高清網絡視頻監控系統幾種傳輸方式的應用

黃日財 廣東建設職業技術學院

隨著計算機網絡技術及芯片技術的高速發展，高清網絡視頻監控系統已經成為了現視頻監控系統的主流。同時，高清網絡視頻監控系統的傳輸方式也由最初的同軸電纜、雙絞線及光纖等傳輸逐漸升級換代。視頻監控前端系統的代表設備-攝像頭也由模擬升級為數字高清，甚至達到了4K清晰度水平。

從模擬時代的“看得到”到數字時代的“看得清”，再到大數據時代的“看得懂”視頻內容檢索發展歷史，視頻監控系統中的傳輸方式均扮演著重要角色。高清視頻監控系統的傳輸方式種類多，但其主要作用基本上都是完成視頻音頻信號、控制信號等通過不同標準的物理信號傳輸至控制機房中心，完成前端系統與終端系統的數據互通。信號傳輸的穩定與否決定了整個高清視頻監控系統的顯示、存儲、內容檢索分析等質量的關鍵因素。

1.高清網絡視頻監控系統的主要傳輸方式及特點

隨著高清網絡視頻監控系統前端設備、終端設備的升級換代，其傳輸方式也跟隨著升級換代，不同的傳輸方式有不同的特點，但其基本上有以下幾種傳輸模式：

1.1 同軸電纜傳輸

現階段的同軸電纜傳輸與舊模擬視頻監控系統的傳輸介質是一樣的，均是通過視頻同軸電纜傳輸視頻信號（物流接口為BNC）。但舊模擬視頻監控系統采用同軸電纜傳輸信號為模擬視頻信號，其多為75Ω寬帶電纜。

與數字視頻監控系統同期發展中，同軸高清視頻監控系統也占高清視頻監控市場一大份額。同軸高清視頻監控系統的傳輸方式亦是采用同軸電纜進行視頻信號傳輸。從本質上講，同軸高清是一種模擬信號傳輸技術，其技術的核心是利用傳輸芯片（TX發送芯片和RX接收芯片）提升數據傳輸距離。與同屬同軸高清的HDCVI、HDTVI、AHD其實原理并沒太大差別，主要在于產品傳輸芯片的不同和產品性能的差異化競爭。以同軸高清技術其中具有代表性的HDCVI（高清復合視頻接口）為例，HDCVI是一種基于同軸電纜的高清視頻傳輸規范，HDCVI技術的視頻傳輸距離及視頻分辨率優于模擬系統的信號傳輸。

HDCVI最大優點是其通過同軸電纜點對點可傳輸百萬像素級高清視頻，同時具備無延時，低損耗、高可靠性的視頻傳輸特點。

高清視頻領域中，HD-SDI攝像頭是采用高清數字分量串行接口進行非壓縮式傳輸，是一種實時無壓縮的高清廣電級傳輸攝像頭。

圖1 監控系統拓撲圖

1.2 雙絞線傳輸

模擬視頻監控系統中，雙絞線傳輸模擬視頻信號的工作原理是利用差分信號傳輸原理。在模擬監控系統中可以采用雙絞線傳輸，其傳輸距離可從0-2000米不等，同時該傳輸方式具備抗干擾性能強，可靠性高特點（相對同軸電纜傳輸模擬視頻信號而言）具體見圖2所示。

雙絞線傳輸模擬視頻信號傳輸距離優于同軸電纜，線纜施工方面，1根超五類的雙絞線可傳輸4路視頻信號。當雙絞線傳輸器采用兩端有源雙絞線傳輸器時，傳輸距離可增加至2000米，同時可對視頻信號進行調整，以滿足色彩及白平衡等實際項目環境需求。

雙絞線傳輸器也可用于同軸高清視頻監控系統中傳輸同軸高清視頻信號，傳輸方式和結構特點與圖2一致，傳輸距離在0-1000米左右。雙絞線傳輸器可采用五類、超五類及六類雙絞線進行信號傳輸。

圖2 ：單路雙絞線傳輸器傳輸方式示意圖

高清網絡視頻監控系統中，采用標準以太網信號傳輸，常用超五類或六類雙絞線傳輸，其遵循計算機網絡TCP/IP相關協議規定，具備有傳輸帶寬小，成本低、組網方便等特點；因此，該傳輸方式也是高清網絡視頻監控系統的主要傳輸方式。

網絡傳輸視頻信號是經過壓縮處理的，視頻的畫質及實時性會有所下降，同時，網絡組網方式本身安全性存在一定隱患，系統也容易受到非法攻擊及入侵。

1.3 光纖傳輸

光纖傳輸是現高清網絡視頻監控系統長距離傳輸的主流傳輸方式。光在光纖中傳播主要是依據全反射原理。在傳輸介質方面，光纖可分為單模和多模光纖，多模光纖的芯的直徑有50μm和62.5μm兩種，大致與人的頭發的粗細相當；單模光纖的芯直徑為8μm～10μm，常用的是9/125μm。

多模光纖允許不同模式的光于一根光纖上傳輸，在10Mbps及100Mbps的以太網中，多模光纖最長可支持2000米的傳輸距離，而于1GpS千兆網中，多模光纖最高可支持550米的傳輸距離，在10Gps萬兆網中，多模光纖OM3可到300米，OM4可達500米。

單模光纖只能傳一種模式的光纖。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，在100Mbps以太網或1G千兆網，單模光纖可超過5000m傳輸。

9/125μm指光纖的纖核為9μm，包層為125μm，同時是單模光纖的一個重要的特征；50/125μm指光纖的纖核為50μm，包層為125μm，50/125μm是多模光纖的一個重要的特征。采用光纖傳輸視頻信號目前解決長距離傳輸的主要方式，同時其高速率、大帶寬、抗干擾、不收雷電等干擾，也使得光纖傳輸成為未來最佳傳輸方式的首選。

2 4K甚至8K發展前期

4K，正如電影中萊塢大片的分辨率標準。其分辨率為4096×2160像素，隨著4K高清的發展，安防領域的4K產品也在逐漸向4K甚至8K發展。對于視頻監控整體清晰度的提升，高清4k視頻監控系統急需完整的4K前端采集、傳輸、存儲及顯示的全套解決方案。未來發展趨勢如何？

對于安防攝像頭而已，4K高清清晰度的網絡攝像頭至少配置800萬像素水準，目前能提供該標準的主流的攝像頭廠家不多。對4K的分辨率的視頻，對視頻采集壓縮、傳輸、帶寬也有更高的要求。例如，1路4K分辨率的IPC，在幀率為25FPS、H.265編碼類型、7680Kbps的碼率環境下，需要10.8M左右的帶寬，同時，不間斷存儲1小時的錄像，需要3.6GB左右的硬盤存儲容量。同時，伴隨著4K的視頻采集、傳輸系統，需要更強的后端解碼和顯示能力，例如需要比現在更強大的計算處理能力的4K高清解碼器對視頻信號進行解碼、需要更加清晰細致的4K高清監視器來無損呈現監控畫面。就目前的監控領域的芯片性價比及存儲能力等而言，4K高清監控成本顯然是較為昂貴的。

但是，隨著人們對視頻清晰度及人工智能的要求，高清視頻監控伴也隨著人工智能算法技術的發展而升級及換代，4K高清監控終究是未來發展的趨勢，也是未來的主流。隨著技術及芯片的發展，越來越高分辨率視頻采集、越來越無損的低帶寬傳輸、越來越無損的高壓縮率的存儲技術、越來越清晰的無損顯示技術等都會成為高清視頻監控的標配。