自2005年起，視頻監(jiān)控正式走進(jìn)高清時代。高清攝像機(jī)及相關(guān)系列產(chǎn)品如雨后春筍般發(fā)展壯大起來，IP技術(shù)從720P系列發(fā)展到1080P系列產(chǎn)品只用了短短3年，CCD和COMS感光芯片也由原來的80萬像素大踏步地邁向300萬像素。與此同時，高清甚至在傳統(tǒng)IP技術(shù)的720P、1080P等攝像機(jī)還沒有完全霸占監(jiān)控領(lǐng)域時，便跳躍性地發(fā)展到了真正的無壓縮、小延時、真高清的HD-SDI技術(shù)。

　　HD-SDI的前世今生

　　眾所周知，10多年前誕生的革命性的圖像數(shù)字存儲技術(shù)，在將模擬視頻圖像存儲在硬盤中和隨后的應(yīng)用都需要經(jīng)過AD/DA轉(zhuǎn)換和壓縮/解壓縮過程，隨后出現(xiàn)了帶數(shù)字處理技術(shù)的CCD和COMS芯片。從那時起，研發(fā)人員意識到轉(zhuǎn)換和壓縮意味著圖像品質(zhì)的降低。幾年后IP攝像機(jī)被研發(fā)出來，其中也包括高清IP攝像機(jī)，但基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，其仍需要沿襲以往的轉(zhuǎn)換和壓縮技術(shù)，也因此始終不能滿足行業(yè)應(yīng)用的需求。如何生產(chǎn)出無壓縮少轉(zhuǎn)換真正的高清晰數(shù)字?jǐn)z像機(jī)就成了行業(yè)追求的目標(biāo)，也因此，源于廣電技術(shù)的SDI技術(shù)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域獲得重視，并于近兩年得到了廣泛應(yīng)用。

　　SDI即串行數(shù)字非壓縮傳輸技術(shù)。視頻經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，有兩條路可走——壓縮或者非壓縮。其中IP監(jiān)控需要壓縮，即可以大量壓縮帶寬，使視頻在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸成為可能，同時減小視頻資料的存儲壓力，代價是必須犧牲視頻質(zhì)量(一般壓縮后信息保真度要有損失，甚至高達(dá)20%以上)，且存在明顯的延遲，同時傳輸?shù)拈_放性也會帶來一定的安全隱患。而對于SDI指示的數(shù)字非壓縮技術(shù)，只是按特殊方式編碼(無損數(shù)字編碼)，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也有多種，比如常見的支持5Gbps速率的HDMI、DVI和SDI。好處是視頻質(zhì)量最大限度保真，且傳輸幾乎沒有延遲，而代價則是視頻信號數(shù)據(jù)量極大。

　　SDI分為3個標(biāo)準(zhǔn)：

　　· HD-SDI：即高清SDI，主要針對分辨率為1080P，幀率為25或者30幀，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)量為1.485Gbps;

　　· 3G-SDI：高清高幀率SDI，分辨率仍為1080P，但是幀率增大到50幀或者60幀，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)量為2.97Gbps。

　　由此可見，視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換后不經(jīng)過壓縮的原始數(shù)據(jù)量是很大的，如果不經(jīng)過壓縮，如此大的數(shù)據(jù)量是IP網(wǎng)絡(luò)根本無法承載的，存儲量也十分驚人。

　　由于標(biāo)清視頻幾乎全都采用模擬方式，所以在監(jiān)控領(lǐng)域SDI意義不大，而3G-SDI數(shù)據(jù)量太大，如此高的幀率在監(jiān)控領(lǐng)域也無必要，故3G標(biāo)準(zhǔn)的SDI也不大可能廣泛應(yīng)用。目前真正可能在監(jiān)控領(lǐng)域打開局面的是HD-SDI，這種標(biāo)準(zhǔn)在提供分辨率為1080P的高清視頻的同時，最大限度地保留了視頻的所有細(xì)節(jié)，同時操控的延遲幾乎等同于傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)。

　　HD-SDI與網(wǎng)絡(luò)高清、模擬攝像機(jī)的關(guān)鍵性能對比

　　IP和HD-SDI攝像機(jī)采用的圖像傳感器類型一樣。通過其核心功能點(diǎn)的比較，可看出HD-SDI攝像機(jī)與IP攝像機(jī)、模擬高清攝像機(jī)之間的性能點(diǎn)比較接近，區(qū)別主要在圖像畫質(zhì)與傳輸。

　　高清時代的核心技術(shù)掌握在境外廠家手里，但即使在采用同樣的芯片和技術(shù)條件下，國內(nèi)不同產(chǎn)品顯示的高清圖像也有著很大的差別，有的產(chǎn)品高清效果有明顯缺失。

　　創(chuàng)新點(diǎn)在哪里?

