數字視頻監控后現代潮流的追求

摘要：本文分析了數字視頻監控后現代潮流，著重分析視頻監控行業的發展歷程和視頻監控淵源與數字化進程，高清視頻監控對安防高清化浪潮的涌動，以及視頻監控后現代話的高清創新技術。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/274736.htm關鍵詞：數字視頻；安防電子；高清視頻；監控DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.5.004

數字視頻監控市場十多年來高速發展、高歌猛進，完全是現代化節奏和聲勢。只要看看公共場所無處不在的攝像頭密度，就能知道監控在多大程度上影響到人們工作、學習和生活的方方面面。在數字安防監控市場上，“高清智能”已成為人們耳熟能詳的熱點和賣點，便無疑成為視頻監控現代化的象征。然而，視頻監控所帶給人們的視覺體驗和即時操控是否已經足夠完美？還能留給后現代發展多大空間？這正是本文所試圖回答的問題。作為資深安防人，處于后現代的視頻監控階段，仍然關注追求更高境界。為此，通過回顧安防視頻監控的淵源和歷史，分析和闡述技術創新在數字視頻監控產業發展的重要作用，希望對有益于未來提高視覺效果和智能體驗的核心技術走向有所關注和展望。

1 視頻監控淵源與數字化進程

縱觀視頻監控整個行業發展的歷程，主要追求的無非是圖像質量、資源效率和管理效益。視頻監控起始須追述到閉路電視系統（CCTV），后因采用視頻錄像機（VCR）才擴大視頻監控應用。監控的視覺感受隨攝像機分辨率線數增加而提高，通過同軸線纜輸出視頻信號，連接到模擬視頻設備。由于受模擬視頻線纜傳輸長度和衰減限制，CCTV只支持本地監控，監控能力和擴展性極其有限。

數字化視頻是對模擬信號進行數字壓縮處理，便催生出硬盤錄像機（DVR）。DVR屬于半模擬一半數字方案，對視頻監控系統和資源進行改造。DVR可支持錄像和回放，連接IP網絡，而與模擬攝像機通過同軸電纜連接。早期的MPEG-1視頻圖像質量強差人意，MPEG-2效果雖可接受，但存儲量大且價格高。直到MPEG-4和H.264標準相繼出現，才使DVR流行起來，雖視覺體驗與高質量CCTV系統相比仍處于下風，但畢竟后續還有高清的過渡。數字視頻帶來智能視頻分析技術的興起。

網絡攝像機（IPNC）是數字視頻監控數字化和網絡化相結合的產品形式，作為純數字方案將視頻監控系統由集中式轉向分布式，其高清分辨率從720P30起到1080P60，足以挑戰傳統的CCTV系統，而解碼采用網絡錄像機（NVR）實現。至此，H.264格式實現視頻監控系統數字化和網絡化，視頻監控得以建立網絡體系之上。盡管數字化網絡化迅速成為視頻監控的主導，但模擬視頻技術也在演進中有所作為。

2 視頻監控的高清化浪潮涌動

當視頻監控產業進入了成熟的現代化階段，數字高清就成了行業推進的主流技術，有關介紹如汗牛充棟就無須多談。然而隨著應用需求的不斷提高，對于圖像視覺體驗和智能分析精度有所苛求，數字化視頻的制約就不斷顯露。數字視頻壓縮帶來原始圖像信息損傷是不爭的事實，壓縮解壓過程及網絡化的傳輸必然存在延時，對于數字高清實時處理更是如此。于是，回溯到視頻前端，如何將原始采集高質量圖像采用高保真技術手段進行傳輸便是解決問題的關鍵。傳統的同輔電纜成為多種技術的載體，這就成就出同輔高清技術。同軸高清對視頻監控的保證在于，第一、人眼所看到高清圖像無任何損失且感覺不到傳輸延時；第二、優質高清視頻信號無壓縮帶來的失真以提高智能視頻分析的高可靠性；第三、實時掌控和操縱高質影像畫面而獲得更好的視覺體驗和即時反應。同輔高清的新一波沖擊在數字和模擬展開。

