HD-SDI技术给力安防高清视频监控建设

2011-04-06 20:41:11来源: 互联网
  近两年,高清可以说是监控行业最热门话题,业界各大主流厂商都纷纷推出自己的高清产品,尤其是高清网络摄像机更是款型丰富,外围配套设备比较齐全,涌现出各种IP高清系统解决方案,并成为目前高清视频监控应用方案的主流,本文将为大家介绍给力的高清视频监控技术HD-SDI。

  视频监控系统中图像清晰度是最被关注的,衡量图像清晰度的标准是分辨率,分辨率值越大,图像就越清晰。现在视频图像分辨率最高已可达1080P,也就是人们通常说的高清。其实要做到画面高清,不仅仅是分辨率达到720P或1080P就行了,还必须在超宽动态、自动白平衡、图像锐利度调整、超级数字降噪(信噪比)、智能数字自动测光补偿、亮度信号、彩色信号边缘补正、损坏像素自动调整与恢复、色彩调整等指标上都要有上好的表现,只有达到这些综合性的要求才能真正地实现高清。由于图像清晰度对视频监控产业有着非同一般的重要性,因此,高清监控技术一经面世就被市场广泛接受并开始实际应用。

  摄像机是将光学图像转换为电学图像,通过显示设备还原光学图像的设备。摄像机的社会需求源自人类对自然的视觉需求,是人类感知物质世界的重要工具。尽管视频监控是作为一个系统来衡量整体性能的,但无疑,摄像机是最重要的组成部分,并汇聚众多的核心技术。

  近两年,高清可以说是监控行业最热门话题,业界各大主流厂商都纷纷推出自己的高清产品,尤其是高清网络摄像机更是款型丰富,外围配套设备比较齐全,涌现出各种IP高清系统解决方案,并成为目前高清视频监控应用方案的主流。不可否认,由于IP高清监控方案的实际应用,极大地提高了视频数据承载和应用能力,使视频图像分辨率大幅提升,并具有高度的易扩展性和集中管理等优势。近几年安防行业各类展会中,IP高清监控方案真可谓饱受赞誉。

  然而,尽管IP网络高清监控具有种种优势,但也由于各种原因,对IP网络监控,特别对网络高清监控系统整体而言,也明显地暴露出其软肋:由于网络传输延迟带来的非实时性,又由于有损编码压缩使显示和记录的图像失去原汁原味,从而影响了其应用效果。所以说,事物都有其正反二面,IP网络监控也不例外。

  在人类感知物质世界的过程中,对高清的追求一直没有停止脚步,与IP网络高清监控相呼应的HD-SDI数字高清监控就是最为重要的应用实例。

  HD-SDI高清及标准

  摄像机的CCD或CMOS传感器采集信号后未经压缩的高清视频信号及传输有模拟和数字两种。模拟传输一般采用YPbPr分量传输,一路高清视频信号需要三根同轴线缆同时传输。数字传输一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI传输,其中DVI或HDMI的传输距离只有几米,不适合用于监控图像的远程传输,行业内通常被应用在演播控制室内设备间的连接和信号传输。而HD-SDI信号虽然可以传输百米左右,并可采用CVBS同轴电缆传输,所以通常被应用在现场采集设备与百米内的控制设备间的信号传输连接。

  高清定义源自于数字高清电视HDTV,是由美国电影电视工程师协会SMPTE确定的高清晰度电视标准,即支持1080i(1920×1080,隔行)、720P(1280×720,逐行)、1080P(1920×1080,逐行)三种高清电视标准;再次,还特别要求是16∶9显示模式和全帧速。

  目前,在安防行业传统监控系统标清数字编码一般可达到4CIF或D1的分辨率,约为40万像素,清晰度在300至500电视线之间;高清摄像机如果要达到800电视线清晰度,那么摄像机的分辨率至少要达到720P(1280×720)的标准,约90多万像素;若采用200万像素,就能达到1080P(1920×1080,逐行)高清图像的要求。

  现在,安防行业通常采用广播电视领域的高清划分标准,来区分“高清”和“标清”。由于采用广电标准:即能达到百万像素的摄像机,配套以1080P分辨率的显示设备及相应的传输通道,就可以形成一套可称之为高清的监控系统,但安防视频监控行业本身至今还没有通用的高清标准。例如,2006年发布的国标《视频安防监控数字录像设备国家标准GB20815-2006》,仅对DVR的等级划分为A级(分辨率不小于4CIF,704×576)和B级(分辨率CIF,352×288)两种。

