數(shù)字視頻監(jiān)控市場(chǎng)十多年來(lái)高速發(fā)展、高歌猛進(jìn)，完全是現(xiàn)代化節(jié)奏和聲勢(shì)。只要看看公共場(chǎng)所無(wú)處不在的攝像頭密度，就能知道監(jiān)控在多大程度上影響到人們工作、學(xué)習(xí)和生活的方方面面。在數(shù)字安防監(jiān)控市場(chǎng)上，“高清智能”已成為人們耳熟能詳?shù)臒狳c(diǎn)和賣點(diǎn)，便無(wú)疑成為視頻監(jiān)控現(xiàn)代化的象征。然而，視頻監(jiān)控所帶給人們的視覺(jué)體驗(yàn)和即時(shí)操控是否已經(jīng)足夠完美?還能留給后現(xiàn)代發(fā)展多大空間?這正是本文所試圖回答的問(wèn)題。作為資深安防人，處于后現(xiàn)代的視頻監(jiān)控階段，仍然關(guān)注追求更高境界。為此，通過(guò)回顧安防視頻監(jiān)控的淵源和歷史，分析和闡述技術(shù)創(chuàng)新在數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要作用，希望對(duì)有益于未來(lái)提高視覺(jué)效果和智能體驗(yàn)的核心技術(shù)走向有所關(guān)注和展望。
1視頻監(jiān)控淵源與數(shù)字化進(jìn)程
縱觀視頻監(jiān)控整個(gè)行業(yè)發(fā)展的歷程，主要追求的無(wú)非是圖像質(zhì)量、資源效率和管理效益。視頻監(jiān)控起始須追述到閉路電視系統(tǒng)(CCTV)，后因采用視頻錄像機(jī)(VCR)才擴(kuò)大視頻監(jiān)控應(yīng)用。監(jiān)控的視覺(jué)感受隨攝像機(jī)分辨率線數(shù)增加而提高，通過(guò)同軸線纜輸出視頻信號(hào)，連接到模擬視頻設(shè)備。由于受模擬視頻線纜傳輸長(zhǎng)度和衰減限制，CCTV只支持本地監(jiān)控，監(jiān)控能力和擴(kuò)展性極其有限。
數(shù)字化視頻是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字壓縮處理，便催生出硬盤錄像機(jī)(DVR)。DVR屬于半模擬-半數(shù)字方案，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和資源進(jìn)行改造。DVR可支持錄像和回放，連接IP網(wǎng)絡(luò)，而與模擬攝像機(jī)通過(guò)同軸電纜連接。早期的MPEG-1視頻圖像質(zhì)量強(qiáng)差人意，MPEG-2效果雖可接受，但存儲(chǔ)量大且價(jià)格高。直到MPEG-4和H.264標(biāo)準(zhǔn)相繼出現(xiàn)，才使DVR流行起來(lái)，雖視覺(jué)體驗(yàn)與高質(zhì)量CCTV系統(tǒng)相比仍處于下風(fēng)，但畢竟后續(xù)還有高清的過(guò)渡。數(shù)字視頻帶來(lái)智能視頻分析技術(shù)的興起。
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPNC)是數(shù)字視頻監(jiān)控?cái)?shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化相結(jié)合的產(chǎn)品形式，作為純數(shù)字方案將視頻監(jiān)控系統(tǒng)由集中式轉(zhuǎn)向分布式，其高清分辨率從720P30起到1080P60，足以挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的CCTV系統(tǒng)，而解碼采用網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)(NVR)實(shí)現(xiàn)。至此，H.264格式實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，視頻監(jiān)控得以建立網(wǎng)絡(luò)體系之上。盡管數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化迅速成為視頻監(jiān)控的主導(dǎo)，但模擬視頻技術(shù)也在演進(jìn)中有所作為。
