安全監(jiān)控HD化浪潮一波未平、一波再起，產品規(guī)劃面更需要找到可靠的技術方案支撐。純IP監(jiān)控陣營雖然像水中鯊魚紛紛冒出頭，產品具威脅性，分食商機、擴張領域，雖不一定能閃躲，但若因此看得更明白通透，就更有把握來應付挑戰(zhàn)。
在沒有誰可壓倒全勝的今日，明白彼此強項弱點，便能更快切入適合生存位置。HD作為傳統(tǒng)CCTV一種轉型出路，我們這回強化來談HD的傳輸。
IP攝影的考驗往往不在傳輸，因為IT網(wǎng)通本身即是成熟領域，但畫質卻最容易讓人詬病。至于HD安控系統(tǒng)的關鍵不只在影像，反而在于傳輸。高階感光組件與圖像處理組件近乎唾手可得，但如何用對組件，維持高畫質傳遞，確保長途不失真，就是一門學問。
距離一拖長就感到吃力
畫面清楚、沒有耽誤、方便控制和遠程儲存管理，說起來都容易，但HD化之后就變難題。不論HD影像是否經過壓縮，非IP網(wǎng)絡化的影像訊號能傳得多快多實時，能跑到多遠距離，對安全監(jiān)控而言是非常嚴酷的考驗。所以我們說HD的考驗是傳輸，傳越遠就越兇險。正如我們熟悉的SDI，其規(guī)格概念就不來自影像領域，而是指一種傳輸方式，是訊號發(fā)射與接收端(Tx和Rx)的技術。
與近幾年流行的IP監(jiān)控Datacom概念迥異，不透過IP網(wǎng)絡架構，直接傳輸HD影像的方式，在CCTV領域迅速延燒。
從Gennum和Stretch主導的HDcctv聯(lián)盟于2010年點火開始，HD-SDI成為臺、中、韓等安控制造重鎮(zhèn)的顯學。一時之間，觀念更新、研發(fā)的艱辛、殺出紅海的期盼，在安控HD化的過程中交織而糾結。對CCTV族群而言，HD究竟是比較容易，或者其實比較難，是不易回答的論題。包括設備兼容性、影像訊號的純度、傳送的距離、低延時性要求、后端壓縮效率、影像分析的效能、電力供應、控制訊號、與IP網(wǎng)絡的介接，顯示播放的格式，甚至是電子物料成本本身，都已是極大考驗。到底目前臺面上有幾種實現(xiàn)SDI的方案？該具備哪些相關技術？除了SDI還有哪些HD替代架構？實時影像是不是唯一要求？光纖或其他線材有沒有機會？
種種HD系統(tǒng)開發(fā)上的疑惑，我們透過Tx和Rx的探討來跨越。
SDI功能由不同單元組成
現(xiàn)今我們在安控R&D圈中看到的SDI芯片方案，甚至包括FPGA，早在2007年就多已成型。在當時美國的傳播媒體展(NAB2007)中，芯片廠針對3G-SDI(第三代序列數(shù)字接口)各自推出不少解決方案。這些公司包括Gennum(現(xiàn)已并入Semtech)，NationalSemiconductor(NS，現(xiàn)并入德州儀器)、Altera與Xilinx等。其中Gennum日后發(fā)展出GV7600/GV7601芯片在安控之所以有名，除了是HDcctv的推動主力，另一方面也是率先將Tx和Rx等離散型的芯片架構整合為一的緣故。例如其發(fā)射端(Tx)的芯片就是串行器(Serializers)加上電纜驅動器(CableDrivers)，而接收端(Rx)芯片即為解串行器(Deserializers)加上電纜均衡器(Equalizers)，可精簡攝影機和DVR的設計。現(xiàn)任Semtech亞太區(qū)業(yè)務經理許文隆就表示：「因為我們芯片的成功來自廣播電視領域的肯定，因此會有許多客戶的研發(fā)單位，將我們發(fā)表于安控應用的GV7600和GV7601運用在其他相關領域如電視墻、醫(yī)療內視鏡及MachineVision等。事實上，例如將HDMI訊號延伸至100米以上的轉接器和Extender設備，確實都可以有不錯的發(fā)揮?！惯@相當程度批注了SemtechCanada(Gennum)芯片的質量能力。
