高清视频监控技术应用现状分析

    当前的世界并不太平，相对于国际冲突的危险，国内**件与治安犯罪形势并不乐观。特别是在城市公共场所的安防问题不时发生，这需要提高安防监控设备性能，以达到有效预防、预警、遏制突发性安全暴力事件的发生。因此高清视频监控技术在安防市场中受到客户的欢迎。
　　高清视频监控技术相对于普通清晰度的视频监控有怎么样的区别?如何分辨高清，以及了解不同高清视频监控技术之间的区别?本文就在于帮助高清视频监控技术的使用者了解该技术的应用现状。
　　一、高清：1080P是最低标准
　　在了解高清视频监控技术之前，首先需要厘清的就是高清概念。在今天无论是安防行业的视频监控领域还是电视、电影等多媒体应用领域之中，“高清”是商家的重点推介性能，也是消费者衡量产品性能的重要指标。也正因为高清是一个热点词汇，是吸引消费者眼球的重要关键词，高清常常沦为促销的“概念”，而与原初基本的定义出发生了脱节。
　　高清电视刚出现的时候，日、欧、美三方有三套高清技术方案相互竞争，其中日、欧都采用模拟高清，而美国通用公司的全数字高清方案――DigiCipher综合性能上超过前两者，而成为高清的主流标准技术。因此在今天使用的绝大多数高清技术方案都是数字技术。对高清进行定义最初源于广播电视行业，被称为“HDTV”。在上个世纪90年代由美国电影电视工程师协会(SMPTE)确定的高清晰度电视标准格式，包括1080i、720P和1080P三种标准格式。因此在1080i、720P和1080P这三种标准格式中，720p曾被多家美国电视台定义为高清电视(HDTV)。不过这只是在国际电信联盟无线电通信组(ITU-R)没有为高清定义之前的情况。
　　根据国际电信联盟无线电通信组(ITU-R)给出的定义：“高清晰度电视应是一个透明系统，一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象”。为达到这种观看效果，通过大量的实验比对，人们得出趋于一致的结论：HDTV电视屏幕上显示图像的原始像素数应不低于200万像素。这也是ITU-R规定的高清晰度电视的基本要求，即图像分辨率应达到1920×1080像素。须注意，用像素数表示的清晰度与用电视线表示的清晰度在显示效果上有近似正比的关系，但他们在概念上是不同的。
　　国家广播电影电视总局的行业标准GY/T155-2000在“高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值”中是这样规定的：高清晰度数字电视每秒25帧隔行扫描或24帧逐行扫描，每帧1125行，每帧有效扫描行数1080，每行有效样点数1920，即1920×1080(1080i)。至于1080i与1080P的区别，这涉及到逐行扫描与隔行扫面的区别，因为显示技术的提升，隔行扫描信号因为倍线技术的出现已经可以转变为逐行扫描信号，这两者在清晰度上已经没有太大的区别了，当然在理论上逐行扫描的1080P仍然优于1080i。
　　随着技术的进步，广电、安防监控领域又出现了500万、800万(也称为4K)像素的设备，所以200万像素的1080P可以被认为是高清的最低标准。
　　二、720P不是高清，可算准高清
　　由于没有相应的行业标准，目前视频监控行业沿用的依旧是广播电视行业的高清定义，即国际电联(ITU-R)定义的高清晰度概念。但是因为美国SMPTE所定义的720P“高清”概念的干扰，达到，甚至接近720P清晰度的摄像机或视频监控设备都被一些人称为高清。这一方面是因为SMPTE有一定权威性，过去对高清定义的认知包含了72OP，因此1080P又被称为全高清(FHD:FullHD)。
　　然而从严格的技术定义来说，720P的清晰度并不能达到高清，当然其清晰度相对于标准清晰度(SD)要高，因此称其为“准高清”较为准确。
　　在目前国内的高清视频监控领域，主要包括模拟视频系统、数字视频系统，网络视频系统三种，但它们应用的范围差别很大，我们分别举例说明。
　　（一）HDCVI高清模拟监控视频系统
　　国内主流模拟视频监控系统的图像采集分辨率分别是CIF：352×288、4CIF：704×576、其中4CIF的分辨率与数字视频显示格式的D1：720×480的图像分辨率接近。
　　在模拟视频系统中值得一提的是索尼自2009年推出的960H视频监控系统，该方案图像采集分辨率能达到960X576，相比4CIF增加了15万像素，提高了清晰度。这个清晰度恰恰是1080P的1/4，也就是只达到高清最低标准的四分之一。
　　清晰度达到高清的是大华股份自主研发的模拟高清技术HDCVI方案，采用模拟调制技术传输逐行(Progress)扫描的图像信号，其中1920H(1920×1080)分辨率的属于高清视频信号。据大华技术的测试报告，HDCVI传输距离可达300~500米。
　　误区一：模拟是被淘汰的技术
