视频监控系统如何实现高清 揭密高清内涵

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对客户而言，高清只有在包含了前端摄像机、管理平台、存储系统、浏览、显示等各个环节时才有意义，因此拥有高清整体解决方案才是真正的高清提供商，而不仅仅是提供单纯的高清网络摄像机。因此，实现高清，需要系统各个环节齐心协力。

    高清摄像机

    高清网络摄像机已成为一种必然趋势。按照图像分辨率划分，市面上的高清网络摄像机已经发展到了300万、400万、500万像素。许多厂家都争先恐后地推出自己的高清网络摄像机，如松下的WV-NP502CH第五代超级动态300万像素网络摄像机、索尼在2009年推出720P高清快球和半球之后又将于2010年推出10余款“IPELA”系列1080P/720P新型高清网络摄像机、三星安防的SNC-M300300万像素、MOBITIX的300万像素高清网络摄像机等。

    图像清晰度与摄像机的感光元件密切相关，目前最为广泛使用的感光元件是CCD，但CCD响应速度较低，不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式，因此高清监控摄像机普遍采用CMOS作为感光元件。而采用CMOS敏感元件的高清监控摄像机在低照度、灵敏度、噪点、抗干扰等方面存在不足，从采访中也了解到，目前致力于CMOS研究的厂商已经研发出720P与1080P专用的CMOS器件，其宽动态、强光抑制、灵敏度等性能都得到很大程度改善。

    充分利用智能视频分析手段是高清摄像机实现被动监控转变为主动监控，真正做到24小时全天候监控，实现快速响应的重要途径。索尼中国专业系统集团工程师谢美健认为：“前端智能，即前端的高清智能网络摄像机实时地进行检测和智能处理，即基于压缩前的高品质图像进行实时处理，因而效率更高，实时性更好，准确性更高。同时，前端智能处理对之后的传输、存储、显示不会产生影响。”

    由于把智能视频分析功能放到前端摄像机，因此对摄像机本身的处理能力要求相当高，目前只有少数厂商的高端产品可以实现前端智能功能，如松下、索尼、MOBOTIX均可实现。以松下WV-NP502CH第五代超级动态300万像素网络摄像机为例，其人脸检测功能可以检测到图像中最多8个人脸信息，将这些信息处理后传到后端服务器，并配合人脸识别软件工作，可以缓解后端服务器的处理压力，进而提高整个智能系统的效率和稳定性。而MOBOTIX摄像机内置的智能视频功能，可以在20种事件之间定义逻辑上的“是或非”的关系。这样，一台摄像机自身就可以灵活决定什么时间录像，什么时间不录像，如何按照逻辑定义去触发相关联的其它事件等。
  传输

    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等六种传输方式。每种技术都有其自身特点及应用层面。面对高清应用的超大数据量，以及实时性的要求，固然，因光纤传输衰减小、频带宽、不受电磁波干扰、保密性好等优点，使得采用光纤专线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，但随着网络技术的飞速发展，及视频监控系统的特殊要求和经济性考虑，网络传输也已成为长距离音视频传输的不二选择。

    高清晰与带宽之间是一对互斥关系，高清意味着需要更高带宽。在视频压缩算法一定的情况下，一般说，H.264编码D1(720×576)画质的码流为2M左右，那么以1080P计算，码流约是D1的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，网络传输高清视频具有得天独厚的优势。

    由于高清视频在广域网上传输存在限制，加强带宽建设是解决传输高清和网络带宽问题的必然途径。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则要精心设计。例如，100M以太网，实际上同时只能承载5~6路高清图像(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。

    随着网络技术迅猛发展，目前各种宽带网络层出不穷，除了企业自建的光纤专网达到千兆带宽，局域网也逐渐朝1000M、10000M方向发展。同时，各大运营商也在大力发展EPON、GPON光网，使得带宽达到Gbit以上。这些都将高清在网络中得到淋漓尽致的发挥。