　　對于剛剛興起的HD-SDI技術(shù)，國內(nèi)眾多相關(guān)生產(chǎn)廠家，只是在此芯片基礎(chǔ)上開發(fā)出相應(yīng)的外部配套硬件和軟件平臺，并結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)，自主研發(fā)而生產(chǎn)的新一代產(chǎn)品。如何在此基礎(chǔ)上提升產(chǎn)品的技術(shù)能力，就成為了現(xiàn)實的難題。

　　產(chǎn)品雷同且缺乏精巧和精細(xì)是參與眾多廠家測評的體會，不是我們的研發(fā)能力差多少，而是沒有做到精細(xì)、精致，就是說細(xì)節(jié)決定了成功。也就是這最后的一點(diǎn)，成就了高清的最終清晰呈現(xiàn)，就具體產(chǎn)品而言細(xì)節(jié)部分如下：

　　高清攝像機(jī)

　　鏡頭容易被忽略，而恰恰是鏡頭與攝像機(jī)的匹配決定了高清像素的顯示效果，尤其是邊緣清晰度更是如此。對于高速球機(jī)，內(nèi)置的變焦鏡頭也是影響效果的主要原因，尤其是在自動跟蹤時候的自動聚焦，和微距聚焦的設(shè)置等，很多廠家沒有在軟件上設(shè)置有此功能。變焦鏡頭的匹配不好也造成清晰度下降。

　　低照度和日夜轉(zhuǎn)換的設(shè)計對于日夜轉(zhuǎn)換功能屬于擴(kuò)展性能，主要是存在轉(zhuǎn)換閥值高低不同，轉(zhuǎn)換效果不好，大部分?jǐn)z像機(jī)在8-10Lux左右就開始進(jìn)行日夜轉(zhuǎn)換，但都沒有設(shè)計有調(diào)節(jié)閥值的功能，尤其是球機(jī)更是如此，應(yīng)該針對四季設(shè)置自動閥值設(shè)置功能可以很好的提升清晰度。此功能尤其是對于大系統(tǒng)更會有突出的效果。

　　ISP處理芯片在清晰度提升過程中與噪聲抑制的平衡考慮問題：很多廠家在提升清晰度，也相應(yīng)抬高了噪聲。對于圖像畫質(zhì)來說，銳度也是要考慮的重要部分，同時圖像的邊緣清晰度和層次感也是衡量圖像質(zhì)量好壞的的主要感官指標(biāo)，因此廠家要綜合考慮。在實際測試中經(jīng)常會遇到對清晰度的提升卻忽略了其它，實際觀感效果并不見好。

　　后焦調(diào)節(jié)及安裝方式考慮：如后焦調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及微調(diào)的精準(zhǔn)度，座裝和吊裝的便捷性均在設(shè)計中易被忽視。

　　此外，還包括前端防雷問題。

　　最后，產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)理位置的關(guān)鍵性。產(chǎn)品開發(fā)前期的研發(fā)經(jīng)理，對產(chǎn)品的主要功能，操作，便捷性，實際工程的需要等要給電氣工程師，結(jié)構(gòu)工程師，軟件工程師提出相應(yīng)的建議。來避免研發(fā)人員出現(xiàn)閉門造車的問題。

　　SDI矩陣

　　SDI矩陣在實際應(yīng)用中都是用于大系統(tǒng)，一般的SDI攝像機(jī)傳輸距離在100米左右，而大型監(jiān)控系統(tǒng)的SDI攝像機(jī)的傳輸距離都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出100米，因此矩陣輸入的補(bǔ)償就顯得尤為重要，借助網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和多級級聯(lián)控制是很重要的部分，混合式接入模式也是SDI矩陣重要的技術(shù)問題。目前對于不同的場合使用的攝像機(jī)有多種模式，如傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)、IP攝像機(jī)、HD-SDI攝像機(jī)等，每大類攝像機(jī)又含有多種格式，因此兼容多類型攝像機(jī)也是SDI矩陣的技術(shù)難點(diǎn)，尤其是舊系統(tǒng)升級和“平安城市”建設(shè)都存在類似問題。軟件管理平臺的架構(gòu)和數(shù)據(jù)存儲的管理也是SDI矩陣技術(shù)的難點(diǎn)，對于“平安城市”一級的系統(tǒng)，SDI矩陣的軟件管理平臺和存儲管理及光纖接入等就成為必要的技術(shù)。

　　隨著“平安城市”這樣大型建設(shè)項目需求的出現(xiàn)，矩陣網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)系統(tǒng)由中心矩陣和多臺節(jié)點(diǎn)矩陣組成，每臺矩陣均具備獨(dú)立的IP地址，通過以太網(wǎng)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。節(jié)點(diǎn)矩陣將本地視頻輸出上傳到中心矩陣，并且中心矩陣可以對所有節(jié)點(diǎn)矩陣的攝像機(jī)進(jìn)行圖像切換和控制。通過增加中心矩陣對節(jié)點(diǎn)矩陣的視頻下傳通道，各節(jié)點(diǎn)矩陣可以實現(xiàn)互聯(lián)互控、跨區(qū)域調(diào)度。矩陣高清化之后不論是聯(lián)網(wǎng)還是單機(jī)操作，保留了原有的便捷切換控制、圖像巡檢定位等功能，如報警聯(lián)動、成組切換等。因此SDI矩陣的技術(shù)發(fā)展必然是向著城域化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、光纖化、數(shù)字化和廣泛兼容化發(fā)展。對于舊有的各個系統(tǒng)都可以接入聯(lián)通。并可以在基于SDI矩陣的軟件管理平臺下將存儲、控制、通信、圖像、預(yù)警等統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)字城管的全方位功能。

