慧聰安防網訊 高清時代來臨，高清數字圖像在圖像清晰度和細節方面也得到很大提升。監控系統后端的圖像智能分析、圖像智能處理正需要這樣的高質量圖像源。與高質量的圖像源相對應的是高傳輸碼流，傳輸非壓縮的1080p×60fps的高清圖像需要占用2.97Gbps的帶寬。對于一個監控系統，往往需要對多個點進行監控，實時傳輸各個點的數字高清視頻時，帶寬占用非常大，基本無法傳輸。如何降低帶寬，各個制造商大都采用有損壓縮方法。比如采用H.264壓縮算法的網絡攝像機，使用100M網絡傳輸，傳輸碼流為32K~4Mbps。這樣雖能大大降低高清圖像傳輸占用的帶寬，但是帶來的負面影響是：1、圖像質量大大下降，圖像模糊，細節看不清，監控系統后端圖像處理及分析能力也會大打折扣；2、傳輸圖像時延嚴重，圖像壓縮速度取決于編解碼系統速度和圖像大小，高清數字圖像壓縮需耗費大量時間；網絡傳輸速度取決網絡拓撲和帶寬情況，當網絡堵塞時，基本無法傳輸。對實時傳送已無意義。
要實現真正意義上的高清數字視頻監控，必須傳輸無損高清數字視頻。本文以某地鐵的高清視頻傳輸為例，對于1080p的高清數字視頻無損傳輸解決方案做分析。
需求分析
在控制中心端，有大量高碼率的數據輸入輸出。發送給每個站點的高清1080p的高清數字多媒體，以及每個站點的8路高清數字攝像頭傳入的高清監控視頻圖像，都屬于高清數字信號。
在各個站點，接受并顯示控制中心傳輸來的高清數字多媒體信息。并傳回每個監控點的高清數字視頻。
此地鐵系統共具有15個地鐵站點，每個地鐵站點8路高清圖像，共90路高清圖像。控制服務中心8臺高清監視器(電視墻)，可同時觀看15個站90路高清圖像中的任意8路。
整體規劃
真正意義的高清監控是非壓縮實時傳輸、無時延顯示高清圖像信號。整個環節都要保持高清數字指標，因此對于各個環節的選擇有如下要求。
攝像機：傳統攝像機采用CMOS的感光芯片，經過ISP處理，輸出模擬CVBS信號，不滿足高清要求。必須使用高清CMOS的圖像傳感器，輸出非壓縮高清數字信號，如SDI，HDMI等。可選擇不僅輸出SDI非壓縮高清數字信號，同時還具有原始圖像信息的RVF(RawVideoFormats)非壓縮視頻格式的光接口輸出的百萬高清攝像機。
傳輸設備：高清數字視頻信號由于碼流很高，輸出距離受到很大局限，比如SDI信號，在保持信號完整性，最大不過100米。所以要求傳輸設備即要保持高清數字信號的無損傳輸，又要達到長距離的傳輸。采用傳輸碼流達3.125Gbps的數字光傳輸設備，在單芯單波長的光纖里能夠無損傳輸不小于40Km的距離。傳輸碼流達10Gbps的數字光傳輸設備，在單芯單波長的光纖里能夠無損傳輸不小于40Km的距離。
傳輸線纜：非壓縮高清數字圖像信號經傳統同軸電纜，雙絞線等長距離傳送方式已不可能。所以傳輸線纜必須是光纜，一般8芯光纜基本能完成一般監控系統的需要。
智能設備：如圖像識別等系統，應具有高清圖像的輸入接口，能進行高清視頻分析的能力。
傳輸難點及解決方案
存儲設備：如DVR，必須具有1路或者多路高清數字視頻輸入接口，具有壓縮存儲高清數字視頻功能，具有高清視頻的回放功能。
監視設備：一般的監控監視器都不支持高清數字視頻，應提升到完全支持1080p*60fps的高清格式顯示。
傳輸系統
所示，每一路攝像機采用百萬高清數字攝像機，輸出12bit、746.496Mbps的1080p非壓縮數字圖像。共傳輸90路高清數字視頻。帶寬為90×746.496Mbps=67.18464Gbps。鑒于控制中心最大能同時觀看8路高清數字視頻，所以不必要同時傳輸90路，只需同時傳輸8路就足夠了。各個站點本地實時存儲本站點的8路高清視頻。這樣帶寬就降低到8×746.496Mbps=5.971968Gbps。采用節點式環形網光傳輸，占用1-5芯光纖。