    图像压缩格式直接决定了对传输网络、录像存储、后端处理的要求，也在很大程度上影响着图像品质。通过改进视频压缩算法来提高传输效率已成为一种需要。H.264是目前获得最高压缩比的压缩算法，高清视频监控目前主要使用到H.264BaselineProfile层面。此外，高清网络摄像机还采用JPEG、MPEG-4图像压缩方式，但二者对连续图像压缩占用带宽较大。为适应各种不同的应用需求和网络环境，市面上主流厂家的高端网络摄像机都会同时具备二、三种编码能力，如将采用H.264视频压缩格式、高码流的实时图像传至本地存储服务器进行录像，同时将较低码流的H.264视频压缩格式的D1图像传向远端给客户进行实时的监看，另外还可以在报警时传输百万像素的JPEG图像，便于事后进行放大确认，寻找可疑对象等。

    存储

    支持高清视频的效果大多是以服务端大数据流为代价，因此需要有足够的存储空间用于录像存储。选择什么样的存储系统和方案将直接影响视频读写速度。苏州科达科技有限公司NVR产品线总经理周圣强表示：“高清监控存储一般有两种方法，一种是小集中大汇聚，即前端分散式本地存储，如IPSAN构架方式;另一种是在大型项目里，高清视频通过管理平台+存储服务器实现存储，其存储服务器通常是存储阵列。”

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目前，安防系统中常用的存储方式有DAS直连、NAS网络硬盘和IPSAN等构架，其中IPSAN方式采用IP构架的以太网传输，具备良好的扩展性、共享性和较低的分摊应用成本，是目前大中型集中监控存储主要采用的技术之一。艾普视达范清华表示：“这些存储方式都是IT行业非常成熟的技术，存储介质也多半是采用IT上通用的数据硬盘，容量一般是TB级以上(按每路每小时数据量1G计算，1TB的数据硬盘大约可存储720P的视频图像1000小时或者1000路摄像机同时录像1个小时的数据)，现在2TB的数据硬盘也逐渐走入人们的视线。”随着具体高清监控项目规模的不断扩大，大型高清监控系统PB级海量存储解决方案将得到普遍应用。     TCL产品中心开发部部长伍华表示：“高清的大容量需要有大型存储，而回放是否能支撑这么大的信息量也是问题”。同时，存储的高清视频的安全性要求也很高。创新科存储技术有限公司技术中心副总经理冯凯则解释道：“存储的视频录像能否回放取决于几个方面。一是存储设备是否具有足够的混合读写性能，保证存储可在大量高清视频写入的同时满足多路视频的回放。混合读写性能混合性能不足，不仅有可能影响正常的视频写入和回放，严重地还有可能造成后续视频完全无法写入。二是存储系统的安全性和稳定性。先进的RAID技术高可靠的企业级磁盘可有效降低因为磁盘损坏而造成数据丢失的可能性，保证高清视频实时可用。三是数据备份。重要场所的图像或普通场所的某时段重要图像往往需要有备份，以确保在一段时间内该视频随时可用。一般可在视频采集时同时保存到多台存储，或先保存单个文件，之后再复制到另一台存储等方式来实现。对重要视频文件的多重保存或备份是设计高清监控系统时必须考虑的问题。四是平台软件媒体管理系统的有效性，主要是媒体管理系统后台的数据库结构设计。能否通过关键字，快速、准确、有效地检索到目标视频是媒体管理系统的重要指标，否则高清视频即使保存下来，也有可能无法检索到、无法用于图像调用和图像分析，那么图像存储就变得没有意义。”     此外，智能分析和数据挖掘功能也在存储系统中充分体现其应用价值。创新科冯凯认为：“关于智能分析应用，主要以平台软件形式出现。前端出现高清视频监控系统的智能分析应用，对存储容量的要求也相应会高，如存储时间将会更久。以‘平安城市’项目为例，存储时间可由3个月或半年扩展到一年，加上前端监控点位的后期扩展，其需要的存储容量则更大。”若加装智能分析模块与时间、报警触发存储相结合，视频存储所需要的空间将大大减少。iOmniscient总经理李丽珍也表示：“目前高清监控系统存在的问题之一是较多的无用视频信息也被存储、传输，既浪费了存储空间，又增加了带宽压力，而采用智能分析后，对于这些无用视频则可采用低码流方式进行压缩或存储，以节省存储空间和减少带宽压力。”针对数据挖掘功能，创新科冯凯认为：“目前，存储系统主要用于调查或查询使用，增加数据分析或挖掘功能将极大地提升存储系统的价值。如在‘平安城市’项目中，追踪某辆车半年内在一个城市的运动轨迹，通过存储系统中的信息则可实现追踪需求。”另外，在一些重要场合(如机场、海关)的出入口，也可将高清摄像机抓拍的人脸或车牌视频与后台存储数据库中黑名单进行对比，判断是否为犯罪嫌疑人或违法车辆等，若是与黑名单信息相吻合则进行报警并联动配套系统。     管理平台     高清监控系统的出现一方面带来一系列的优点，但也给存储、解码等方面带来巨大压力的同时，间接给管理平台带来巨大的挑战。基于高清应用的管理平台，主要体现在强大的数据处理能力及技术优化等方面。

