HD-SDI摄像机在CATV监控中的应用

　　一、背景介绍

　　安全监控系统从模拟走向数字，从封闭式迈向开放式网络化，影像质量也越走越高，进入百万像素时代，并且对于产品更加智能化更无疑义。这些方向都是大势所趋，业界也乐于面对接受挑战。不过让安控产业头痛的问题在于互操作性，在各家产品系统规格不一的情况下,无法互通又怎么建构开放的连网环境呢?

　　有鉴于此,从08年开始先后有PSIA联盟与ONVIF论坛发起，去年继有HDcctv联盟成立,都希望建立联盟势力然后实现一统监控标准规格的愿景。相对于拥有Axis，Sony，Bosch等安防巨头的ONVIF和拥有Cisco、GE、Honeywell与Panasonic等实力雄厚的联盟成员的PSIA，HDcctv联盟并不为人所知，标准阵营规模也较小，特许会员包括HD-DSI芯片设计业者Gennum、视频编译码技术新创公司Stretch、摄影机制造商Ovii、中国台湾的安全系统ODM厂商EverFocus公司和CSST。

　　HDcctv联盟针对模拟CCTV升级而成立，针对高画质保全系统应用所开发的一项新标准。HDcctv已经发表了0.9版的标准内容，负责推动新标准的组织HDcctv联盟期望能在09年9月推出采用最终1.0版标准的摄影机，并计划今年推出完整的系统。而新标准原本是定义关于透过HD-SDI链接来交换视频分辨率与讯框率信息的交握协议;HDcctv联盟希望未来的标准版本还能透过HD-SDI缆线支持双向语音与电力。跟其他阵营诉求IP化不同的是，HDcctv是标榜让现行模拟CCTV系统业者升级至HD画质的便捷之路。

　　目前ONVIF、PSIA与HDcctv仍旧是壁垒分明，分别在网络与闭路高清中扮演重要的角色。

　　网络部分，ONVIF、PSIA带给网络监控最明显的好处就是统一了标准。基于SOAP的ONVIF，比起基于REST的PSIA定义显得更为严格，可保证百分百的兼容，但在整合性上后者则比较有弹性，较容易与门禁等其它安防系统做整合，以目前看来，ONVIF由于其主要成员在网络监控垄断了几乎六成的市场，似乎比起PSIA更加强势，但不论最后是共存还是由一方胜出，由兼容性所带来的成本降低将会推动网络监控在未来几年更快的实现。

　　而在HDcctv(闭路高清)的部份则是依赖其特性强攻大型专案之外的市场，比如初始布线即为CCTV要升级为高清CCTV的市场，或者需要实时视频监控的区域，比如赌场与注重实时转播的地方。闭路高清(HDcctv)兼顾了模拟监控的方便性与网络高清的图像画质，让使用者在最熟悉的环境下实现全高清视频监控。

　　二、技术特性对比

　　随着人们对视觉效果要求的不断提高，画面的清晰度也在不断的提高，“高清”的概念也得到了广泛的认识。在电器卖场，随处可见的，如：家用高清数字摄像机、全高清液晶电视、蓝光DVD等等，1080P和720P已经成为了目前衡量画质的一个标准并且被广泛接受。

　　在视频会议领域，自2006年LifeSize推出业内第一款720P产品，到后来科达推出业内第一款1080P产品，高清早已获得应用，并已成为目前的主力市场。而在视频监控领域，受各种因素的影响，高清才刚刚起步。而近几年“高清”的概念在视频监控行业火热以来，越多来越多的厂商开始推出“高清”化的产品。透过市场上品类繁多的“高清产品”背后，我们发现，有很多产品对“高清”的指标理解不一，表现效果也是千差万别。那么，视频监控行业“高清”的概念究竟是什么呢?

