高清視頻監(jiān)控技術近年來得以迅速發(fā)展，主要是因為它解決了人們在正常監(jiān)控過程中對“細節(jié)”看不清的問題。“高清”即“高分辨率”。關于高清的定義，對于安防行業(yè)來說卻是一個后來者。高清的定義最早來源于數(shù)字電視領域，高清電視，又叫“HDTV”，是由美國電影電視工程師衆(zhòng)-會確定的高清晰度電視標準格式。電視的清晰度，是以水平掃描線數(shù)作為計量的。它的集中高清劃分方式如下：1080i格式，是標準數(shù)字電視顯示模式，1125條垂直掃描線，1080條可見垂直掃描線，16：9，分辨率為1920×1080，隔行/60Hz，行頻為33.75KHz。

　　720p格式，是標準數(shù)字電視顯示模式，750條垂直掃描線，720條可見垂直掃描線，16：9，分辨率為1280×720，逐行/60Hz，行頻為45KHz。

　　1080p格式，是標準數(shù)字電視顯示模式，1125條垂直掃描線，1080條可見垂直掃描線，16：9，分辨率為1920×1080逐行掃描，專業(yè)格式。

　　高清電視，就是指支持1080i、720P和1080P的電視標準。

　　而在安防行業(yè)，傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)最高可達標準清晰度，進行數(shù)字編碼后，一般可以達到4CIF或D1的分辨率，約為44萬像素，清晰度在300至500線之間;采用高清網(wǎng)絡攝像機的IP監(jiān)控，如果要達到800電視線的清晰度，那么網(wǎng)絡攝像機的分辨率至少要達到1280×720的標準，約90多萬像素;若采用200萬像素的網(wǎng)絡攝像機，就達到了超高清圖像的要求，寬高比為16：9的網(wǎng)絡攝像機，對應分辨率為1920×1080，寬高比為4：3的網(wǎng)絡攝像機，對應分辨率為1600×1200。安防行業(yè)更多的是借用電視領域的高清劃分標準，俗稱為“高清”和“標清”。

　　安防市場中已經(jīng)出現(xiàn)了分辨率能夠達到1080i和720P的網(wǎng)絡攝像機，因為網(wǎng)絡給高清視頻的傳輸提供了一個很高的保障。當然也有具有高清傳輸接口的模擬攝像機，如具有Y/Pb/ Pr和VGA接口的槍機或一體機。

　　“高清”的采集

　　高清的視頻效果的保證首先來源于高清信息的采集，如果沒有前端高清視頻采集，無法談及后端的高清效果。無論是槍機、一體機還是網(wǎng)絡攝像機、模擬攝像機，采集的原理都是一致的，只是技術和器件上的區(qū)別。高清視頻的采集最重要的是感光元器件的性能，至于CCD和CMOS各有優(yōu)劣，在高清監(jiān)控領域，也都有所應用。CMOS在高像素方面有著一定的優(yōu)勢，而CCD對監(jiān)控場景的適應性更佳。我們也不妨擱置爭議，由市場需求來判別孰優(yōu)孰劣。

　　總而言之，在CCD和CMOS對于高清監(jiān)控市場已經(jīng)均有應用，CCD由以前1/4英寸到1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等，代表了其技術的不斷發(fā)展，再經(jīng)過圖像處理芯片的配合，能夠達到分辨率720P甚至1080i的輸出。CMOS技術也在成像方面不斷進步，加上其成本低廉、便于集成也為廣大客戶接受，CMOS類型的監(jiān)控攝像機目前分辨率也能達到1600×1200及以上。同樣，鏡頭要能夠保證進光量和角度，同時還要有一個適宜調焦和光圈來配合感光元器件的成像。因為高清的視頻通常依賴于一個調焦的操作，對于焦距和光圈不滿足實際需求來說，高清攝像機也惘然。在一體機中通常配合較高的變倍來更好的體現(xiàn)高清的效果。

　　高清采集即高清攝像機的發(fā)展受其制約，因為并不局限于高清視頻處理本身，而更多的是高清的市場應用。比如高清傳輸問題、高清設備的配套問題等。所以一個高清的方案將是從前端至后端一整套的高清解決方案，缺少一環(huán)，將不能實現(xiàn)真正的高清。目前更多具有傾向性的解決方案即通過編碼處理實現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸來解決后續(xù)的問題。 [nextpage]

