目前,高清对于视频监控行业来说,更多的则是停留在“概念”层面上是,真正应用的实际中的非常少,更不能谈普及了。高清摄像机与模拟摄像机最大的差别在于画质上的飞跃。
高清需求
安防监控画面与电影画面的要求有着很大的差别。比如,在内容方面,电影讲究好看,色彩丰富,场景壮观;而监控则要求画面真实,关注的对象细致可察,好看不好看并不重要。16:9的画面比例是国内外高清标准相同的指标,符合黄金分割,也符合人眼观赏的舒适感。但是,安防监控要的是对场景、目标的关注,对行为细节的体现,16:9是否真的符合监控场景需求还值得商榷,如此等等。
随着视频监控的普及应用,如今已成维护社会治安协助公安机关侦破各种违法案件的有效工具。但是,很多时候视频监控效果并不令人满意。如之前在网上闹得沸沸扬扬的“涉黑官员乌小青自杀事件”,而视频监控却没有逮到这一画面,这对于整个视频监控行业来说是非常尴尬的。大家应该都有类似的印象,之前无论报纸还是电视上所播出的犯罪现场的监控录像或截图,永远都像UFO照片一样模模糊糊让人看不清。更重要的是无法让公安机关在最短的时间内破案,需要耗费大量的人力物力来还原图像。
当然,现在随着一批批高清产品的问世,这种现象有所减少,但还是对视频监控高清化提出了更高求。如武广高铁的开通,沿线需要安装视频监控系统全天候监控,对于时速高达350公里的高速列车,铁路沿线周边安全尤为重要,显然普通摄像头难以满足要求,必须使用高清晰镜头才能保证监控效果。据铁道部副总工程师、客运专线(高速铁路)副总设计师张曙光介绍,按照我国近期高速铁路规划,到2012年,我国将建成客运专线42条,总里程1.3万公里,其中时速250公里的线路有5000公里,时速350公里的线路有8000公里。这对于发展高清监控来说是一个良好机遇。
随着视频监控技术的高速发展,用户对于视频监控产品的要求也在不断提高,功能要求更加完善、稳定,性能要求更加清晰、准确。与此同时,在商场、银行等监控场所如何看清一个人的面部特征?如何看清楚高速行驶车辆的牌照?拥挤喧闹的火车站、体育场馆、广场等场合,如何能够迅速准确的找到目标……?所有这些问题都需要高清视频监控产品来解决。
高清技术
高清的视频效果的保证首先来源于高清信息的采集,如果没有前端高清视频采集,无法谈及后端的高清效果。无论是枪机、一体机还是网络摄像机、模拟摄像机,采集的原理都是一致的,只是技术和器件上的区别。对于高清监控系统,前端采集设备一般使用网络摄像机。我们知道,摄像机的清晰度主要取决于感光芯片的性能,主要有CCD和CMOS两种,在高清监控领域,也都有所应用。
CCD 英文全名 Charge Coupled Device,感光耦合元件。CCD为数位相机中可记录光线变化的半导体,它是一种半导体成像器件,因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。CCD对监控场景的适应性更佳,在低照度下效果表现更好。CCD由以前1/4英寸到现在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等,代表了其技术的不断发展,再经过图像处理芯片的配合,能够达到分辨率720P甚至1080i的输出。
CMOS英文全名 Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互补性氧化金属半导体,CMOS和CCD一样同为在数码相机 中可记录光线变化的半导体,而随着CMOS在制造工艺和影像处理技术上的不断突破,业内对CMOS的前景预测也越来越乐观。高清数字影像的普及更是CMOS技术发展的一个难得机遇。而且,与CCD相比,CMOS的制造原理更加简单,体积更小,功耗可以大大的降低,种种迹像表明:图像传感器的领域正面临着一个重大转折,尽管从目前的状况看,CMOS与CCD图像传感器的应用市场仍然有一个分界,但这个界限似乎越来越模糊。有专家预言,随着300万像素的CMOS图像传感器的上市,图像传感器即将进入“CMOS时代”。CMOS在高像素方面有着一定的优势。