SDI芯片整合程度影響設計
未來SemtechCanada也將陸續(xù)發(fā)表植基于現(xiàn)有安控應用芯片的附加功能新芯片，如由監(jiān)控端透過同一條同軸電纜，向攝影機端傳輸控制訊號、聲音等數(shù)據(jù)的解決方案。
從技術面拆解來看，SDI全名是串行數(shù)字接口，是一系列由SMPTE(TheSocietyofMotionPictureandTelevisionEngineers)電影動畫和電視工程師協(xié)會所定義的格式。這種SDI標準串行接口都用于傳輸未壓縮且無延時的數(shù)碼視頻訊號，同時能嵌入Audio音訊和Data句柄。SDI標準目前有五種，其中SMPTE-292M標準的HD-SDI，主要用于廣播級視頻的數(shù)字視頻接口，它以1.485Gbit/sec傳送720P及1080i的畫面格式。
此外，還有俗稱為3G-SDI采用SMPTE424M標準規(guī)范的高解析晰電視定義格式，可提供2.970Gbit/s為1080P的高速影像數(shù)據(jù)傳輸接口。在安控運用上，是采用HD-SDI與3G-SDI居多。而要實現(xiàn)這種傳輸架構，除了同軸纜線(包括接收端設備內)和BNC接頭，它主要是靠幾個組件共同組成。以TI(NS)推出各別芯片種類表示，包括電纜均衡器(Equalizers)、電纜驅動器(CableDrivers)、頻率重整器(Reclocker)、串行器(Serializers)、解串行器(Deserializers)、影像時序控制器(VideoTiming)和其他特殊控制功能的IC等。這就表示在HD安控的SDI芯片陣營中，就粗分為整合型如Semtech(Gennum)和TI(NS)的離散式等兩種典型。其余推出分離型組件，還有EqcoLogic和Mindspeed等公司。
SDI芯片整合程度影響設計
至于SDI芯片的另一種區(qū)分法，尤其在安控中會比較明顯的，就是單路和多路的差別，主要是指高速解串行器(Deserializers)方面，是否有4路整合的情況。目前所知能夠有4路的方案，大多由FPGA擔綱，如Lattice、Altera和Xilinx；即使有如韓國SiliconGear公司開出整合HD等級MUX與4路解串行器單顆芯片，其實里面仍為FPGA本質。至于何時真正能有ASIC是4路合1，或許等市場更穩(wěn)定成熟，就會有些安控老牌
芯片廠推出產品。特別說明，均衡器(Equalizers)則不適宜作多路整合，這牽涉過于密集的電路布線與干擾等問題。
此外，SDI包括CableDriver和Equalizer等組件，都含有混合訊號技術，在并入德州儀器(TI)以前，NS就是知名的模擬芯片供應廠。而眾所周知，原本TI在數(shù)字方案，包括DSP/SoC等許多方面，對于安控IP攝影機和DVR/NVR設備主控芯片端，就已具備強大的支持力道，在安控業(yè)界起指標性作用。合并NS除了讓TI的整體模擬芯片實力壯大，事實上對HD安控的設計方案更別具意義。于今年四月CompoSec(第四屆全球安控電子技術論壇)，德州儀器負責SDI產品的講員，資深應用工程師曾祥華，就已經發(fā)表前后端模擬和數(shù)字芯片的整合
設計，TI已能針對無壓縮HD攝影機和HD-DVR提出更整體的解決方案，讓新架構導入更為順暢。