　　但是很多廠家在研發(fā)時，又重走回模擬矩陣的開發(fā)時期的思路，沒有繼承已有的模擬矩陣中很多強(qiáng)大功能和各種軟硬件的優(yōu)點(diǎn)，浪費(fèi)了人力物力。

　　HD-SDI DVR

　　高清數(shù)據(jù)存儲及管理設(shè)備HD-SDI DVR是伴隨著高清HD-SDI攝像機(jī)的廣泛使用應(yīng)運(yùn)而生的。其將DVR和NVR二種不同性質(zhì)的存儲設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)集成到一起化身。HD-SDI攝像機(jī)適合于大型設(shè)備之間的較長距離高清信號傳輸。因此，HD-SDI DVR設(shè)備的存儲未壓縮、低延遲、易安裝等特點(diǎn)就顯得尤為突出，正好結(jié)合了模擬的無壓縮和實時的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的數(shù)字高清管理應(yīng)用的便捷性。但其仍然采用的是H.264壓縮模式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和管理。由此引起的回放效果依然會以犧牲清晰度為代價。

　　針對HD-SDI DVR產(chǎn)品來說，在實時顯示的時候應(yīng)盡量保證顯示在HD-SDI模式下為好，如何針對SDI模式下多畫面分割合成，而不必再采用H.264壓縮(此方式會影響高清實際效果)幾個數(shù)字視頻并處理成多畫面分割合成后再實時顯示成單個畫面(包括單一畫面顯示)將成為今后研究的方向。而對于采用多路環(huán)通HD-SDI圖像輸出形式的DVR也很少見到。對于回放時仍沿用以往的H.264模式進(jìn)行壓縮和存儲處理，解壓縮后的圖像清晰度也是以降低清晰度為代價。眾所周知，HD-SDI攝像機(jī)傳輸數(shù)據(jù)可以達(dá)到最高1485Mbps無損1080P的高清數(shù)字視頻信號，一般傳輸格式亦采用1920×1080(1080P)，因此如何做到盡量不降低高清數(shù)據(jù)信號質(zhì)量，達(dá)到存儲和顯示的高清效果，已成為今后HD-SDI DVR廠家研發(fā)的主要課題。否則，HD-SDI攝像機(jī)的高清只帶來實時顯示效果，而對于HD-SDI DVR回放和通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽畫面也就降低了SDI圖像的清晰度。為了解決網(wǎng)絡(luò)瓶頸的問題，目前大多通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽時采取的是4-8M帶寬的存儲模式和流媒體技術(shù)傳輸?shù)娇蛻舳?。不過無論怎樣都是以犧牲清晰度為代價的，因此即使前端使用的是HD-SDI攝像機(jī)，但到了最終客戶端目前也難做到高清的效果，所以對于如何解決最后顯示的高清問題，也是今后廠家研發(fā)的主要方向。

　　SDI光端機(jī)

　　數(shù)字信號光纖傳輸在光纖中只有“有光”和“無光”兩種狀態(tài)，因而對光源的線性要求不高，從而避免了信號在處理過程中的損失。另外，數(shù)字SDI光端機(jī)比較容易實現(xiàn)多通道、多種信號的混合傳輸，借助TDM技術(shù)就能很容易地實現(xiàn)多通道多種信號的傳輸。

　　SDI光端機(jī)的主要電信號技術(shù)參數(shù)的特征性能有：傳送的信號：800mV的電壓擺幅，上升和下降時間小于135ps，允許一些過沖的存在，但不可以超過10%，即80mV。時鐘抖動和調(diào)整抖動的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)分別是定時抖動小于1UI和校時抖動小于0.2UI。但目前某些產(chǎn)品都存在著一定的參數(shù)偏離，對遠(yuǎn)端的接收機(jī)輸出的圖像有些微的影響，因此要求補(bǔ)償電路的設(shè)計做得十分精細(xì)和精準(zhǔn)。SDI信號經(jīng)過長距離傳輸后信號質(zhì)量會變差，為了補(bǔ)償長距離傳輸?shù)膿p耗并重建視頻信號的幅度，需要加入一個額外的電纜均衡器，過沖的調(diào)試與設(shè)計，調(diào)整抖動的設(shè)計精準(zhǔn)等。

　　前端高清攝像機(jī)只表明了信號源的質(zhì)量，但是在傳輸?shù)侥┒说脑O(shè)備后，最終的處理能力和效果也決定了其是否可以顯示高清的畫面。那么這最后的100米就是我們需要博取的天下!