2視頻監(jiān)控的高清化浪潮涌動(dòng)
當(dāng)視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了成熟的現(xiàn)代化階段，數(shù)字高清就成了行業(yè)推進(jìn)的主流技術(shù)，有關(guān)介紹如汗牛充棟就無(wú)須多談。然而隨著應(yīng)用需求的不斷提高，對(duì)于圖像視覺(jué)體驗(yàn)和智能分析精度有所苛求，數(shù)字化視頻的制約就不斷顯露。數(shù)字視頻壓縮帶來(lái)原始圖像信息損傷是不爭(zhēng)的事實(shí)，壓縮解壓過(guò)程及網(wǎng)絡(luò)化的傳輸必然存在延時(shí)，對(duì)于數(shù)字高清實(shí)時(shí)處理更是如此。于是，回溯到視頻前端，如何將原始采集高質(zhì)量圖像采用高保真技術(shù)手段進(jìn)行傳輸便是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的同軸電纜成為多種技術(shù)的載體，這就成就出同軸高清技術(shù)。同軸高清對(duì)視頻監(jiān)控的保證在于，第一、人眼所看到高清圖像無(wú)任何損失且感覺(jué)不到傳輸延時(shí);第二、優(yōu)質(zhì)高清視頻信號(hào)無(wú)壓縮帶來(lái)的失真以提高智能視頻分析的高可靠性;第三、實(shí)時(shí)掌控和操縱高質(zhì)影像畫面而獲得更好的視覺(jué)體驗(yàn)和即時(shí)反應(yīng)。同軸高清的新一波沖擊在數(shù)字和模擬展開(kāi)。
借鑒廣電領(lǐng)域成功的同軸高清傳輸技術(shù)極高視覺(jué)體驗(yàn)，源于數(shù)字演播室的串行數(shù)字接口(SDI)得到新的應(yīng)用。采用HD-SDI接口與后端編解碼器和視頻服務(wù)器匹配，并配合高清視頻矩陣直接投影到大屏幕，充分展現(xiàn)無(wú)損高清效果。HD-SDI解決方案可在原模擬監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級(jí)，特別適合實(shí)時(shí)監(jiān)控要求高的場(chǎng)合。同軸電纜同傳視音頻使模擬系統(tǒng)簡(jiǎn)化，而所傳輸控制信號(hào)同線傳輸，節(jié)省布線成本。但是，總體而言HD-SDI造價(jià)還是偏高，雖然標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際開(kāi)發(fā)，但在安防市場(chǎng)對(duì)價(jià)位很敏感。
回歸到模擬技術(shù)的同軸高清方案成本要低，于是就有了多種模擬同軸高清技術(shù)，其中HDCVI、HD-TVI、AHD最具代表性。
模擬同軸高清電纜傳輸技術(shù)推廣仍存在一些障礙需要突破。因?yàn)閭鬏斶^(guò)程中會(huì)有很大信號(hào)衰減，接收端所用均衡恢復(fù)電路很難做到線性，從而產(chǎn)生亮度、色彩失真及清晰度損失。信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中，會(huì)有反射而造成圖像的模糊與拖影。
其次，在于實(shí)現(xiàn)的可控性。模擬同軸高清接收端需要恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)采集接收視頻，若時(shí)鐘信息不足，須嚴(yán)格控制發(fā)收端時(shí)鐘偏差，一般720P時(shí)要求兩端時(shí)鐘晶體間頻率精度達(dá)到25ppm以下。所恢復(fù)出信號(hào)信噪比具有隨機(jī)性，隨分辨率和像素時(shí)鐘頻率的提高，對(duì)發(fā)接端時(shí)鐘偏差要求將進(jìn)一步提高，以致在工程中難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致模擬同軸高清很難向上兼容，將導(dǎo)致不同廠商的攝像機(jī)與DVR間，甚至相同廠商不同批次產(chǎn)品間容易產(chǎn)生兼容性問(wèn)題。
3視頻監(jiān)控后現(xiàn)代的高清創(chuàng)新技術(shù)