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TI(原NS)各類SDI組件配合精簡FPGA，與Semtech(原Gennum)的SDI芯片在延長傳輸距離，簡化系統(tǒng)設計方面，于安控應用面正延續(xù)2007年以來的競爭。光是細究SDI技術領域，各種透過IC半導體來實現(xiàn)HD傳輸?shù)姆绞剑@然已呈現(xiàn)多元的樣貌；當然也有很多人討論到這樣的高畫質訊號，或許可采用HDMI或是DVI的通道，如單以HD-SDI來定義這種不壓縮的高畫質方案不恰當?！栋踩?amp;自動化雜志》資深顧問張淂福表示，基于訊號格式傳輸及方便施工與替代性，以BNC這樣的SDI連接器，對監(jiān)控應用最有利，相對也就被大量采用，并成為HDcctv聯(lián)盟極力推動的一種標準格式。
HDcctv與長距離的考驗
一般印象中，「HDcctv傳輸距離較短」是許多安控工程商常提出的問題之一，就算用同軸電纜也只能逼近150米，這使得系統(tǒng)設備商仍須提供延長和中繼設備(Repeater)，其中都必須要內建Tx和Rx，也就是SDI芯片，如果再加上電力供應和控制訊號，就容易墊高成本。許文隆表示：「因應安控行業(yè)的需求，特別有針對Rx改版為GV7601A，較先前的版本可多提供增加60米傳送距離，總共可達200米遠?！?/p>
針對SDI傳輸配套方案，有些工程端已靈活運用光纖來轉接，延長傳輸距離。這樣的考慮方向，直接形成光纖材料和模塊在安控的新機會點，從今年的CompoSec安控電子展上，也能觀察風象。張淂福則表示，目前有些系統(tǒng)制造商已經開始重視這個問題，除了積極開發(fā)新的3G-SDI產品，以傳輸速率來增加SDI的傳輸距離外，同時也會選擇FPGA設計架構去設計HD-SDI的Tx芯片。例如可采用Dirac影像壓縮技術，以達到無壓損失(losslesscompression)的無中繼傳輸，最遠距離能達到300米的效能。
同樣能將不壓縮原始影像訊號傳遞達150米(或說同在150米限制內)，還包括最近以色列的IC設計公司ValensSemiconductor所推動的HDbaseT方案。
比較特別之處，是不透過HDMI傳輸，不像SDI一樣走同軸電纜，也不是透過LVDS接口電路，而是經由一般最常見的cat5e/cat6a網(wǎng)絡線(LANCable)進行傳輸，也就是我們很熟悉的RJ45網(wǎng)絡接頭。目前首波推出一對Tx和Rx芯片，并聲明是針對安控應用開發(fā)，可傳遞無壓縮和高音質1080p@60fps影像，150米最大延遲僅10微秒。
HDbaseT將網(wǎng)絡線當影音頻號線
用網(wǎng)絡線來跑高畫質影音訊號當然是新鮮的，就像是我們的DVD或BD藍光機，甚至手持裝置的周邊接到電視屏幕，都用網(wǎng)絡線來當訊號線的情況。網(wǎng)通相關技術勢力的滲透力自是不容小覷，但是發(fā)揮在這個面向上確實少見。
HDbaseT聯(lián)盟早在2010年便已挾著電力、控制訊號、網(wǎng)絡信息流、音頻、高畫質的五合一功能，向HDMI接口下戰(zhàn)帖，所以也可以方便將其看為走網(wǎng)絡線的HDMI。除了ValensSemiconductor，包括LG、Samsung和Sony都是核心成員，不難感受其企圖心。
有了SDI方案的前車之鑒，如今HDbaseT對于將方案推廣到安控市場更具信心。Valens的亞太區(qū)總監(jiān)林浩原表示：「我們最大的競爭對手就是自己！當其他方案為了HD影像的傳遞效能，已全力而為之，VS020剛剛起步，在規(guī)格面卻已產生先天的優(yōu)勢?！?/p>
