關于HD-SDI數字高清攝像頭的應用分析

     高清攝像頭擁有網絡攝像頭所具備的所有優點，當然必可避免的帶有網絡攝像頭的缺點。視頻監控從小規模的傳統CCTV閉路電視監控系統到本地的局域網絡監控，再到目前流行起來的大范圍遠程網絡監控，網絡攝像機無疑最具備視頻組網的條件。

    作為網絡攝像頭，其本身即可以通過TCP/IP協議設置可以訪問的IP地址，通過局域網連接到互聯網來進行視頻的網絡訪問，無論在世界任何地點，都可以訪問與互聯網聯通的高清網絡攝像機。但隨之帶來的問題是網絡暴露在最前端，可能會遭到非法用戶的網絡入侵，網絡管理人員必須要做相應的安全策略來避免黑客攻擊。

    高清網絡攝像頭由于要通過網絡傳輸編碼過的視頻，其自身就具備編碼功能，而憑借高效的MPEG4/AVC H.264壓縮技術標準，編碼后的視頻數據碼率相對原始視頻數據流小了百倍以上，因此經過編碼的視頻可以直接通過本地SD/SDHC存儲卡來存儲或在網絡訪問視頻流的同時來進行視頻錄像的存儲。但是編碼網傳會帶來明顯的延時，和視頻失真、色斑色塊、清晰度下降、銳度不足等問題，各廠商的方案和網絡環境的不同，網絡延時從200ms到1-2s，而視頻效果需要足夠的碼率來保證，這又需要足夠的專用網絡帶寬。

視頻參數與功能設置對于視頻監控中的視頻采集來源——攝像機是十分重要的，由于場景物體、建筑、光線等變化，需要重新調節視頻參數或設置部分功能，高清網絡攝像機由于其自身接入了網絡，只要網絡暢通，系統管理員可以隨時訪問攝像機，根據當前情況來重新配置攝像機。

伴隨著視頻監控，音頻采集同樣對事件監控有著一定的意義，監控場景的某些聲音，場景內人物的對話，都可能是重要信息，而高清網絡攝像機可以通過簡單的音頻采集，同步做音視頻編碼，封裝成音頻數據流，進行錄像存儲和網絡音視頻的傳輸預覽。而音頻采集的拾音器材成本很低，音頻流碼率也很低，所以有很多用戶還是希望有聲音伴隨的真正音視頻監控。

攝像機的鏡頭在不同焦距下觀看的視場角和所能觀看物體的遠近也是不同的，監控行業中可能會使用到電動鏡頭，網絡攝像頭通過自身的RS-485接口即可控制鏡頭，配合云臺，可實現實時轉動與焦距變換。
    前端視音頻信號直接接到視頻綜合平臺中，內部視頻無損交換后，通過高清DVI、HDMI輸出到大屏監視器上，內部配有的編碼板還可進行視音頻編碼后存儲到網絡中的大型磁盤陣列中，大規模的錄像存儲在容量上和安全上得以有了雙重保障；綜合平臺配有的碼分板還可以接入每一路視頻的RS-485控制信號，解碼板可以通過網絡取流來解碼其他DVR、DVS和網絡攝像機的視頻流并輸出給顯示設備。普通應用中的異地級聯雖然可以通過布設更多的光纜來傳輸，但是綜合平臺內置的光線級聯功能，可以節省更多的專用光纜線路，通過一級綜合平臺做無損視頻交換后再傳輸給二級三級綜合平臺。總的來看HD-SDI攝像機的應用配套已經非常齊全，可以滿足用戶的各種需求。

HD-SDI攝像機應用的問題在全面配套設備面前雖然都可解決，但是也給客戶帶來很多煩惱。根據項目實施中的反饋，應用問題包括：

很多商家宣稱HD-SDI攝像機可以直接升級模擬監控系統，回避傳輸距離的問題，而實際用戶如果前期布線質量較差，使用75-3低質量線纜傳輸距離甚至無法達到80米，即使使用75-5高質量線纜一般也只能傳輸150米，如果用戶已有模擬攝像機傳輸距離較遠，可使用中繼器或光端機來傳輸，付出的成本將會大幅度提高。

HD-SDI攝像機多數輸出接口只有HD-SDI信號輸出，安裝調試時，鏡頭的調節是視頻畫面質量很重要的一部分，與傳統模擬和網絡攝像機方便觀看本地畫面不同，調試人員必須要配備帶有HD-SDI數字輸入接口的顯示器來調鏡頭，只有部分廠家的產品會提供模擬視頻輸出接口以便于安裝調試。