既然高清優(yōu)質(zhì)圖像將成為數(shù)字視頻監(jiān)控后現(xiàn)代的追求，承擔(dān)傳輸高保真視頻圖像的載體為同軸電纜，但這必然是具有更多創(chuàng)新亮點(diǎn)的數(shù)字同軸高清技術(shù)。
模擬同軸的技術(shù)瓶頸確實(shí)難以消除，而對(duì)數(shù)字同軸卻有繼續(xù)發(fā)展的途徑。采用不同于模擬同軸高清的數(shù)字長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)，在發(fā)射端先對(duì)視頻信號(hào)施以專有高性能算法做視頻無(wú)損壓縮以便降低信號(hào)帶寬。傳輸端進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，接收端進(jìn)行糾錯(cuò)并解壓縮恢復(fù)無(wú)損視頻信號(hào)。先進(jìn)視頻傳輸技術(shù)(AdvancedVideoTransport，簡(jiǎn)稱：AVT技術(shù))是一項(xiàng)值得關(guān)注的技術(shù)，所使用高性能算法實(shí)現(xiàn)的視頻無(wú)損壓縮最低可以20MHz帶寬傳輸高清視頻信號(hào)，是模擬同軸高清方案40MHz的一半，從而提供更好的線路兼容性，如廣泛應(yīng)用的標(biāo)清D1系統(tǒng)。
數(shù)字同軸高清更加穩(wěn)定可靠的表現(xiàn)在無(wú)需外接視頻信號(hào)放大器，不用外接ESD保護(hù)器件，并且既可以在同軸電纜上傳輸也可以在雙絞線上傳輸。視頻信號(hào)因數(shù)字傳輸而無(wú)失真、不衰減，無(wú)論傳輸多遠(yuǎn)，圖像質(zhì)量因在好的還原性下保持一致性，更不該有模擬同軸高清所無(wú)法避免的拖影等問(wèn)題。相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)高清所使用幀內(nèi)視覺(jué)無(wú)損壓縮技術(shù)幾乎無(wú)延時(shí)，傳輸再遠(yuǎn)系統(tǒng)復(fù)雜度也不高，這都是AVT技術(shù)的特色。
至于支持一根五類網(wǎng)線傳輸四路視頻信號(hào)，采用AVT技術(shù)接收四路視頻信號(hào)之間沒(méi)有干擾與重影，該方案對(duì)發(fā)射端與接收端的時(shí)鐘偏差要求為500ppm，比模擬同軸高清放寬20倍，適用于低溫、高溫、室外、車載等要求高的環(huán)境。對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性也至關(guān)重要，如果一個(gè)DVR接口可以兼容AVT、HD-SDI或SDI攝像機(jī)，那么對(duì)于整體數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是很大的貢獻(xiàn)。這就要求提供基于AVT技術(shù)完整的系統(tǒng)解決方案，支持高達(dá)96k采樣率2/4通道正向音頻及8k采樣率單通道反向音頻，以及雙向UART、I2C協(xié)議，并可正向傳輸SPI高速協(xié)議。安防監(jiān)控系統(tǒng)由此增加更多可能性，如用戶可在DVR端對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及軟件更新。通過(guò)AVT技術(shù)提供的分路器、轉(zhuǎn)接器芯片方案，更大規(guī)模超長(zhǎng)距離高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成將變得輕而易舉。
總而言之，數(shù)字視頻監(jiān)控行業(yè)邁過(guò)一個(gè)黃金的現(xiàn)代化年代后，仍然保持著旺盛的創(chuàng)新沖動(dòng)。后現(xiàn)代將開(kāi)啟又一個(gè)激情四射的年代，但更多的是充滿理性和智慧的律動(dòng)。在此需要對(duì)在安防領(lǐng)域孜孜不倦、堅(jiān)定不渝的創(chuàng)新者們點(diǎn)個(gè)贊!
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