趣区域编码”。在清晰度方面, 它可以先解码一副画面的四分之一尺寸, 然后再二分之一, 最后解码出整幅画面;在图像质量方面, 它可以先传输图像的轮廓, 然后逐步传输数据, 不断提高图像质量, 让图像由朦胧到清晰显示;“感兴趣区域”是指用户可以任意指定图像上感兴趣区域的压缩质量, 还可以选择指定的部份先解压缩, 便于突出重点。但JPEG2000计算量太大,压缩率不高,目前很难在嵌入式实时系统中实现,对存储传输也提出了较高的要求,目前仅有一些高清专用系统采用了这个算法。

  在编码芯片上,一般有DSP、ASIC等可供选择。DSP方案,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.264 HP@L4(1080p 30fps、1080i 60fps、720p 60fps)的同步多格式高清编码、解码与转码方面,表现出色。还有一款高清入门级的TI芯片DM355,它内置了编解码算法实现,能够以720p格式与每秒30帧的速度提供高清MPEG4 SP编解码能力,是快速开发入门级高清编码产品的不错选择。ASIC方案,如海思3511的处理器,一款基于ARM9处理器内核以及视频硬件加速引擎的高性能通信媒体处理器,具有高集成、可编程、支持H.264和MJPEG(Motion JPEG是一种视频压缩格式,其中每一帧图像 都分别使用JPEG 编码)等多协议的优点,可广泛应用于实时视频通信、数字图像监控、网络摄像机等领域。

  作为高清的视频,动辄几G到几十G的文件大小,这么大的视频文件,而且有如潮水般的涌现,不仅对存储容量,对读写性能、可靠性等都提出了更高要求。因此,选择什么样的存储系统和方案,往往成为影响视频读写速度的关键。由于网络高清视频及高清监控存储系统的特殊性,这里仅讨论以磁盘作为存储介质的网络高清存储应用系统,DVD或蓝光技术的光存储,不在此次探讨范围内。

  高清视频的存储

  1、在了解高清存储系统之前,必须知道什么是高清?

  在高清视频标准中,视频从最低标准到较高标准依次为720线非交错式,即720p逐行扫描;1080线交错式,即1080i隔行扫描;1080线非交错式,即1080p逐行扫描,屏幕纵横比为16:9,如果是视音频同步的HDTV,标准输出为杜比5.1声道数字格式。

  高清视频有常见的三种分辨率,分别是:720P(1280×720P)逐行,美国的部分高清电视台主要采用这种格式;1080i(1920×1080i)隔行;1080P(1920×1080P)逐行。网络视频高清资源以720P和1080i最为常见,其中作为视频监控系统的高清部分,已产品化的设备标准普遍采用720P和1080P的拍摄标准。

  2、存储要求之大容量,即高清的文件到底有多大?

  高清视频在经过不同的编码处理以后,依据码率不同,而有不同的要求。一般码率在6-20Mb之间,压缩效率、压缩方式不同,所获得的最终文件大小约为:3-10GB/小时,因此便产生了对于存储大容量的要求。当然一般意义上的视频,压缩模式不同,占用的存储空间非常小,这里主要讨论一下高清视频的存储容量。

  高清视频的一种应用是提供这些高清网络视频资源下载的高清网站,规模比较小的站点片库中也会有成百上千部电影,这一类的网站在互联网上多如牛毛,而每个站点存储系统的净容量要求至少在几十T,加上某些站点要建立多个文件映射和下载种子以提高综合流量,容量就不仅仅是几十个T了。

  另一种应用是高清视频监控,虽然出于经济性考虑,此种应用中高清监控视频压缩率会比较高。目前720P高清视频摄像资料每小时视频录像可压缩到3GB左右容量,但由于采集的是高清视频,而一般的监控系统摄像路数都是几百乃至上千路,所以这种应用将需要更多的存储设备和更大的存储容量。以此为例,按一个月保存时间要求计算,可以得到这样一个数据:

  3GB/小时×24小时×30天×1路=2.16T

  每存储一路视频需要2T以上的净容量,那么计算一个拥有500路高清视频摄像,需要保存30天的监控系统所需的最少存储容量是1PB。

  3、存储要求之高性能

  众所周知,除了BT分布式下载结构的网站,支持高清视频的效果大多是以服务端大数据流量为代价的。以每路数据流为20Mb的高清视频为例,在千兆单点服务模式,最多可以容纳50路高清视频同时播放。当然这个是理论值,实际上还要考虑网络在处理数据撞包等任务时,消耗网络带宽资源之类的因素。因此,在高清视频网站考虑服务时,首先要考虑向服务器提供高清视频数据的存储系统,扩大存储系统的带宽,速度才能得到有效的提升。在高清视频监控系统中,存储的传输速率要求会随着监控系统的规模呈正比增长。

  4、存储要求之可靠性

  从高清视频文件对用户的重要性来讲有几个不同的层次:一般安全性用户、中度安全性用户、重要视频数据用户。

  作为一般安全性用户,主要是指一些以分布式下载的高清电影网站,他们对于高清数据安全性要求相对不高。偶尔存储系统离线,并不会对整个体系造成太大影响,但是对于数据的完整性要求比较高。

  中度安全性用户,如一些大型高清视频在线网站、交互网站等,要求高清视频数据具有实时性、交互性特点的,以及关键性的高清视频数据存储,都属于中度安全要求的用户。他们对于高清视频存储安全性的要求,是实时性和可恢复性。

  重要视频数据用户,比如高清视频监控图像、媒体资讯制作内容等都属于重要视频数据类型,这类用户对高清视频存储安全的要求是实时性、冗余性和不间断性。

  综上所述,对于中度安全用户和重要视频数据用户对后端存储系统的可靠性、稳定性要求较高,需要保证系统7×24小时不间断运营。

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