　　简单理解模拟高清的优势，也就是图像信号保持模拟信号，不经过数模转换，更不存在数字信号编码压缩的问题了。模拟信号在短距离传输中有良好的图像复原及实时性表现。
　　因为视频监控领域中对传输实时性的要求，信号经过数模装换之后的数字信号进行传输之后，再二次还原成模拟信号显示，一般不会产生传输延迟。但是一次转换后的数字信号再次打包编码进入IP网络，信号传输中会丢包失真，产生明显的延迟问题。而对于高清模拟视频监控技术，其技术最大的局限在于扩展性和远距离传输的问题。
　　（二）HD-SDI高清数字视频监控系统
　　HD-SDI(HighDefinitionserialdigitalinterface)的意思是高清晰度数字分量串行接口，HD-SDI摄像机是采用的HD-SDI数字信号是未经压缩的格式在视频线上传输,因此是一种实时无压缩传输视频的高清晰度摄像机。HD-SDI系统是一种以SDI串行数字模式在同轴电缆上传输视频信号的数字高清视频监控系统。
　　误区二：数字必然是高清
　　我们知道互联网上的所有的信号都是以数字形式来传递的，网络传输的必然是数字信号，但正如我们看到的网络视频并不都是高清视频，数字视频监控系统也会有标准清晰度，甚至是低清晰度的，特别是高清信号的大数据高比例压缩问题未能解决之前。
　　目前绝大多数的高清视频监控技术都是数字的，其中以数字信号未编码传输的是HD-SDI，这是就是以HD-SDI为基本传输模式的一种数字高清视频监控解决方案。在其传输过程中不需要对数据进行打包，传输的是连续的、未经压缩的码流，因此，信号的实时性、完整性将得到更好的保证。
　　（三）HDCIP高清网络视频监控系统
　　佳信捷夏总在接受本网采访时提到，高清网络视频监控与当前模拟视频监控、HD-SDI视频监控相比，同等性能下的工程设备成本已经接近。而且码流压缩技术与网络传输速度的提升，一个高清摄像头所产生的码流传输只需要200K/S的网速，也就是2M左右的带宽。就是说网络环境对高清网络视频监控技术的制约已经不很大了。
　　误区三：网络必然是高清
　　正如上文所纠正，数字视频监控也有标清的一样，网络视频监控也是有标清版的，在2010年以前应用比较多的也是标清网络视频监控系统。因为高清意味着在设备成本上更高之外，更要求高速传输与大容量存储。
　　高清网络视频监控技术的价值点
　　高清网络视频监控最大的优势就是在基于IP的数据传输、存储、处理三个环节上，而在图像采集与显示的两个环节上，因为摄像头与显示屏都是用模拟信号来复原和采集图像的。高清网络视频监控要求高速传输、大容量存储、智能处理，这也是监控技术发展的方向。
　　铭软时代市场总监鞠健在谈到高清网络视频监控的技术价值时提到：“‘分析决策’是网络高清的价值点，高分辨率的画面大幅提升了智能分析的质量，从而带来内容上的深度应用，使决策效率的大幅提高。”
　　三、高清网络视频监控技术的普及障碍
　　对于高清网络视频监控系统在实际应用，特别是民用化中最大的担忧。就是网络传输费用的问题，目前国内互联网的传输速度对于实时传输高清图像仍然是一个制约。
　　铭软时代市场总监鞠健对此有更清晰的观察：“传输”相对于“存储”难度会大些，当今大数据时代，存储面临巨大的压力，但存储可通过叠加式投入而提升，并且存储的提升速度快于传输的提升。相对于高清网络传输，特别涉及到接入网提升，传输难度大，一旦接入网提升，干网压力倍增，所以传输技术是3-5年内技术攻关难点。
　　正如行业专家向良壁所说：“一个高清摄像头上网至少需要2M的带宽，而即便是批量购买互联网服务，每个高清摄像头每年的网费不会低于800元(北京地区)。”网络服务的费用成本在大规模的安防工程中，是一笔极大的费用。
　　当然若是高清视频监控不上广域互联网，网费就不成为问题，只是这与网络视频监控的本义相违背。或者还可以通过一定的压缩技术来降低码流，但实际上高细节度的高清画面相对应的就是高速度的传输。高清画面所要求的高速传输有一些捷径可走，比如智能化压缩，对有效信息的甄别来提高信息有效压缩。但是压缩的底线在于不失真，否则高清也就失去了意义。
　　四、网络视频监控的几种形式
　　目前主要的网络视频监控主要有：专用网络视频监控、动态IP网络视频监控、VSaaS架构视频监控即服务。
　　上述三种模式中，电信的“全球眼”与各城市的“天眼”工程实际上就是一种专用网络视频监控。因为公共部门拥有的通信资源，也就使得高清视频监控技术的应用也成为可能。但是在民用化进程中，相对于高昂的工程设备费用面前，VSaaS视频监控即服务的运营模式更可能是高清网络视频监控的一项选择。
　　五、结语
　　在高清视频监控多元化技术选择面前，选择适合于自身行业特性与需求的一种技术方案才是最重要的。在安防产品不再是专业领域的行业产品的未来预期中，视频监控市场的最大客户很可能将是普通大众。在基于IP的高清网络视频监控技术获得优势的安防企业将成为未来市场最大的赢家。