　　“高清”的編碼

　　高清編碼是我們不斷提升的核心技術之一，可以說最終視頻效果好與不好，依賴性最大的是編碼技術的應用。高清編碼處理即將采集的高清信號通過編碼處理轉換為數(shù)字信號并通過網(wǎng)絡的方式進行傳輸，與普通視頻信號的編解碼原理一致。區(qū)別只是更側重于視頻處理芯片的處理能力，即具有高清編碼能力，其輸出的視頻分辨率能夠達到我們劃分的高清標準。

　　目前市場上對于編碼處理芯片廠家也潛在隱性競爭。TI、飛利浦、霍尼韋爾、華為、海思甚至臺灣一些廠家，都在安防市場上角逐。對于在SOC構架下DSP方案和ASIC方案在競爭日愈激烈的安防領域也形成了潛移默化的對手。在此，我們不討論其優(yōu)劣，這點由市場來評價。我們只談高清編碼處理能力問題。對于高清編碼而言，這兩種方案都有所涉及，在高清網(wǎng)絡攝像機、視頻服務器、甚至DVR方面都有所體現(xiàn)。

　　視頻處理單元能夠支持H.264Main Profile、Baseline Profile、MJPEG、JPEG等多種實時編解碼，也支持H.264同時編解碼30fps@D1、MIPEG、JPEG支持最大300萬像素的編碼。H.264Main Profile強大的編碼算法極大提高了視頻質量，并且能夠靈活的提供場編碼或者幀編碼，為客戶支持不同的顯示終端提供了方便，同時視頻處理單元還支持雙碼流編碼，即MJPEG和 H.264可以同時編碼。圖形處理單元能夠提供De-interlace算法處理，靈活的運動檢測。

　　通過高效的編碼處理之后，加上其他通信控制部分的規(guī)劃和設計，比如網(wǎng)絡的適應性、安全性、碼流的封裝格式和傳輸功能。再集成了監(jiān)控所需其它I/O接口，如報警、通訊控制、語音對講等接口，配合RJ-45接口進行傳輸和操作。雖然其中編碼技術比較成熟，但是對于處理高清視頻而言，能力和設計上有待進一步思索和提高，我們要求的高清監(jiān)控不僅僅是圖像清晰，還要追求幀率、碼率符合預定需求，同時還應該考慮存儲成本和網(wǎng)絡帶寬的問題。因為我們的監(jiān)控是一個全面的系統(tǒng)，具有足夠應急能力的系統(tǒng)。所以在高清的視頻處理上，我們應該更多地保持一份冷靜和思考。

　　“高清”的傳輸與存儲

　　高清視頻的傳輸，即通過特定介質將高清的視頻信號傳輸給用戶。這里的傳輸具有兩個層次上的劃分，一是通過編碼處理后的數(shù)字信號，這里一般通過網(wǎng)線進行傳輸，涉及到局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡構架。一般情況下，高清視頻的傳輸信息量大、占用帶寬多，采用網(wǎng)線進行連接，對應的帶寬為百兆或千兆。傳輸介質帶寬滿足后，同時還要考慮到系統(tǒng)各個接口、交換設備、橋接設備等，不能因為帶寬限制而導致高清視頻的傳輸異常。一般高清視頻的碼流 在2M-8M之間可設，所以更多應用的是局域網(wǎng)當中，通過超五類或六類網(wǎng)線進行傳輸。

　　高清視頻的存儲也更多指的是數(shù)字信號而言的，目前通過DVR、NVR 或依靠于服務器銜接磁盤陣列、抑或直接構架NAS或IPSAN服務器等多種方式。采用DVR(現(xiàn)在也有很多NVR或混合DVR的說法)是最早實行的一種方式，其將錄像、回放、控制、瀏覽、網(wǎng)傳等功能集一身，當然對于高清視頻的存儲，DVR必須具有網(wǎng)絡信號輸入的功能模塊。但是目前這一功能模塊受到廠家之間配合的局限，視頻源與DVR廠家必須做到兼容才能正常使用。對于磁盤陣列，即通過高清視頻傳輸至客戶后端服務器，服務器本身的控制軟件將控制視頻流直接存儲在與服務器連接的磁盤陣列中，所有的控制、瀏覽、錄像、回放、報警等操作都通過軟件進行集中處理。對于NAS和IPSAN方式，首先網(wǎng)絡攝像機本身應該具有與NAS服務器連接的衆(zhòng)-議和模塊，直接將視頻流端口指向NAS服務器并進行存儲操作，在回放查詢上，NAS服務器本身也是一個文件共享服務器。將錄像文件在網(wǎng)絡系統(tǒng)上進行共享。所有網(wǎng)絡系統(tǒng)中客戶均可以通過網(wǎng)絡遠程下載高清視頻信息。

