近兩年，高清可以說是監控行業最熱門話題，業界各大主流廠商都紛紛推出自己的高清產品，尤其是高清網絡攝像機更是款型豐富，外圍配套設備比較齊全，涌現出各種IP高清系統解決方案，并成為目前高清視頻監控應用方案的主流，本文將為大家介紹給力的高清視頻監控技術HD-SDI。

視頻監控系統中圖像清晰度是最被關注的，衡量圖像清晰度的標準是分辨率，分辨率值越大，圖像就越清晰。現在視頻圖像分辨率最高已可達1080P，也就是人們通常說的高清。其實要做到畫面高清，不僅僅是分辨率達到720P或1080P就行了，還必須在超寬動態、自動白平衡、圖像銳利度調整、超級數字降噪(信噪比)、智能數字自動測光補償、亮度信號、彩色信號邊緣補正、損壞像素自動調整與恢復、色彩調整等指標上都要有上好的表現，只有達到這些綜合性的要求才能真正地實現高清。由于圖像清晰度對視頻監控產業有著非同一般的重要性，因此，高清監控技術一經面世就被市場廣泛接受并開始實際應用。

攝像機是將光學圖像轉換為電學圖像，通過顯示設備還原光學圖像的設備。攝像機的社會需求源自人類對自然的視覺需求，是人類感知物質世界的重要工具。盡管視頻監控是作為一個系統來衡量整體性能的，但無疑，攝像機是最重要的組成部分，并匯聚眾多的核心技術。

近兩年，高清可以說是監控行業最熱門話題，業界各大主流廠商都紛紛推出自己的高清產品，尤其是高清網絡攝像機更是款型豐富，外圍配套設備比較齊全，涌現出各種IP高清系統解決方案，并成為目前高清視頻監控應用方案的主流。不可否認，由于IP高清監控方案的實際應用，極大地提高了視頻數據承載和應用能力，使視頻圖像分辨率大幅提升，并具有高度的易擴展性和集中管理等優勢。近幾年安防行業各類展會中，IP高清監控方案真可謂飽受贊譽。

然而，盡管IP網絡高清監控具有種種優勢，但也由于各種原因，對IP網絡監控，特別對網絡高清監控系統整體而言，也明顯地暴露出其軟肋：由于網絡傳輸延遲帶來的非實時性，又由于有損編碼壓縮使顯示和記錄的圖像失去原汁原味，從而影響了其應用效果。所以說，事物都有其正反二面，IP網絡監控也不例外。

在人類感知物質世界的過程中，對高清的追求一直沒有停止腳步，與IP網絡高清監控相呼應的HD-SDI數字高清監控就是最為重要的應用實例。

HD-SDI高清及標準

攝像機的CCD或CMOS傳感器采集信號后未經壓縮的高清視頻信號及傳輸有模擬和數字兩種。模擬傳輸一般采用YPbPr分量傳輸，一路高清視頻信號需要三根同軸線纜同時傳輸。數字傳輸一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸，其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米，不適合用于監控圖像的遠程傳輸，行業內通常被應用在演播控制室內設備間的連接和信號傳輸。而HD-SDI信號雖然可以傳輸百米左右，并可采用CVBS同軸電纜傳輸，所以通常被應用在現場采集設備與百米內的控制設備間的信號傳輸連接。

高清定義源自于數字高清電視HDTV，是由美國電影電視工程師協會SMPTE確定的高清晰度電視標準，即支持1080i(1920×1080，隔行)、720P(1280×720，逐行)、1080P(1920×1080，逐行)三種高清電視標準；再次，還特別要求是16∶9顯示模式和全幀速。

目前，在安防行業傳統監控系統標清數字編碼一般可達到4CIF或D1的分辨率，約為40萬像素，清晰度在300至500電視線之間；高清攝像機如果要達到800電視線清晰度，那么攝像機的分辨率至少要達到720P(1280×720)的標準，約90多萬像素；若采用200萬像素，就能達到1080P(1920×1080，逐行)高清圖像的要求。

現在，安防行業通常采用廣播電視領域的高清劃分標準，來區分“高清”和“標清”。由于采用廣電標準：即能達到百萬像素的攝像機，配套以1080P分辨率的顯示設備及相應的傳輸通道，就可以形成一套可稱之為高清的監控系統，但安防視頻監控行業本身至今還沒有通用的高清標準。例如，2006年發布的國標《視頻安防監控數字錄像設備國家標準GB20815-2006》，僅對DVR的等級劃分為A級(分辨率不小于4CIF，704×576)和B級(分辨率CIF，352×288)兩種。