HDcctv用數(shù)字電視技術傳安控影像
回歸安控設計的本質
除了要選擇方案，有幾種關于安控的備選技術，可優(yōu)先排除，避免徒增研發(fā)和應用障礙。
首先是攝影機和儲存設備間，關于TCP/IP的繁瑣設定。高畫質一定透過網(wǎng)絡設備來實現(xiàn)嗎？前端就進行
影像壓縮工作的影響為何？影像分析于何處用哪一種數(shù)據(jù)格式進行？
上述的HD傳輸芯片供應端，已用無壓縮影像的高速鏈接方案提出示范。然而，如果我們關心安控工程端，勢必能察覺上述理想化方案，有一道新門坎：實時無壓縮(RAWData)傳輸！要完全落實這項訴求，絕不是只更換優(yōu)質線材的成本就可輕易實現(xiàn)。
HD影像確實是安全監(jiān)控的產品趨勢，而且不可逆轉；然而什么是HD影像呢？「不壓縮」必定不是在定義內，否則我們看過的DVD、藍光片，網(wǎng)絡影片，甚至HD層次的網(wǎng)絡攝影機都沒資格說自己是高畫質，因為這些訊源，都是經過壓縮處理。
HDcctv用數(shù)字電視技術傳安控影像
松翰科技產品經理涂宗憲就對此表示，他相信一定有個新的設計動能，來自于HD的影像需求，并且兼顧傳輸和管理方便性，在布在線不用費力更改，就像目前模擬攝影機和DVR之間讓業(yè)界累積的直覺和信賴感；不用耗費額外中繼傳輸?shù)某杀荆m度的壓縮處理也能夠容許，并且對于IP網(wǎng)通的架構整合也帶有方便性。
也許，我們可以期待這樣的安控攝影解決方案，會是新一波投入安控的IC設計產品發(fā)表重點。說到臺廠的IC，切入HD安控提供Tx和Rx最亮眼的代表，從2012年看過來，應該就是ITE聯(lián)陽半導體，以及他們推動的ccHDtv架構。他們不但完全實現(xiàn)上述HD和非IP架構的描述，而且藉用他們在數(shù)字電視領域累積的經驗，所提出技術本質為DVB-T的方案，即可實現(xiàn)用同軸電纜「串接」和「并接」等方式拉回儲存端管理，確實節(jié)省了布線成本耗損。透過「多對一」和「一對多」靈活的分流管理，為HD安控領域注入鮮活的研發(fā)方向。
也許有人發(fā)現(xiàn)，這樣的架構在安控或許是新鮮的，然而在第四臺業(yè)者、數(shù)字電視(尤其是歐洲地區(qū))早已行之多年。而車內收看的電視頻道，就是透過DVB-T無線傳輸。這意味HD無線化的可能性，也是ccHDtv的架構優(yōu)勢。聯(lián)陽半導體的資深營銷經理賴勝中說：「無線化或許在臺灣有頻道管理上的考慮，但若是在閉路系統(tǒng)中，完全就沒有這層法規(guī)和安全性顧慮?！惯@說法蠻務實貼近安控的系統(tǒng)工程實況。他補充：「建置在攝影機尾端的Tx芯片，是參考各方看法和需求性，為安控開發(fā)的全新IC，盼望使臺灣產業(yè)擁有堅實而創(chuàng)新的方案?！?/p>
當我們再次聚焦HDcctv的HD-SDI各種芯片架構，包括FPGA、分離型、整合型芯片；參考了走上網(wǎng)絡線的HDbaseT，并且有多任務能整合優(yōu)勢；再回看臺灣推動的ccHDtv架構，藉DVB-T的成熟技術運用于安控；很顯然，安控對HD影像的需求是不言可喻，并且一直將非IP化列為其中一種必要的設計考慮。
不論我們是走在哪一種設計路線，盼望都伴隨一條能開創(chuàng)應用形態(tài)，同時也有源源不絕技術支撐的源泉。
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