　　當然，上述所說的高清網(wǎng)絡攝像機僅是其中一種方式。除此之外，高清一體機或球機也能夠提供高清視頻源信號，高清的一體機通過VGA/色差等接口來傳輸，其分辨率能夠達到1080i，并且具備PTZ功能，讓人們更好的看到細節(jié)。如果監(jiān)控距離不是 很遠，可以直接用色差線、VGA線進 行傳輸，用在室內、視頻會議等場合 也足顯其優(yōu)勢。下面簡單介紹幾種具有高清傳輸能力的接口。

　　色差端子

　　色差視頻信號也就是我們所說的Y/Pb/Pr信號，其分離為3個不同的 基本部分來進行傳輸。通常采用綠、藍、紅三色，色差端子三根傳輸線將亮度(Y)，以及三原色信號中的藍色和紅色去掉亮度信號后的色彩差異信號(Pb、Pr)，分別進行傳輸，保持了色度通道的最大帶寬，避免了因繁瑣的傳輸過程所帶來的影像失真。色差端子是模擬信號中最高級的傳輸方式之一，其效果也是最好的，相比于S端子，其色彩鮮艷明亮，畫面銳度很高。

　　VGA端子

　　眾所周知的VGA的端口采用非對稱分布的15pin 連接，其工作原理是將視頻源內以數(shù)字形式存儲的影像 信號通過模擬變調轉換成模擬高頻信號，然后再輸出到顯示設備成像。如果是接駁模擬顯示設備(如普通CRT 顯示器)就不必像其他視頻信號那樣還要經(jīng)過顯示端的矩陣解碼電路的換算，如果是接駁數(shù)字設備，則需要顯示設備內置轉換器，畫質會有所下降。 [nextpage]

　　DVI端子

　　DVI信號的傳輸完全采用了數(shù)字格式，保證了視頻源到顯示終端的傳輸過程中資料的完整性，可以得到更快捷的傳輸速度以及更清晰的影像。所以，具備DVI接口的顯示終端都是數(shù)字顯示終端。DVI接口有三種，分別是DVI-Digital(DVI-D)、DVI-Analog(DVI-A)和DVI-Integrated(DVI-I)。其不同之處在于DVI-D 只支持數(shù)字顯示的設備;而DVI-A類似于VGA接口，采用模擬信號傳輸;而DVI-I則是同時支持數(shù)字顯示和模擬顯示，并且可以兼容使用DVI-D的設備。

　　HDMI端子

　　HDMI避免了DVI有著接口面積過大、不能傳輸音頻等缺點，HDMI 其最高傳輸速度雖然小于DVI(DVI可達8Gbps，HDMI為5Gbps，最高畫質的HDTV信號傳輸需要2Gbps)，但還支持八聲道96kHz或單聲道的192kHz的數(shù)碼音頻傳輸(支持Dolby Digital/DTS格式)，無需單獨使用音頻連接線。同時其連接 線的長度也可以達到20多米(DVI線在8米以上就會影像畫質)。HDMI接口為19針，在針腳上和DVI兼容，只是采用了不同的封裝，可以通過轉換器兼容DVI接口。

　　總之，高清視頻的傳輸對于VGA/DVI/色差/HDMI這幾種接口傳輸而言，受距離影響比較大，一般情況無損傳輸?shù)木嚯x在十幾米到二十幾米，且線材也是比較昂貴的。筆者認為這種傳輸方式在實際安防監(jiān)控中單獨使用的環(huán)境條件比較少。使用時更多的時候是配合高清視頻服務器來用，將視頻源的高清信號通過視頻服務器編碼，通過網(wǎng)絡進行遠距離傳輸。抑或直接使用高清的網(wǎng)絡攝像機進行傳輸。