HD-SDI監控技術優勢

相較于IP網絡高清監控系統，很明顯，HD-SDI監控有如下優勢。

1、原模擬系統布線仍可采用，系統組成和設備管理方式不變，從老的模擬系統升級，只需更換相應的硬件設備，幾乎無需操作培訓，能平滑實現從標清模擬監控升級到高清監控。

2、不失真原始圖像，不像IP監控是經壓縮和打包后經網絡傳輸的，而HD-SDI監控以未壓縮數字信號在同軸電纜上高速傳輸，不失真。

3、高清實時，不受傳輸網絡影響，不會有IP網絡監控產生的圖像延遲問題，在有實時監控要求的場合，該性能要求就顯得特別重要。

4、提供更多細節，保持圖像的完整性和原始性，大大提高了智能分析算法的精度，為智能視頻分析IVS提供了保障。

5、單位面積攝像機布點密度大幅下降，提高了采集設備的利用效能。

客觀地講，基于IP監控和基于HD-SDI監控各有優勢，從目前安防需求看，HD-SDI監控是令人振奮的。但是，HD-SDI監控本身也還有技術問題需解決。比如，需要解決HD-SDI的長距離(長于100米的)傳輸問題；配套設備欠成熟、廠商較少，廠商和配套設備的選擇面較小，成本也比較高；應用的普及度及用戶的認知度還遠遠不及IP網絡高清監控。

高清攝像機組成及關鍵技術

HD-SDI或IP高清攝像機一般由如下主要部分組成如下：

1、攝像機CCD或CMOS成像器件，完成光學圖像轉換為電學信號，輸出電子圖像信號。

2、AFE，模擬前端，用于CCD成像時，將CCD圖像信號數字化，并產生CCD控制時序。而對于CMOS型成像器件，可直接輸出數字信號，故不需要AFE模擬前端。

3、CPU為整個高清攝像機核心器件，其主要完成圖像信號處理(ImageSignalProcessor)和圖像信號編解碼(編解碼為MPEG4、H.264標準圖像數據等)。

早期的CPU即DSP(DigitalSignalProcessor)，主要完成圖像信號處理，如：透鏡校正、Gamma校正、邊緣校正、自動曝光、自動聚焦、自動黑白平衡、防抖動等處理及控制。

這其中IP高清攝像機的CPU還要完成圖像的編碼壓縮，再經IP網絡口輸出，而HD-SDI高清攝像機不經編碼壓縮即以原始數字信號經HDMI或HD-SDI口輸出。總體說，CPU除圖像處理和編碼功能外，還要完成高清攝像機系統控制及計算，充作整個系統的中央處理器。

4、存儲接口：存儲主要是指存儲卡/硬盤等數據存儲。

5、信號輸出接口：HDMI為高清數字多媒體接口，支持5Gpbs以上高速信號傳輸速率，為民用消費電子接口；HD-SDI為高速串行接口，符合SMPTE組織制定的用于影視演播室的數字音視頻信號傳輸，是專業標準。其早期支持標清數字電視信號的270Mbps速率，已發展到傳輸1.485Gbps高清數字電視信號，再發展到當前的2.97Gbps高速信號，用于傳輸RGB24bit以上高清數字電視信號。

從上述對高清攝像機系統介紹可知，專業高清攝像機涉及到以下主要難點和當前業界先進技術。

1、高分辨率光學鏡頭集成，高清攝像機必須搭配高分辨率(高達真正千萬像素)和廣角的光學鏡頭，在光學變焦等方面，均為當前技術最前沿。

2、圖像信號處理，在光學信號轉換為電學信號時，需要進行信號處理，以便獲得較高的圖像質量，降低各種干擾和雜聲等。以白平衡、自動曝光、自動聚焦、防抖動等為代表的幾個技術是圖像信號處理技術的幾個方面。

3、高速電子圖像信號的接收、處理和傳輸，高清攝像機在光電轉換后，所得信號均為高速電子信號，這要求信號接收、處理和傳輸等環節，均需要考慮電磁兼容和隔離措施。

4、高清視頻壓縮，高清攝像機由于其視頻信號速率高，數據量大，必需采用當前先進的視頻壓縮技術，如H.264等，才能滿足存儲和網絡傳輸需求。

高清攝像機技術發展與應用

高清攝像機從早期的720P分辨率已逐步發展到當前的全高清階段，即支持1080P制式。高清攝像機與早期的標清攝像機相比，存在以下明顯區別和發展。

1、視頻監控標清攝像機輸出模擬信號，而高清攝像機基本為數字信號。在標清模擬信號數字化后，存在Interlace現象，一般而言，標清的數字視頻信號其圖像效果，無論主觀還是客觀指標，都不如原模擬信號，模擬視頻信號數字化僅僅解決網絡傳輸和硬盤存儲等客觀需求。而高清攝像機信號本質上為數字信號，不存在模擬信號變換為數字信號的問題。圖像分辨率的大幅提升，帶來技術上量變到質變的飛躍，可大幅提升視頻主客觀效果，圖質更加接近自然本色。

2、隨著視頻尺寸向著高清演進，對攝像機CPU(DSP)處理能力的要求大幅提升，并高于圖像像素分辨率提高的比例，這是標清無法比擬的。

3、由于高清攝像機本身輸出數字化視頻信號，傳統的視頻監控攝像機應用模式將發生重大變化。

標清攝像機必需配合DVS/DVR等，而高清攝像機可直接完成視頻的編解碼，這樣，高清系統將更加地被簡化和集成。

HD-SDI高清解決方案

要實現真正的高清監控，必須從視頻源的采集、視頻信號的處理、視頻信號的傳輸、視頻的顯示瀏覽、錄像文件的回放等環節全面支持高清。對用戶而言，高清只有在包含了前端、傳輸、瀏覽、顯示、平臺、存儲等各個環節時才有意義。