　　根据美国电影电视工程师协会(SMPTE)、国际电联(ITU)和我国国家广电的相关定义，真正的高清视频格式目前主要有三种：720P(1280*720分辨率，16:9宽屏显示，逐行扫描/60Hz);1080i(1920*1080分辨率，16:9宽屏显示，隔行扫描/60Hz);1080P(1920*1080分辨率，16:9宽屏显示，逐行扫描/60Hz)。其中，1080P是最高等级的高清视频清晰度标准。

　　在这个新的方向上对于高清摄像机也有了新的要求。首先是相机的分辨率，高清信号源才能使HDTV发挥出自己高清的本色，这点当然需要百万像素的相机才能达到。然而，“百万像素”概念并不是一个公认标准而只是行业采用的一个最佳实践，它具体指数字摄像机的图像传感器元素的数量。由于高分辨率往往伴随着大量的图像数据，这常常会影响帧速率。因此，仅仅有百万像素摄像机还不能保证高图像质量。相比之下，满足任何给定HDTV标准的网络摄像机一定能够提供某种分辨率、帧速率和色彩保真度，从而始终确保视频质量。全高清1080P则是最好的选择。所谓全高清(FULLHD)，是指物理分辨率高达1920×1080显示(包括1080i和1080P)，其中i(interlace)是指隔行扫描;P(Progressive)代表逐行扫描，这两者在画面的精细度上有着很大的差别，1080P的画质要胜过1080i。对应地把720p称为标准高清。很显然，由于在传输的过程中数据信息更加丰富，所以1080p在分辨率上更有优势，尤其在大屏幕电视方面，1080P能确保更清晰的画质。

　　其次就是摄像机接口的选择。这正意义上的高清接口包括HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI这几种，而从下表中可以很清晰的看到，在目前的高清数字接口中HD-SDI接口的综合优势。同时，HD-SDI又是广电行业的标准接口，因此可以说HD-SDI是最适合的纯高清数字接口。

　　经过对高清视频监控市场多年的调研，加之图像行业长达14年的积累，凌云公司强势推出了以高清接口HD-SDI为主打的高清监控摄像机，命名为Magnolia----木兰，为中国的机器视觉企业与高端监控行业接轨做出了新的尝试，也为闭路高清监控(HDcctv)领域提供了一款极其竞争力的高品质产品。下面就凌云公司的HD-SDI摄像机与市场上一般的高清IPCamara在技术参数上进行一下全方位的对比：

　　我们从上面的技术参数进行细细分析，可以得出HDcctv相对于IPC的三大优势：

　　1.不失真的可靠度：它不像数字监控资料是在压缩后以封包方式网络传输，以未经压缩的数字资料在同轴电缆上传输，不会失真;HDcctv所提供的未压缩过的高清图像，可提供智能监控所需的最佳高清图像来源。

　　2.高清等级的实时图像：它在传输过程中没有产生压缩与封包化的动作，不会像一般数字高清产生图像延迟问题，在讲究实时监控的场合特别适合，例如赌场;

　　3.如同CCTV一样的安装方式：使用已有的同轴电缆线从模拟升级到FullHD的分辨率，只要更换摄像机与DVR即可，比起转换到IP网络监控，经销商/工程商不需再做额外的升级和学习复杂的网络知识;可在同轴电缆上多任务传输：并同时传输视频/双向音频/双向控制/电源，节省布线成本;

　　Magnolia一经推出，就有幸参与到了上海浦东新区城市监控高清覆盖项目，这一截止到目前国内最大单一视频监控项目，也是目前全球最大的高清监控项目。该项目有超过一万余个监控点，大规模采用了高清技术，成为中国监控市场上第一个名副其实的大型高清监控工程，具有深远的代表意义。凌云公司为其提供了系列高清监控产品，并成为高清摄像机提供商之一，实现了1080P的CCD高清视频采集，为世博提供了有力的安全保障。

　　然而，在传统的闭路高清领域，HD-SDI摄像机仍然有更加广泛的应用范围，下面就以一个实际案例来展示一下HDcctv方案在CATV监控中的应用。

　　三、HD-SDI摄像机在CATV监控中的应用

　　CATV称为有线电视网,由有线电视公司运营,提供广播业务,包括电视,图文电视等,CATV网采用模拟传输方式,是一种模拟网络基本上，CATV电缆是用作宽带传输，有别于其他以太网物理层所采用的基带传输，宽带布线系统可将频带分割成不同频谱，而再通过不同频带去提供不同服务，此种技术已于有线电视广播上广泛采用，在同一电缆上同时提供多种电视频道，由于每一频道都占用不同频带，所以能够互不干扰。