高清多媒體傳輸采用節點時光傳輸，傳輸的是1080p×60fps的多媒體圖像信息，故只需要2.97Gbps就足夠。占用1芯光纖。
其它上下行數據業務屬于低碼流數據，采用節點式環形網光傳輸，占用1-2芯光纖。因此，三方合起來一條8芯光纜就能滿足這個系統的要求。
傳輸難點及解決方案
HD-SDI攝像機輸出是高清數字非壓縮信號，當HD-SDI攝像機推入市場時，就經常出現“傳輸距離太短”的質疑。如果采用HDMI傳輸也只有幾十米，就算使用中繼放大也只能最多達100米，而且HDMI是3路數據傳輸，若傳輸距離長，就會出現3路數據不同步，引起重影、偏色等諸多問題。這種質疑嚴重影響了工程商在監控系統中采用HD-SDI攝像機的熱情。
因此，部分制造商放棄無壓縮高清監控，降低監控質量，放棄實時性，而采用有損壓縮的百萬高清網絡攝像機使用網絡傳輸；而另一部分則著重研究傳輸問題，除了開發3G-SDI的產品用傳輸速率來增加傳輸距離外，同時也在HD-TX芯片上以FPGA設計架構采用無損壓縮技術降低帶寬，將距離增加到300米，同時也可藉由在同軸或UTP纜在線材質上128/168/192編織上對高頻損失的優劣條件選用，來降低線路上的損失及延長高清HD-SDI的信號傳輸距離。
目前最普遍的是，HD-SDI通過轉Fiber的光端機轉換為光纖電纜傳送，同時為了能滿足多路的HD-SDI信號的單向或雙向傳送，光端機也有以WDM/DWDM/CWDM等多波長分頻方式的傳輸，達成一路以上的HD-SDI光纖信號載送傳輸要求，這可以讓HD-SDI攝像機信號傳輸達到20-80公里。
由于傳輸的是非壓縮高清數字視頻，一路1080p×60fps的高清數字視頻需占用2.97Gbps帶寬。光纖傳輸理論上傳輸帶寬沒有上限，但是傳輸處理單元，包括光模塊，收發器芯片等等，遠遠落后于光纖理論傳輸帶寬。如今的萬兆網的光纖傳輸帶寬也只是達到10Gbps，像這樣的10Gbps帶寬也只能傳輸3路非壓縮高清數字視頻。
節點式環形高清數字傳輸特點
因此，必須在高清視頻源頭找解決方案。以無損降低高清數字視頻源碼流的方式來降低傳輸帶寬。
在本頁顯示剩余內容
碼流為2.97Gbps的1080p的高清視頻，若采用12Bit的RVF格式，碼流僅為746.496Mbps，大大降低帶寬。傳輸帶寬為10Gbps的單芯光纖，可以傳輸10Gbps÷746.496Mbps=13路百萬高清數字攝像機的高清數字視頻。采用多芯單波長或者單芯多波長的光纜，即能完全滿足高清傳輸的要求。
節點式環形高清數字傳輸特點
本文中的某地鐵高清傳輸案例，主要有以下幾個特點：
采用單芯單波長光纖傳送多路RVF格式高清監控視頻，解決了無損多路高清數字視頻監控無法傳輸的問題。不僅降低布多條光纜的費用。而且在現有的光纜基礎上輕松升級，實現真正的高清數字視頻監控。
環形光纖網絡的自愈功能，當某節點斷路時，光通路自動切換到另一種環形網絡拓撲。增強了系統的安全性。降低系統硬件的故障率。
各個站點采用高清數字視頻多業務交換平臺。平臺擁有8路10Gbps光傳輸通路，可動態插入和撤銷1-8路高清數字監控視頻。1路高清數字視頻監視，可監視本地視頻，也可監視光通道內10Gbps高清數字視頻光傳輸流內任意一路視頻。8路高清視頻存儲及回放，回放時，回放視頻插入10Gbps高清數字視頻光傳輸流。下行數據流經解包、分配到各個終端，各終端的上行數據流經封包插入數據流中，上報給中心服務端。
此平臺屬于動態交換平臺，可隨時增加和減少監控攝像機的數量，可隨時增加和減少各種上下行數據，主機采用機箱插板式結構，擴容方便，可隨時在線動態增減板卡，不必讓系統下線。主機還備有1路高清視頻板卡，故障時會自動替換故障板卡。即保證了系統7×24小時在線，又提高了系統的安全性。
京公網安備 11010502049343號