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广州睿捷网络科技有限公司产品顾问周泉表示：“高清系统的数据量大，对平台而言，则需要研发智能的存储及便捷的数据搜索方式，例如抽帧存储、动态侦测存储、标签搜索、事件搜索、切片查看、档案管理等等。其次是平台需要兼容子码流(如兼容标清和高清码流)，兼容子码流既不会影响高清，即‘一台设备可以替代多台设备’，也不会导致流量过大。对于一些不支持双码流或多码流技术的前端高清摄像机，其后端平台也应能通过软件设置兼容多种码流以满足用户的需求等。”     技术优化是充分利用高清视频监控系统的重要途径。在广电行业拥有成熟的方案及丰富经验的索贝数码科技股份有限公司，将广电高清技术移植到安防行业，再从安防监控的实际应用出发做针对性的应用优化。索贝的核心思路是在软件的基础上，在匹配的高清硬件设备成本偏高等现有环境下，对系统的各环节技术做优化。在编解码环节上，索贝采用在视音频处理技术上的“黑箱子”技术，支持了它这种来自底层技术的细节处理能力。例如对图像、车牌、人、运动物体等细节，可以按对象不同分成不同的编码技术，以此来保证目标对象的画质。此外，索贝还在其它环节上做了功夫，如在前端摄像机源头上，如果摄像机无法良好地处理图像，索贝会用一些特殊技术来处理;在存储环节，平台中心端(包括显示端)，相关的广电级连接口，上电视墙等技术，都会有一些特殊的处理技术。     显示     高清效果必须使用优秀的显示设备才能表现出来。后端的显示设备一般有CRT、LCD、PDP三种。而高清显示效果必须要使用大尺寸显示器才能表现出来，现在有采用拼接墙技术，比如在轨道交通、“平安城市”等大型指挥中心，大都使用拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟，但LCD拼接墙也正在逐渐抢占市场，从清晰度来说，LCD完全可以满足1080p的使用要求。其中，某些厂家如TCL推出的基于DID技术的LCD液晶显示屏具备超轻薄、低功耗、高对比度、无闪烁、低成本等优点，满足高清视频显示需求。此外还有新的显示技术(如OLED高清屏)等都已将高清晰指标放在最重要的位置，而各类显示屏也都将16：9宽屏成为高清产品的定型规格。     TCL的伍华也表示：“未来显示技术朝多种格式和多种接口方式的多方向发展。”考虑到系统的兼容性，接口丰富已成为高清显示设备的一种需求。如兼具有接收CVBS信号的BNC接口、色差分量接口YPbPr、VGA接口、DVI接口、HDMI接口等种类。     譬如，DVI接口的传输完全采用了数字格式，保证了视频源到显示终端传输过程中信息的完整性，可以得到更快捷的传输速度以及更清晰的影像。再如HDMI接口，避免了DVI接口面积过大、不能传输音频等缺点，虽然HDMI最高传输速度小于DVI(DVI可达8Gbps，HDMI为5Gbps，最高画质的HDTV信号传输需要2Gbps)，但其支持八声道或单声道的数码音频传输，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)。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，大大简化了线缆的连接。