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管中窥豹如何架构高清监控

2012-11-29 09:13:05 来源:CPS中安网 作者:罗超 责任编辑: luocaocps 收藏本文
技术需要孕育和沉淀。走过2008、2009年,走过安防行业迎来了2010年的“高清元年”。那一时候,随着前两年的产业推进,实现高清监控的技术、产品条件已经有了实质性的进展,市场也开始接受高清监控的概念。高清监控已不再是镜花水月,人们急切提出了对高清监控需求,高清监控以需求为前提,通过摄像机改变而改变的。“牵一发而动全身”,因前端产品的变化,带动传输、存储、显示和平台同时转向高清,本期CPS中安网技术专题“如何架构高清监控系统”特邀杭州海康威视数字技术股份有限公司产品经理田振华、浙江宇视科技有限公司产品总监朱兵、天津天地伟业数码科技有限公司数字前端产品经理郭辉、深圳市中瀛鑫科技股份有限公司技术部经理巩珏、金三立视频科技(深圳)有限公司产品经理张智安、深圳同尊数字技术有限公司产品经理唐飞和深圳亿维锐创科技有限公司技术总监陈丹七位技术专家一同探讨如何去建设高清监控系统,建设的难点在哪?

  

  技术需要孕育和沉淀。走过2008、2009年,走过安防行业迎来了2010年的“高清元年”。那一时候,随着前两年的产业推进,实现高清监控的技术、产品条件已经有了实质性的进展,市场也开始接受高清监控的概念。高清监控已不再是镜花水月,人们急切提出了对高清监控需求,高清监控以需求为前提,通过摄像机改变而改变的。“牵一发而动全身”,因前端产品的变化,带动传输、存储、显示和平台同时转向高清,本期CPS中安网技术专题“如何架构高清监控系统”特邀杭州海康威视数字技术股份有限公司产品经理田振华、浙江宇视科技有限公司产品总监朱兵、天津天地伟业数码科技有限公司数字前端产品经理郭辉、深圳市中瀛鑫科技股份有限公司技术部经理巩珏、金三立视频科技(深圳)有限公司产品经理张智安、深圳同尊数字技术有限公司产品经理唐飞和深圳亿维锐创科技有限公司技术总监陈丹七位技术专家一同探讨如何去建设高清监控系统,建设的难点在哪?

 

  高清监控规模化应用条件

  业界对高清的广泛关注和呼声之大,很好的证明了市场对高清监控应用的迫切需求。我们说一个市场的蓬勃兴起无非三大因素:一是现实市场是否有迫切需要,二是基于这一市场的技术积累、显示环境是否可以满足市场的需要,其三是成本问题,索尼公司技术经理文军曾在媒体上阐明此观点。浙江宇视朱兵认为普及高清监控建设需要理清三个思路:

  不同行业不同的高清驱动力根源:

  今天在高清引入的过程中比较积极的行业,恰恰是在图像的信息化、数字化以及数字化之后的信息处理和二次应用方面需求特别迫切的行业,而不是仅仅期望能够获得更好的视觉体验。比如公安的平安城市安防系统建设,比如交警的卡口和电子警察系统建设,比如轨道交通监控系统的建设。卡口系统就是一个很典型的例证,高清卡口之所以发展这么快,就是因为车牌识别、虚拟线圈等智能分析和处理技术基于高清的成熟化。因此各个行业对于高清的驱动力不同,导致高清的普及不是横向统一推进,充分了解各行业基于高清的二次应用开发需求,是普及高清监控的条件之一。

  怎么构建高清系统:高清是个系统工程,除却高清摄像单元本身在系统化方面的课题(如镜头等),还有两个非常重要的系统化命题,一是布线与网络,另一个是存储。这两点都会因为高清需求的变化,而对原有监控系统造成较大影响,再新增加高清系统方面会遇到难题;在存储方面,由于信息量的丰富,单路接入带宽倍增,对应着存储设备投入的增加。我们可以考虑通过架构的优化、调整、新技术的引入来抵消这样的变化。

  高清系统构建的TCO:从架构、产品、工程诸方面看,高清已经进入规模建设阶段,但“成本”还是高清系统建设的关键考虑之一。但是在核算成本的时候,往往重视初次设备投入成本而未对布线成本和后期维护成本进行精算。如果采用更为客观的TCO核算法,高清普及的拐点应该会更早到来。

  中瀛鑫巩珏认为在经历了多年的洗礼和市场培育,随着技术的发展,特别是随着计算机技术的迅速发展和推广,高清网络视频监控系统逐渐取代传统的模拟监控系统成为视频监控的主流。理由如下:

  首先,从人类发展的历史来看,互联互通是经济和科技发展的必定规律。不同系统之间经济要素的活动可以降低本钱,进步经济效率。好比中国的对外开放政策使得经济三十年来保持高速发展,炒的最火热的物联网的实质也是通过互联网将各个物体连接起来,进行信息交换,形成一个“聪明地球”。对安防行业来说,用户也需要一体化的解决解决方案,好比实现视频监控系统与报警系统、消防系统、自控系统的整合,降低系统部署和维护本钱。

  其次,模拟摄像机+硬盘录像机的监控模式无法满足市场对互联互通的要求:首先目前以硬盘录像机为核心的监控系统是一个封锁式系统,是一个安防孤岛,不能跟其他治理系统进行信息活动。另外,这种模式将图像采集、数据存储、监控治理混为一体,一旦因地震或火灾、被盗等事件导致设备损坏,数据无法恢复,因此数据可靠性不高。另外这种封锁式模式使得系统扩充比较艰难。众所周知,硬盘录像机需采用多块硬盘来扩充存储容量,特别是现在的监控系统规模越来越大,数据量越来越多,采用硬盘录像机这种方式很难实现设备和数据的同一治理。

  同尊唐飞采访中也谈到此问题,他说就整个行业来看,去年的高清产品与模拟产品是3:7的比例,但是随着高清技术的发展,以及行业需求的旺盛,高清产品的需求和发展速度之快,相信现在都已经超过这个比例了,高清的普及,需要技术的发展和积累,包括编码技术,存储技术,网络带宽等各技术的高速发展,才能形成完整的高清监控解决方案,用量的增长带来成本的降低,现在很多高清产品的价格都已经趋向模拟产品的价格了,当系统成本趋于一致,客户体验到的高清图像效果越来越好的时候,就是高清监控普及的时候了。