　　HD-SDI高清摄像机：直接输出1080P高清格式的视频可以和广电后端设备直接连接.如凌云公司的Magnolia是一款为ITS及高端监控量身定制的高清相机。它除了具有标准监控相机的3A功能(AutoShutter,AutoGain,AutoIRIS)以外，同时还具有AutoGamma这一独特的功能，配合上相机本身的高灵敏度，高信噪比，高动态范围等一些列的特点，为我们夜间的图像效果及图像亮度提供了良好的保障。

　　　HD-SDI光纤收发器：HD-SDI的传输距离只有100米左右，通过光纤收发器可以解决长距离传输问题，并且体积小巧，可以和相机一起安装在防护罩内

　　高清编码器：编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。高清相机输出的数据量非常庞大(1.45Gbps)，高清编码器可以有效地对于庞大视频数据进行处理，压缩成符合QAM调制器要求的H.264格式的数据，便于下一步的处理。

　　码流复用器:将多个单节目TS流或多节目TS流，复接为一个包含这些码流内容的多节目TS流。一般，复用器还提供PID、ServiceID、TansportID、SI、PSI的映射和生成等功能。可将不同来源如MPEG-2、H264编码，其他业务TS码流输入到多路单节目TS(SPTS)码流或多节目TS(MPTS)数据，复接成一路多节目TS(MPTS)码流。同时，它可对输入的所有节目的PSI/SI表的PID进行过滤，重新生成和编辑。并可在输出码流中插入EPG\CA及数据广播信息。

　　QAM调制器：QAM调制器的工作原理是这样的，发送数据在比特/符号编码器内被分成两路(速率各为原来的1/2)，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。与其它调制技术相比,QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。即通过调制,可生成机顶盒可以接收处理的数字信号.数字电视中的QAM调制解将TS流进行QAM64调制，即将TS流的基带信号调制到载波上，然后送入有线电视网。

　　高清数字机顶盒:机顶盒的全称叫做“数字电视机顶盒”，它是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，通过电视显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节目。它采用了兼容的办法，在中国一直延续到现在。因此,高清数字机顶盒则是将数字电视信号转换成高清信号的变换设备,一般配有HDMI高清数据接口,可在相对应的电视上呈现最高为1080P的画质.

　　政府法律机构，如法院、检察院等作为国家的重要的部门，不仅要求办公环境典雅舒适，更要求具有安全性和可靠性,为了确保大楼的安全以及保证审判过程的公正与公平，杜绝审判过程的渎职行为，在意外情况发生时，避免事态扩大，及时得到控制，闭路监控的设计将确保法院的安全。而广播电视网络做为一种比较成熟的应用方案非常符合这类场所的特殊要求，通过现有的成熟的光电设备进行编码，整合，调制等步骤可以将原始的监控信号完美的传入各种符合广电标准的网络，再通过数字机顶盒的解码可以还原信号。对于用户来说实时监控可以入收看电视节目一样的轻松。

　　目前，我们正处于画质革命的时代里。高清数字摄像机在逐步的取代之前的模拟设备，而对于广电网络监控领域，市面上的IP高清网络摄像机不能利用现有的资源，如果要做系统升级的话，那么现有的整个体系将会完全被改变，必然会带来成本上的增加以及资源的浪费。

　　而具有HD-SDI接口的高清数字相机就非常适合作为设备替换的首选。HD-SDI是一个物理形态为BNC的接口，而且也是广电行业的专用接口，只需将编码器，解码用的数字机顶盒换成支持高清的就可以形成新的高清监控系统，原有的线缆，调制器，码流复用器等设备都可以保留，节约了很大的成本。高清晰的画质更加描绘所拍场景的细节，使监控系统更完美，更高效。