所以，對高清監控而言，僅一個高清攝像機是不夠的，這對于網絡高清和HD-SDI高清都是相同的。無論是模擬監控或數字監控或網絡監控，都是由前端攝像機、NVR/DVR/管理平臺設備、顯示設備、存儲設備、傳輸線纜等組成，每一環節都是缺一不可的。因此，HD-SDI高清監控系統也必須如此，任何一類系統是就系統的整體性能而言，HD-SDI高清監控要具備實際的應用意義，就必須提供涵蓋前端、傳輸、管理中心以及后端環節的完整的解決方案，比如HD-SDI高清攝像機+HD-SDI光端機+HD-SDI高清矩陣或HD-SDI監視器+HD-SDI高清編碼器+相適應的存儲設備(如IP-SAN)。

HD-SDI高清應用考慮

對HD-SDI高清攝像機及整體系統的應用既要參考系統的特性，又要考慮應用對象的需求，需二者統籌兼顧。

從前述知道HD-SDI高清攝像機具有：原模擬系統布線仍可采用、保持不失真原始圖像、高清實時等特點；而應用對象又有對高保真和高實時性的要求，所以HD-SDI高清攝像機及系統應該是上述二者的兼有，不是任何時候、任何地方都適用的，所以一般應用在：

·有視頻智能分析IVS需要的場合；

·電子卡口系統；

·電子警察系統；

·銀行柜員制系統；

·范圍不是很大的重要的展覽館、博物館等。

由于有較高的分辨率，能帶來更高的視頻分析準確率，能實現高準確率的識別(例如：人臉識別、行為識別、車牌識別、流量統計)；又由于高實時性，所以使安保人員能實時掌控現場的狀況；上述的這些場合，大多控制和顯示設備距攝像機距離不遠，或許不需增加傳輸設備(HD-SDI光端機)，甚至可利用原模擬系統的線纜即可完成系統向高清的升級改造。

HD-SDI設備安裝注意事項

HD-SDI高清視頻系統對圖像的還原能力很強，這就對使用者、器材和支持的基礎設施(線纜及接插件)提出了更高的要求。盡管HD-SDI設備的安裝調試與常規模擬標清系統沒有太大的區別，但在一些細節上還是要給予特別注意的。

1、槍式防護罩要考慮護罩玻璃的選擇，應選用高質量的光學玻璃，以避免普通平板玻璃帶來的嚴重的光損，而影響高清攝像機的圖像質量。

2、安裝環境的照度，高清攝像機對安裝環境的照度要求要比標清高得多，其包括照度和范圍二方面，如達不到應該的要求，則圖質可能會比標清還要差。

3、不推薦選用半球罩，理由如下：因為球罩是曲率半徑很小的球體，高清攝像機一般會采用孔徑較大的鏡頭，球罩曲率半徑與鏡頭孔徑會嚴重不匹配(為與小曲率半徑球罩匹配，球機一般都配小鏡頭)；此外，球罩還通常會厚薄不均勻，甚至還采用較差的聚炳烯材料制作，上述這些因素都會嚴重影響到圖像質量，使圖像會有明顯的變形和光損。

4、連接線纜及接插件接駁雖不顯眼，但很重要。對于720P/1080P高清電視格式，其線纜和跳線系統必須滿足SMPTE259M/424M-2006的相關技術細節。對于HD-SDI高清系統，阻抗匹配是非常重要的。即使是選用最好的線材，如果配上糟糕的接頭也會使系統性能變得糟糕透頂。為了減少反射和相位誤差，HD-SDI系統的線材和接頭必須擁有更加堅韌的機械強度和優質焊接。不幸的是，這些至關重要的線材、接頭和跳線等的制作技術和制造工藝往往會被系統設備炫目的功能所掩蓋，并使用戶對其毫無興趣，而這些工程上易被忽視的“細節”，其重要性是不言而喻的，它們和功能強大的軟件和硬件一樣，不可或缺。

結語

高清視頻應用正如火如荼。無論是HD-SDI還是IP高清監控，它們都有自己獨有的應用領域，相互不能替代，卻是互補的，即適用是硬道理。盡管源自廣播電視的HD-SDI高清數字監控技術與標準已比較成熟，而IP網絡高清監控尚處于成長期，但筆者相信，隨著網絡環境提升，特別是我國各級政府已對網絡升級改造制訂了計劃，所以說，IP網絡高清監控一定會有不可預測的大長進。

那么，高清攝像技術下一步該怎么走呢？有看到資料，日本NHK正在協同旗下幾個主要企業成員進行超高清(3840×2160，7680×4320)分辨率圖像的基礎技術研究和相關技術標準的制定。一些國際組織比如ITU等也在進行超高清技術研究。在色域方面，當前的技術標準正從深色(48Bit)逐步走向更深領域，使更加接近人眼分辨自然色極限。