數字高清監控系統的優勢、局限性分析和發展展望

江蘇東大金智信息系統有限公司 蔣宏坤

數字高清監控系統的優勢、局限性分析和發展展望

江蘇東大金智信息系統有限公司 蔣宏坤

本文通過對數字高清監控系統的優點、局限性分析，以及目前監控系統設計的趨勢、各類相關技術發展描述，說明了現今監控系統設計中應注意的重點和方向。

數字高清監控系統；優勢；局限性；混合；發展趨勢

監控系統作為智能建筑行業最直觀的一類弱電系統，一直以來飽受關注。其從老舊的黑白攝像機、卡帶機，發展至今日數字高清監控系統，已經經過了數代的換代更新，數字化、網絡化是監控系統發展的必然趨勢。

1 數字高清監控系統的優勢所在

1.1 更優質的畫面

這是數字高清監控系統相較于模擬監控系統而言，最大的亮點。分辨率是描述監控畫面的清晰度時最常用的技術指標，來源于電視線顯示格式的標準。傳統的模擬監控系統常用QCIF（176×144）、CIF（352× 288）、HALF D1（704×288）、4CIF≈D1（704×576）等幾種分辨率，以D1為最高，因為目前模擬攝像機通常較高的分辨率為540線，傳輸至后端設備視頻編碼器或者DVR等設備時，其內部采集芯片最高能處理768X576分辨率像素的圖像，因此模擬攝像系統最高理論畫質也只有D1的四十萬像素左右，實際使用中因為反復的A/D轉換、電磁傳輸干擾、隔行掃描、D1畫面的合成反交錯等視頻損傷，真正顯示的畫面可能只有二三十萬；而純數字高清系統的攝像機則可以做到百萬高清的720P（1280X720）、1080P(1920X1080)、甚至幾百上千萬像素，經過最新壓縮技術可以將信號壓縮后無損傳輸到NVR等采集存儲設備，顯示出來后仍可保持分辨率等級。如此鮮明的對比，在實際使用上的差距可謂一目了然。

1.2 操作界面直觀，操作簡便

高清數字監控系統是建立在計算機技術之上的，因此相對于模擬監控系統操作時需要專用的控制鍵盤，以各種功能鍵、熱鍵或其組合來完成常規的操作和編程，數字監控系統的操作界面更為直觀、友好，操作更加簡單便利。

1.3 集成化、智能化程度高，顯示、訪問靈活

高清數字監控系統基于計算機技術，通過開發包、軟件接口可以方便地與其他系統集成，圖像顯示自由靈活，可以做到中遠程訪問。而模擬監控系統采用專用設備，集成、訪問等功能都較為死板，需要增加專用設備方可實現。

1.4 傳輸距離無限制

數字高清監控系統的視頻數據通過網絡傳播，通過網絡技術可以做到無視距離的遠近，保證視頻信號的無損傳輸；而傳統的模擬監控系統即使通過視頻放大器等設備，視頻信號傳輸距離也只有數百米，并且隨著距離提高，信號衰減急劇增大。實際使用中，很多情況下對于長距離模擬監控的設計，或是在舊系統改造中，就是利用模數、數模轉換，通過網絡、光纖等數字手段來實現模擬信號的長距離無損傳輸。

1.5 后繼工程中擴展升級方便

高清數字監控系統前端攝像機采用網絡式，擴展時前端增加攝像機只需保證現場的網絡環境即可實現，后端則可在保持原設備基礎上增加存儲、流媒體轉發等設備，而模擬系統中前端攝像機通常采用同軸線纜傳輸信號，需要增加放傳輸線纜等工程量，后端則要將原有模擬矩陣等設備擴容，如果超出上限，可能需要將舊設備擯棄更換。

1.6 存儲可靠

數字高清監控系統大多采用工業硬盤組成數字存儲陣列，采用RAID技術可以有效保護監控錄像不受磁盤存儲器本身故障的影響。

2 數字高清監控系統在視頻質量得到飛躍的同時，也帶來了更高的技術和硬件方面的要求，這也造成了其實際應用中一定的局限性

2.1 傳輸帶寬需求高

高清數字攝像機采集的視頻畫面達到720p甚至1080p，分辨率大幅增加的同時也造成了視頻數據流的劇烈增長，比如單路視頻要達到1080P全實時(30fps)的 高清網絡攝像機，即使是采用現在主流的、壓縮效率相當優秀的標準H.264MainProfile算法，需要的網絡帶寬也至少要在4Mbsp以上。如果以一個標準24口百兆交換機來交換數據，對于一個監控點在20個左右的小型監控項目來講，這樣的系統需要的網絡帶寬達到80Mbsp，百兆交換機端口可以支持；但當監控點位更大些，例如60路左右的系統，網絡總帶寬達到240Mbsp，則除了三臺百兆交換機外，尚需要一臺上行達到千兆的級聯總交換機來實現所有畫面的同時顯示。系統越大，監控點位越多，對于傳輸帶寬的要求就越大，信號傳輸中的設備，如交換機等的需求標準就越高。帶寬不足，傳輸畫面容易出現掉幀現象，即圖像出現卡、頓，如果為了減少卡頓來降低分辨率或者降低幀數，前者使畫質降低，后者使畫面出現不流暢、不協調感，都會影響數字高清監控系統最大優勢的展現，還不如采用模擬產品。