另外,镜头要能够保证进光量和角度,同时还要有一个适宜调焦和光圈来配合感光元器件的成像,因为高清的视频通常依赖于一个调焦的操作。对于焦距和光圈不满足实际需求来说,高清摄像机也惘然。在一体机中通常配合较高的变倍来更好的体现高清的效果。当然,评价一个高清摄像机,除了清晰度外,还有其他许多影响图像质量的因素,如超宽动态、自动白平衡、自动测光补偿等等。
一、传输技术
监控系统传输技术主要有视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输和宽频共缆传输六种传输方式。每种传输技术都有其自身特点,有各自的应用层面,对于一个复杂的监控系统往往根据不同的传输距离,不同的监控要求,采用不同的传输方式。面对高清应用的超大数据量,以及实时性的要求,采用光纤传输是解决长距离视频监控高速传输系统的最佳解决方式,通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中传输。光纤传输具有衰减小、频带宽、不受电磁波干扰、重量轻、保密性好等一系列优点,广泛应用于国家及省市级的主干通信网络、有线电视网络及高速宽带计算机网络。而在视频监控系统中,光纤传输也已成为长距离音视频及控制信号传输的首选方式。但光纤传输需专门的技术人员负责光纤熔接及设备维护方面的工作,另外对于近距离监控信号传输不够经济。
举例来说,高清意味着需要更高带宽。一般认为,H.264编码D1(720×576)画质的码流为2M左右,那么以1080P计算,画面尺寸约是D1的5倍,简单计算,码流也是5倍。因此,H.264编码的一个1080P高清画面所用带宽约为10M,与D1画质的MPEG2相当。由此可以看出,对于“高清”,网络传输并没有特别的要求。不过有一点必须指出,目前的互联网是不能够承载高清画质的,必须是专网甚至光纤。相比模拟传输,数字网络传输高清视频具有得天独厚的优势。
当然,由于高清占用了更高的网络带宽,在组建高清系统特别是大路数高清系统时对于网络带宽的使用还是应该精打细算。例如,如果使用100M以太网,实际上同时只能承载5路左右的高清图像(考虑到以太网的碰撞侦听特性)。如果同一视频源有多个用户访问,占用的带宽会更大。因此对于系统设计、组播、转发等技术的使用就显得尤为重要。
二、显示技术
后端的显示设备一般分为CRT、LCD、PDP三种。受高清电视技术发展的影响,监控显示设备的高清化速度非常快。
CRT器件以其亮度高、反差大、色彩还原好、图像细腻等优势,一直保持着高指标、高质量的水平,是三种器件中观看效果最好的。但由于受到自身重量、体积等因素影响,CRT监视器一般用于技术监看,适用于对图像总体质量的最终把握。而LCD、PDP器件由于采用逐点显示方式,没有回扫线,具有图像细腻、无闪烁现象,不易造成视觉疲劳的优势。其中,LCD监视器以轻薄、省电为特色,PDP以高亮度、大尺寸闻名。
但三种显示器件也都存在各自的缺点。CRT最主要的问题是体积庞大、耗电高、容易磁化。PDP的主要问题是小尺寸屏幕加工困难、屏幕发热、有烧蚀。LCD的主要问题是亮度不高、有延时。
高清效果必须使用大尺寸显示器才能表现出来。真正达到1920×1080分辨率的监视器,LCD最小尺寸至少20英寸,PDP最小50英寸,CRT至少20英寸以上。
在轨道交通、平安城市等大型图像联网指挥中心,大都使用了拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟,但LCD的拼接系统也在逐渐抢占市场。LCD拼接系统目前有个2cm左右缝技术没有解决,因此在高端使用有些受限。单从清晰角度来说,LCD完全可以满足1080p的使用要求。