　　“高清”顯示

　　對于高清視頻，其顯示的效果也同樣受到顯示設備的影響，對于高清視頻的瀏覽，不能通過一般的顯示器或液晶屏，所使用的顯示設備也必須能夠支持視頻輸出的分辨率標準。目前市場上分辨率最高的顯示器達到1080P，液晶大屏顯示也支持高清標準，所以在后端，一般不經(jīng)過解碼處理，而直接進行顯示。一方面是為了存儲和瀏覽的結合一致。另一方面對于高清視頻本身而言，不便再做解碼處理，通過解碼處理將使得畫質下降，反而體現(xiàn)不出高清效果，從觀看角度來講，解碼的必要性也不是很大。因為通過大屏或高清顯示器完全滿足了正常瀏覽的需求，也方便了集中管理。

　　所以在系統(tǒng)構架中，對于高清后端顯示設備，首先能夠保證其不影響監(jiān)控效果，其配套的服務器接口類型、顯卡性能、分辨率的擴展等等因素，均是在考慮范圍之內。再者，也無需要一味的追求最高配置，只需要支持傳輸?shù)囊曨l分辨率格式即可，如果本身視頻達不到1080P，配給1080P的顯示器也是資源上的浪費。

　　“高清”應用

　　對于高清視頻監(jiān)控，目前市場呈上升的趨勢，在很多項目中應用了百萬、兩百萬像素的攝像機的并非鳳毛麟角，敢于采用高清攝像機作為監(jiān)控的條件之一也并非心血來潮。而是客觀市場需求和高清技術日益成熟的表現(xiàn)。

　　一個單位的高清監(jiān)控，對于出入人員能夠清楚識別其相貌和身份、對于出入車輛能夠清楚識別車牌號、對于工作人員能夠清楚判別其工作內容和違規(guī)細節(jié)。該項目屬于單位內部使用，所以采用內部局域網(wǎng)網(wǎng)絡作為監(jiān)控網(wǎng)絡。百兆帶寬對于20個高清攝像機也已足夠。

　　前端采用百萬像素的網(wǎng)絡攝像機、高清球機、高清編碼器，通過局域網(wǎng)構架網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，后端采用集中管理模式，由主服務器、錄像服務器、報警服務器、轉發(fā)服務器等組成。前端網(wǎng)絡攝像機執(zhí)行高清抓拍的功能，球機執(zhí)行隨機動作查看和及時反應跟蹤，同時聯(lián)動錄像存儲于存儲服務器中。

　　對于高清監(jiān)控而言，圖像清晰度是最核心的指標之一，對于高端高清攝像機比如五百萬像素攝像機，通常在處理編碼過程中，因為其數(shù)據(jù)量大，而有時導致幀率達不到正常的監(jiān)控需求，在使用過程中更多使用在高清抓拍的場合，以及在場面中細節(jié)的抓拍，甚至有些專門用于高清抓拍的攝像機，配合長焦鏡頭，施展其長距離高清抓拍的能力。

　　另外一些應用，比如在全景攝像機中，一些超千萬像素的攝像機配合廣角鏡頭，放置在系統(tǒng)中，用于進行全景監(jiān)控。在一個顯示器畫面，把同一個視頻流的局部分為多個細節(jié)畫面同時監(jiān)控，全景和多個局部。既監(jiān)控了大面積全景，又不漏掉細節(jié)，大大提高了監(jiān)控效率和質量。

　　這種模式是為解決安防監(jiān)控中漏洞問題。傳統(tǒng)的監(jiān)控分辨率低，為了滿足局部細節(jié)清晰度，而不斷增加成本、增加攝像機數(shù)量，包括攝像機、配套設備及輔材費用的增加;布線、安裝及后期維護費用的增加，或者采用云臺/變焦(PTZ)攝像機來放大、跟蹤目標。全局和細節(jié)顧此失彼，容易漏錄視頻信息。全景高清攝像機正是能夠提供全景和細節(jié)的相互配合一種新模式。

　　結束語

　　隨著不斷提高的監(jiān)控技術的發(fā)展，高清作為監(jiān)控技術發(fā)展的主要方向之一，結合網(wǎng)絡技術帶來新的變革，在不斷滿足市場競爭需求的同時，趨向于一種理性的思考。高清監(jiān)控正是以一種高姿態(tài)、高要求進入我們的視界。在不斷發(fā)展的監(jiān)控技術領域，高清監(jiān)控也將是一顆璀璨的明星，它的光芒在重新審視著我們周圍的世界。