2.2 存儲容量需求高

高清數字視頻的數據流極大，即使使用了H.264高壓縮格式，要保存一定時間的錄像資料，對硬盤的容量也有很高的要求。以上述系統為例，僅僅二十路監控點的監控錄像需要保存一個月，需要的硬盤容量就必須達到（80/8）*3600*24*30=25920000MB=25.92TB，點位越多，需要的硬盤容量也隨之增大。這遠大于過去模擬監控系統中數塊500G硬盤就可實現的容量需求。

2.3 其余硬件需求高

鑒于高清數字系統的超大數據流量，系統中對于其余設備的硬件需求也隨之增大，例如交換機除了之前對于帶寬的要求外，穩定性也極其重要，中央控制主機中，采用的H.264編解碼對CPU處理能力的需求也大幅度增加。

2.4 成本較高

作為高新技術發展的成果，數字高清監控系統設備本身成本普遍高于模擬監控系統設備，此外再加上對于網絡帶寬環境等需求，據測算，數字高清監控系統工程成本比同規模的模擬監控系統工程高出30%以上，即使算上后期維護的相對廉價，數字高清監控系統的總成本仍然大大高出。

3 數字高清監控系統中難以實現的高要求解決方案

3.1 數字-模擬混合監控系統

因為數字高清的優勢明顯，但又有種種條件上難以滿足的局限性，實際監控系統方案設計中，很多地方采用數字-模擬混合模式，即前端的采集部分采用模擬攝像機，中端壓縮傳輸部分和后端接收、控制、存儲部分有選擇地采用數字監控系統設備。例如前端攝像機采集的模擬視頻信號通過編碼器轉為數字信號傳輸至后端數字監控系統設備，或者模擬信號傳輸至監控中心后轉為數字信號來控制和存儲。這些模式雖然在視頻畫面方面無法達到純數字高清監控系統的程度，但或多或少擁有了數字高清監控系統的其他優點，例如操作簡便、高集成化、長距離傳輸等，同時很大程度上避開了數字高清監控系統對于帶寬和硬盤容量的高需求，也為將來往全面數字高清監控系統方向的改造留下了余地。目前，很多非純數字高清的監控系統方案其實都是這種模式。

3.2 技術發展使得數字高清監控系統的各類要求逐漸實現

隨著科技發展，技術的進步，數字高清監控系統那些局限性正在得到改善，例如目前編碼技術的發展，從早期H.261到后來的H.263，再到現在主流的H.264，編碼技術全面提升中做到了高性能、符合國際標準和公正的無差別許可制度，像H.264中的高端標準H.264 High profile甚至可以比目前標準的H.264還要節約將近一半的帶寬，可以說相當完善。百兆、千兆交換機也已經成了主流產品，甚至萬兆交換機也在很多地方大面積使用，而硬盤的容量增長更是明顯，現在已經發展到2T為主流，3、4T高端配置的程度。所有這一切，都大大降低了數字高清監控系統的普及難度，為數字高清監控系統的發展鋪平了道路。

4 結語

在國內監控系統市場中，傳統模擬監控系統、數字-模擬混合監控系統、數字高清監控系統各自占了一塊蛋糕。從長遠的趨勢來看，模擬監控系統的份額將會趨于減少，數字高清監控系統的份額趨于增多，同時是整個監控系統行業的大方向，大趨勢。但是因為實際上硬件、技術環境的限制，我國國內仍有很多地區應用環境的網絡帶寬、網絡的穩定性不具備使用數字高清監控系統的條件，監控系統方案設計時應注意全面考慮各方面因素，選擇適合的模式，而不是好高騖遠地一股腦往數字高清上湊，追求其高新技術的噓頭。當然，監控系統設計時應考慮留下更新的余地，方便將來將系統往數字高清的方向整改、升級。

[1]葉晨．移動監控應用市場前景與挑戰[J]．中國公共安全(綜合版),2012(09)．

[2]朱長坡．淺析網絡監控應用發展[J]．數字技術與應用,2010(06)．

[3]高清監控技術及應用[J]．中國安防,2012(05)．

蔣宏坤（1981—），男，工程師，現從事弱電系統工程調試與售服。