大規模組網當中，網管系統對整個系統的維護也有很重要的作用，而HD-SDI監控系統的專用設備不具備網絡功能，也使得網管不能監控到每個設備的運行狀況。用戶也無法根據當前需求調節設備參數。

考慮到成本的因素，除少數投資較大的平安城市項目建設大型HD-SDI監控系統外，HD-SDI系統在整個大型系統中主要還是獨立的系統構成，作為整個監控網絡的一個較大節點，通過一條同軸電纜來傳輸視音頻信號、控制信號甚至電源將可能會使其應用更廣泛。

核心技術上HD-SDI攝像機的傳感器與傳統網絡攝像頭無差異，主要技術在傳感器輸出的視頻信號做轉換后如何轉換處理。已有的方案較多，可使用FPGA和ASIC等，主要體現在對圖像的處理上，另外對輸入輸出的視頻信號做SDI編碼轉換的芯片成本目前相對較高，也使得攝像機、高清DVR接收端、監視器、光端機的成本難以下降，未來HD-SDI技術的完善和應用的增加會使得芯片成本下降，配套產品成本降低，用戶才會更愿接受。

HD-SDI數字高清攝像機應用案例

HD-SDI數字高清攝像機大規模監控應用較早的是在某市平安城市高清監控項目中，系統比較龐大，應用配套也比較全面，系統架構如下：

從現狀分析，已建成的城市監控系統按“派出所—分控中心—分局中心”三級架構進行設計完工。那么，從系統總體架構垂直層次上分，本期項目依然按照“派出所—分控中心—分局中心”三級架構進行設計。
從項目建設業務需求看，本次項目建設中將包含3種監控模式，分別是可控高清視頻監控模式、固定高清視頻監控模式和模擬標清視頻監控模式。三級架構與三種監控模式構成一套“矩陣式”立體化視頻監控系統。除了分控       中心作為監控系統的數據交換、存儲中心以外，派出所作為業務實戰單位、分局中心作為應急指揮單位，都需要將三種監控模式進行有機地整合，以滿足多元化監控應用需求，確保多種實時圖像、多種錄像資料的資源共享，確保多個監控模式之上的統一管理與統一切換控制。

1、數字高清無壓縮監控模式

     可控高清數字視頻監控主要是基于高清數字圖像采集技術、高清數字圖像傳輸技術、高清圖像編碼技術和IP網絡傳輸技術，并與高清圖像解碼技術、高清圖像存儲技術、高清顯示技術緊密結合的監控模式。借助外場敷設的光纖資源和“派出所—分控中心—總控中心”搭建的萬兆圖像網，高清數字圖像不經壓縮，直接在此之上完成采集、傳輸、交換；通過分級編碼、經過IP網絡傳輸做存儲、回放解碼、顯示與共享。

     與高清網絡視頻監控模式不同，可控高清視頻監控模式中實時圖像借助非壓縮高清圖像傳輸技術，可確保系統能滿足實時PTZ控制的要求。

2、模式特點

       非壓縮圖像實時切換。為了保證對可控高清前端的PTZ控制實時性，延時小，實時圖像主要采用非壓縮高清數字圖像光傳輸與交換，在派出所和分局中心均借助高清視頻交換設備來切換顯示實時高清圖像。

      通過萬兆圖像網從流媒體服務器獲取壓縮后的實時碼流來預覽圖像作為前一種預覽手段的備份。

      派出所集中編碼。高清可控前端的高清視頻非壓縮傳回派出所，在派出所進行集中編碼，為了便于設備管理，減少設備占據的物理空間，選擇機架式集中編碼器對可控高清視頻圖像進行編碼。

結語

      目前HD-SDI市場還是處于早起推廣的階段，采用HD-SDI產品的多半是技術性比較強的客戶，不論是公、私領域，對于客戶來說，他們看重的是能否提供完整的系統整合方案，以及如何跟CCTV/IP整合使用。

     總體來看，目前HD-SDI產品只在少數較大型、特殊的平安城市項目中得到大規模應用，其他項目中有個別點位的較少應用，未來幾年會逐步推廣到對實時性要求較高的多個應用行業。
新型的HD-SDI數字高清攝像機技術特點相對傳統高清網絡攝像機有很大不同：

      HD-SDI數字高清攝像機只能在同軸電纜上傳輸視頻信號，無法在以太網中傳輸，傳輸距離一般在100米左右，如果需要更遠距離傳輸，需要通過HD-SDI專用光端機，通過光纜傳輸視頻信號。