  如何架构高清

  IPC与SDI,共存的前端高清市场

  文中之前也提及,架构高清监控系统,首先从前端摄像机开始。行业有种观点,高清监控应用的必须前提是网络化众所周知,传统的标清监控分为模拟、数字和网络三种类型,但无论哪种类型都必须采用前端摄像机+后端管理控制等系统框架。在这之中,监控摄像机则根据后端设备的性质选用模拟摄像机或网络摄像机,也就是说在标清监控系统中,前端设备与传输手段是既可使用模拟设备也可使用网络设备。但高清监控却不然。首先,我们知道,采集后未经压缩的高清视频信号有模拟和数字两种传输方式。模拟传输一般采用YPbPr 分量传输,一路高清视频信号需要三根同轴线缆同时传输。数字传输一般采用DVl、HDMl或者HD-SDI传输其中DVI或HDMf的传输距离只有几米,不适合用于监控传输,而HD-SDI虽可以传输100米左右,但对同轴电缆的要求很高,线缆的价格也非常昂贵。无论是模拟方式还是数字方式传输,未经压缩的高清视频信号传输成本都明显高于以前的模拟标清视频信号。而采用视频压缩编码并通过JP网络进行传输时,高清视频与标清视频在传输成本上的差异很小。因此,可见高清监控首先必须基于视频压缩处理并通过IP网络进行传输,只有这样才能有效控制高清视频的传输成本,从而让高清监控真正具有实用意义。去年风靡一时的HD-SDI高清监控摄像机对IPC摄像机提出挑战,誓与争雄。企业如何看待?海康威视田振华认为,IPC的优势在于可基于IP网络传输,并且可无限扩展,组建大规模的监控系统成本较低。IPC的缺点在于网络信号延迟大、网络传输存在安全隐患。SDI的优势在于可基于同轴电缆传输无损数字信号,图像还原更真实,操控更实时。 SDI的缺点在于SDI信号目前点对点传输最远只能达100米,组建大型SDI监控系统成本较高。在实际项目中IPC和SDI均有很多应用,海康威视针对IPC和SDI应用提供了整体产品解决方案。2011年,海康威视率先提出了网络高清+模拟高线+数字高清 = 全面高清的理念,并以实际行动推动着"网络高清+模拟高线+数字高清"的高清视频监控应用演进历程。海康威视高清系统涵盖从前端采集、中间传输、后端平台等各个环节,包括网络高清、模拟高线、数字高清在内的产品线组合;金三立张智安持同样观点,他说IPC在工程施工方面方便灵活,现在传输技术已经非常成熟,无线、3G、光纤等等,另外IPC在集中管理方面也具备灵活性高,容易操作等优势。SDI采用同轴电缆传输,在旧有的模拟线路上进行改造比较有优势,目前SDI的项目需求都集中在旧模拟监控改造方面,另外SDI实时性特别好。但是由于SDI的视频信号是没有经过任何压缩的,所以数据量非常大,给录像存储带来巨大成本。目前金三立两种方案都在深度研发,并且已经在市场上推出了IPC、SDI高清监控系列产品;中赢鑫巩珏采访中对记者说,IPC与SDI在图像质量方面,二者均可以达到720P、1080P,甚至更高像素;SDI摄像机和IPC高清摄像机在视频监控领域内有各自的应用范围和侧重点,它们是互补而不是取代关系。基于IP网络的视频监控系统随着平安城市等大事件推动,越来越受到关注,自2006年以来,可以说是高清网络视频监控的黄金年代,目前越来越多的业主需求已经倾向高清晰的网络视频监控设备,尤以平安城市天网工程建设、港口码头、大型运动场馆、各大银行系统等安保视频监控建设需求为甚。SDI是近两年的后起之秀,SDI 的出现势必会更加推动IPC 厂商更深度探索、研发。SDI摄像机若想获得较大的应用空间,传输距离及视频图像存储仍可能会是制约瓶颈,由于SDI摄像机传输采用传统的同轴电缆传输,同轴电缆传输距离是有限的,它不同于IPC 摄像机是借助网络远距离传输,这是二者最大的差距。不仅如此,由于SDI摄像机采集的数据量较大,其传输过程又不经编解码器压缩,给数据的存储提出了很大挑战。IPC高清网络摄像机采用H.264压缩算法,能够很好节省传输带宽和存储空间。IPC高清视频监控系统融合了更多的技术和提供了丰富的功能;天地伟业郭辉谈及 IPC与SDI之争,认为一套完整的高清监控方案包括前端采集、中间传输、平台控制等几个方面,IPC和SDI单纯比较前端采集的话,其最明显的区别是IPC的视频是压缩过的,而且有一定的网路延时,而SDI直接传输未压缩过的实时视频;在中间传输环节,IPC通过网络传输,有着非常好的可扩展性,并且可以很容易实现远程访问,资源共享等;而SDI在短距离传输使用同轴线缆,在长距离传输使用光纤,由于带宽占用大,一颗光纤只能传输1路高清SDI信号,在可扩展性和远程访问等特性上受限;在平台控制方面,IPC可以很容易通过网络实现平台的远程控制和资源管理,而SDI的平台控制则比较麻烦,需要矩阵,切换器,键盘等设备,而且后端存储上SDI也需要编码压缩存储。天地伟业针对不同的行业应用提供不同的高清解决方案,在平安城市、道路监控等联网需求较多的行业大多使用IPC高清监控方案,而在一些法庭、检察院等对实时性要求很高的行业则提供SDI高清监控方案;同尊唐飞认为SDI方案和IPC方案各有优缺点,SDI方案是通过同轴电缆作为介质,传输未压缩的高清数字码流。满足全高清、无延时、视频无损耗的高清应用需求,与模拟监控系统有许多类似之处,很容易被客户接受。但是,目前安防业内生产相配产品如SDI摄像机、SDI光端机、SDI 数字硬盘录相机和后端平台设备仍然寥寥可数,且成本非常高,相当于IPC方案的2倍。即使用户倾向于选择SDI的监控系统,恐怕在前后端还无法满足到用户多样化需求。SDI仅仅是一个过渡方案。IPC 方案是通过网线传输压缩后的高清数字码流。在高清图像、延时、视频损耗情况下,理论上是弱于SDI方案的。但是随着技术发展,芯片的改良和传输介质技术的进步,这些差距将逐步缩小,SDI的优势将不复存在。针对目前的阶段,同尊基于对视频监控系统架构、图像信号处理(ISP)、图像编解码、管理平台等核心技术的积累,特别是在同尊高清设备光纤环网的专利技术应用,同尊高清IPC方案经过压缩后的图像在码流、延时、视频还原等技术的处理均能满足客户需求,高清IPC方案所带来的优越性、适应性、便捷性和可扩充性上就非SDI方案所能比拟;亿维锐创陈丹基本认同以上观点,认为在巨大的市场需求中,IPC与SDI谁也无法取代谁,但相对而言市场会更侧重IPC高清方式。

  



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