  HD-SDI监控技术优势

  相较于IP网络高清监控系统,很明显,HD-SDI监控有如下优势。

  1、原模拟系统布线仍可采用,系统组成和设备管理方式不变,从老的模拟系统升级,只需更换相应的硬件设备,几乎无需操作培训,能平滑实现从标清模拟监控升级到高清监控。

  2、不失真原始图像,不像IP监控是经压缩和打包后经网络传输的,而HD-SDI监控以未压缩数字信号在同轴电缆上高速传输,不失真。

  3、高清实时,不受传输网络影响,不会有IP网络监控产生的图像延迟问题,在有实时监控要求的场合,该性能要求就显得特别重要。

  4、提供更多细节,保持图像的完整性和原始性,大大提高了智能分析算法的精度,为智能视频分析IVS提供了保障。

  5、单位面积摄像机布点密度大幅下降,提高了采集设备的利用效能。

  客观地讲,基于IP监控和基于HD-SDI监控各有优势,从目前安防需求看,HD-SDI监控是令人振奋的。但是,HD-SDI监控本身也还有技术问题需解决。比如,需要解决HD-SDI的长距离(长于100米的)传输问题;配套设备欠成熟、厂商较少,厂商和配套设备的选择面较小,成本也比较高;应用的普及度及用户的认知度还远远不及IP网络高清监控。

  高清摄像机组成及关键技术

  HD-SDI或IP高清摄像机一般由如下主要部分组成如下:

  1、摄像机CCD或CMOS成像器件,完成光学图像转换为电学信号,输出电子图像信号。

  2、AFE,模拟前端,用于CCD成像时,将CCD图像信号数字化,并产生CCD控制时序。而对于CMOS型成像器件,可直接输出数字信号,故不需要AFE模拟前端。

  3、CPU为整个高清摄像机核心器件,其主要完成图像信号处理(ImageSignalProcessor)和图像信号编解码(编解码为MPEG4、H.264标准图像数据等)。

  早期的CPU即DSP(DigitalSignalProcessor),主要完成图像信号处理,如:透镜校正、Gamma校正、边缘校正、自动曝光、自动聚焦、自动黑白平衡、防抖动等处理及控制。

  这其中IP高清摄像机的CPU还要完成图像的编码压缩,再经IP网络口输出,而HD-SDI高清摄像机不经编码压缩即以原始数字信号经HDMI或HD-SDI口输出。总体说,CPU除图像处理和编码功能外,还要完成高清摄像机系统控制及计算,充作整个系统的中央处理器。

  4、存储接口:存储主要是指存储卡/硬盘等数据存储。

  5、信号输出接口:HDMI为高清数字多媒体接口,支持5Gpbs以上高速信号传输速率,为民用消费电子接口;HD-SDI为高速串行接口,符合SMPTE组织制定的用于影视演播室的数字音视频信号传输,是专业标准。其早期支持标清数字电视信号的270Mbps速率,已发展到传输1.485Gbps高清数字电视信号,再发展到当前的2.97Gbps高速信号,用于传输RGB24bit以上高清数字电视信号。

  从上述对高清摄像机系统介绍可知,专业高清摄像机涉及到以下主要难点和当前业界先进技术。

  1、高分辨率光学镜头集成,高清摄像机必须搭配高分辨率(高达真正千万像素)和广角的光学镜头,在光学变焦等方面,均为当前技术最前沿。

  2、图像信号处理,在光学信号转换为电学信号时,需要进行信号处理,以便获得较高的图像质量,降低各种干扰和杂声等。以白平衡、自动曝光、自动聚焦、防抖动等为代表的几个技术是图像信号处理技术的几个方面。

  3、高速电子图像信号的接收、处理和传输,高清摄像机在光电转换后,所得信号均为高速电子信号,这要求信号接收、处理和传输等环节,均需要考虑电磁兼容和隔离措施。

  4、高清视频压缩,高清摄像机由于其视频信号速率高,数据量大,必需采用当前先进的视频压缩技术,如H.264等,才能满足存储和网络传输需求。

  

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关键字:HD-SDI技术  安防  高清视频监控

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0406/article_3608.html
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