现在一些新的显示技术带来了产品的不断升级,如索尼OLED高清屏仅0.3mm厚,日本NICT推出裸眼可视3D显示产品,还有适用于柔性显示的EPD等技术将逐渐把各种显示技术应用到产品,适应于工作、生活的各方面。这些产品无一不把高清放在最重要的位置,未来的高清显示产品将会拥有更加地多种多样、多姿多彩的市场,也必将渗透到监控领域之中。
同时,高清接口也有了DVI或HDMI等数字多媒体接口。
DVI信号的传输完全采用了数字格式,保证了视频源到显示终端的传输过程中资料的完整性,可以得到更快捷的传输速度以及更清晰的影像。所以,具备DVI接口的显示终端都是数字显示终端。DVI接口有三种,分别是DVI-Digital(DVI-D)、DVI-Analog(DVI-A)和DVI-Integrated(DVI-I)。其不同之处在于DVI-D只支持数字显示的设备;而DVI-A类似于VGA接口,采用模拟信号传输;而 DVI-I则是同时支持数字显示和模拟显示,并且可以兼容使用DVI-D的设备。
HDMI避免了DVI有着接口面积过大、不能传输音频等缺点,HDMI其最高传输速度虽然小于DVI(DVI可达8Gbps,HDMI为5Gbps,最高画质的HDTV信号传输需要2Gbps),但还支持八声道96kHz或单声道的192kHz的数码音频传输(支持Dolby Digital/DTS格式),无需单独使用音频连接线。同时其连接线的长度也可以达到20多米(DVI线在8米以上就会影响画质)。HDMI接口为19针,在针脚上和DVI兼容,只是采用了不同的封装,可以通过转换器兼容DVI接口。与DVI接口相比,HDMI不仅拥有更高带宽和更高分辨力等特性,还能集视频传输和音频传输于一身,大大简化了线缆连接设置。HDMI还能够向下兼容DVI,只要增加一个转接器,就能够实现两者的互连。因此,HDMI已于2007年取代了DVI在数字视频接口的统治地位。
高清应用
高清晰度摄像机除了前端安装和选材必须注意外,还必须有传输系统,中间系统和终端显示系统的配合使用才能达到高清晰度的实际效果。
就传输系统而言,视频图像的传送一般会选择同轴电缆、双绞线、UTP线(即网络传输)、无线传输、光缆传输等方式,不管采用哪种方式传输,必须使图像从前端传输到后端的整个系统中的各个环接的带宽>6M,这样才能保证图像达到高清晰度的要求,并符合工程及技防检测上的要求。一般情况下同轴电缆超过150米或200米时图像质量会明显下降,这是由于同轴电缆自身的特性造成的,故必须采取各种措施保证其终端带宽不小于6M,必要时要给予加视频补偿放大器来解决,一般的视频放大器的作用不大。其补偿的指标应保证高频补偿量、幅频特性、信噪比、共模抑制比、微分相位失真度、色度亮度延迟、色度宽度增益等都达到使相关线缆损耗或衰减造成的缺陷得到补偿,从而保证进入系统的图像的高清晰度。
目前,由于铜缆的价格不断上升,视频图像采用光缆传送的成本不断下降,在较长距离或多幅图像的传输中,采用光缆传送不失为一举多得的方案被广泛采用。由于光缆的带宽大、衰减小、高抗干扰、体积小、保密性强等特点,可较好保证图像传送的各项指标。当采用其他方式传送图像时,也必须保证通道的带宽。
高清晰度的图像还必须要靠好的终端显示设备来表现在人的视觉面前的,故最好选择逐行扫描监视器。因为在实际使用中隔行扫描监视器的图像闪烁严重,容易使人产生视觉疲劳。若监视器的清晰度低则同样达不到整体清晰度的要求。因为监视器的清晰度时由监视器、视频通道的带宽和显像管的点距、会距所决定的。据资料显示,其通道带宽与清晰度之间的折算理论上限为1M/80线左右,若再考虑高清晰度时的视频信号幅度下降因素,要达到显示400线的视频图像,则监视器清晰度指标按经验应采用600线以上的机器。
为配合高清晰度摄像机的使用,中间处理设备,包括矩阵、硬盘录像机,视频服务器、各种视频编码器等等都必须满足带宽和图像压缩的要求,才能使高清晰度摄像机充分发挥其内在的作用。光靠使用高清晰度摄像机而忽视其他配套设备的选用是达不到真正目的的。
来源:IT168网站