借鑒廣電領域成功的同軸高清傳輸技術極高視覺體驗，源于數字演播室的串行數字接口（SDI）得到新的應用。采用HD-SDI接口與后端編解碼器和視頻服務器匹配，并配合高清視頻矩陣直接投影到大屏幕，充分展現無損高清效果。HD-SDI解決方案可在原模擬監控系統的基礎上升級，特別適合實時監控要求高的場合。同輔電纜同傳視音頻使模擬系統簡化，而所傳輸控制信號同線傳輸，節省布線成本。但是，總體而言HD-SDI造價還是偏高，雖然標準國際開發，但在安防市場對價位很敏感。

回歸到模擬技術的同輔高清方案成本要低，于是就有了多種模擬同軸高清技術，其中HDCVI、HD-TVI、AHD最具代表性。

模擬同輔高清電纜傳輸技術推廣仍存在一些障礙需要突破。因為傳輸過程中會有很大信號衰減，接收端所用均衡恢復電路很難做到線性，從而產生亮度、色彩失真及清晰度損失。信號長距離傳輸過程中，會有反射而造成圖像的模糊與拖影。

其次，在于實現的可控性。模擬同軸高清接收端需要恢復時鐘信號采集接收視頻，若時鐘信息不足，須嚴格控制發收端時鐘偏差，一般720P時要求兩端時鐘晶體間頻率精度達到25ppm以下。所恢復出信號信噪比具有隨機性，隨分辨率和像素時鐘頻率的提高，對發接端時鐘偏差要求將進一步提高，以致在工程中難以實現，導致模擬同軸高清很難向上兼容，將導致不同廠商的攝像機與DVR間，甚至相同廠商不同批次產品間容易產生兼容性問題。

3 視頻監控后現代的高清創新技術

既然高清優質圖像將成為數字視頻監控后現代的追求，承擔傳輸高保真視頻圖像的載體為同輔電纜，但這必然是具有更多創新亮點的數字同軸高清技術。

模擬同軸的技術瓶頸確實難以消除，而對數字同輔卻有繼續發展的途徑。采用不同于模擬同輔高清的數字長距離傳輸技術，在發射端先對視頻信號施以專有高性能算法做視頻無損壓縮以便降低信號帶寬。傳輸端進行糾錯編碼，接收端進行糾錯并解壓縮恢復無損視頻信號。先進視頻傳輸技術（Advanced Video Transport，簡稱：AVT技術）是一項值得關注的技術，所使用高性能算法實現的視頻無損壓縮最低可以20MHz帶寬傳輸高清視頻信號，是模擬同輔高清方案40MHz的一半，從而提供更好的線路兼容性，如廣泛應用的標清Dl系統。

數字同輔高清更加穩定可靠的表現在無需外接視頻信號放大器，不用外接ESD保護器件，并且既可以在同輔電纜上傳輸也可以在雙絞線上傳輸。視頻信號因數字傳輸而無失真、不衰減，無論傳輸多遠，圖像質量因在好的還原性下保持一致性，更不該有模擬同輔高清所無法避免的拖影等問題。相對于網絡高清所使用幀內視覺無損壓縮技術幾乎無延時，傳輸再遠系統復雜度也不高，這都是AVT技術的特色。

至于支持一根五類網線傳輸四路視頻信號，采用AVT技術接收四路視頻信號之間沒有干擾與重影，該方案對發射端與接收端的時鐘偏差要求為500ppm，比模擬同輔高清放寬20倍，適用于低溫、高溫、室外、車載等要求高的環境。對于現有系統的兼容性也至關重要，如果一個DVR接口可以兼容AVT、HD-SDI或SDI攝像機，那么對于整體數字視頻監控系統將是很大的貢獻。這就要求提供基于AVT技術完整的系統解決方案，支持高達96k采樣率2/4通道正向音頻及8k采樣率單通道反向音頻，以及雙向UART、I2C協議，并可正向傳輸SPI高速協議。安防監控系統由此增加更多可能性，如用戶可在DVR端對攝像機進行遠程控制及軟件更新。通過AVT技術提供的分路器、轉接器芯片方案，更大規模超長距離高清視頻監控系統的組成將變得輕而易舉。

總而言之，數字視頻監控行業邁過一個黃金的現代化年代后，仍然保持著旺盛的創新沖動。后現代將開啟又一個激情四射的年代，但更多的是充滿理性和智慧的律動。在此需要對在安防領域孜孜不倦、堅定不渝的創新者們點個贊！