     HD-SDI傳輸的視頻信號為未壓縮的原始視頻數字信號，不會因視頻壓縮而帶來清晰度不足、色斑色塊、銳度降低等問題。但是其數據量龐大，系統難以承受，必然還要做編碼壓縮處理來做更遠距離的網絡傳輸，編碼后的視頻數據與高清網絡攝像機基本無差異，對于事后回放存儲的錄像，兩者基本相同。

     HD-SDI接口設計之初只為了無壓縮視頻的單向傳輸，攝像機一般也是有人操作的，很少需要遠程反向操作攝像機；HD-SDI監控攝像機只能本地操作，在安裝之初就調試好，或單獨鋪設控制信號線。如果配合云臺和電動變倍鏡頭來使用，也需要單獨鋪設信號線。
     HD-SDI的純視頻傳輸，也讓監控攝像機對音質的需求難以滿足而頗感尷尬，只有單獨對音頻布線傳輸，而無法融入為復合的音視頻信號。目前行業中已經在開發把音頻數據嵌入到HD-SDI視頻信號中的技術，不過目前主要廠家的HD-SDI攝像機產品中還幾乎沒有得到實際應用。

HD-SDI攝像機的應用和當前的困難

     對高清監控產品的需求，從使用者來源劃分主要來自于兩類，一類是現有監控系統需要升級到高清視頻監控，另一類是新建高清視頻監控系統。

     已有視頻監控系統中，模擬視頻監控占絕大多數，由于其發展較早，使用時間較長，監控性能已經下降，無法起到監控應有的作用，有一定實力或對高清迫切需求的用戶會因此而選擇更新換代到高清視頻監控。從方便的角度來講，只替換設備是最方便的，而HD-SDI攝像機和配套的HD-DVR正適合，只需要替換攝像機和DVR即可方便地完成視頻升級，成本上要比換成網絡攝像機和NVR并鋪設網絡要低，同時獲得低延時的無損視頻，當然除非用戶的網絡覆蓋非常密集，否則布線和交換機的成本也會因點位數量更多而不得不考慮。

       新建視頻監控系統中，高清網絡攝像頭機的需求隨著近幾年的發展，用戶的需求也越來越多，從設備使用配置到組網的角度來講，網絡攝像機要更勝一籌，即使不用嵌入式NVR硬件，也可以用現有電腦或服務器來完成視頻的預覽監控和錄像。但是從系統設計到項目實施都會遇到因高清網絡攝像機的高碼率帶來網絡帶寬過大而不得不使用更高端的交換機，以及網絡繁忙，解碼電腦性能不足導致預覽不流暢和延時問題。根據市場反饋，這些問題給用戶帶來的煩惱不占少數，此時HD-SDI攝像機的優勢便體現出來，獨立的視頻信號傳輸、0.1秒以下的超低延時，高清晰無損畫面都會讓客戶享受到廣電專業級設備的特有體驗。

      針對上述兩種客戶的描述并從整體市場情況來看，HD-SDI攝像的主要需求者以高端用戶和對畫質延時要求高的極端用戶為主。監控覆蓋和整體系統可能很小也可能極為復雜。

整體應用上從前端到后端詳細來講，HD-SDI攝像機安裝時同模擬攝像機一樣，需要在前端安裝調好鏡頭的同時調節菜單配置好參數，插好鋪設的同軸電纜BNC接頭。

       鋪設的同軸電纜距離一般以100米以內為好，如果需要遠距離傳輸，從廣電行業就開始使用光纜來傳輸，HD-SDI光端機早已成熟，所以通過一對光端機配合光纜可以解決；同時光端機還支持傳輸音頻信號RS-485控制信號，一舉解決了音頻和遠程控制的需求。

       音視頻信號通過物理線路傳輸到后端，用戶既需要本地實時預覽，又需要在本地進行錄像存儲、錄像回放，配套的設備將會使用到高清DVR做編碼存儲，同時環通輸出給高清監視器等顯示設備；針對大型監控組網可能需要傳輸給更遠的地方做分級監控，可以通過網絡傳輸高清DVR編碼的碼流，再用解碼器在異地解碼輸出顯示；電視墻顯示為了切換便利，傳統的模擬矩陣廠家現在也推出了數字高清矩陣。盡管如此，繁多的設備讓整個視頻監控系統顯得尤為復雜，同時經過編碼后，在回放和異地網絡監控環節都與網絡高清攝像機沒有差異，沒有HD-SDI的優勢。針對這種大型應用，監控行業的領先者兩年前即開發出了視頻綜合平臺產品，在大型監控項目中提供了HD-SDI監控的幾乎全套配套設施功能。