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IP/HD-SDI高清高速球技術發展趨勢

發布時間:2014-7-1 | 閱讀次數:1948

引言

清晰作為安放行業永恒的主題,從模擬監控到數字監控,再到今日的高清監控,不論是實時監控還是事后回溯都要求圖像清晰,目標可見。2012年作為高清的普及年,不論是IP還是HD-SDI的高清高速球作為高清前端采集系統中的一個重要組成,在技術上會實現新的突破,帶來新的變化。隨著高清化,智能化等技術的迅猛發展,高清高速球的技術正面臨著日新月異的變化。

IP高清高速球的技術分析

高清網絡高速球在傳統模擬高速球的基礎上發展而來,在其基礎上,增加高清一體化機芯、視頻及音頻編碼模塊、網絡接入模塊即可構成一個基本的網絡型高速球,實現高清影音數據和控制數據通過網絡這一介質可靠傳輸。

作為一款高清網絡高速球,如何在有限的網絡帶寬下更加流暢地傳輸數據是需要解決的首要問題。如今H.264的壓縮編碼方式已經成為主流,在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸,在同等的圖像質量條件下,H.264的數據壓縮比是MPEG-4的1.5倍。由于采用網絡傳輸,網絡延時也是一個很重要的考慮參數,目前一些主流廠家如天地偉業等公司的百萬像素高清網絡高速球的延時可以控制在300ms以內。

高速球首先需要重視高速運行性能,此外還需要非常注重球機的低速運行性能這一關鍵指標,例如一些主流廠家的高清高速球產品通過對步進電機細分技術的深入研究,以天地偉業高清高速球產品為例,其手動最低速0.01度/秒,預置位速度可達300度/秒,此外通過無級變速,人性化變焦/速度自動匹配等技術實現良好的低速平穩性和高速精確性,確保客戶在進行比例變倍操作和預置位設定時,具有良好的視覺感受。

目前主流的高清高速球產品均可以提供豐富的多樣化功能,如前端音頻輸入、音頻輸出、報警聯動、視頻遮擋、視頻移動報警、巡航掃描、花樣掃描、看守位、系統重啟、機芯參數設置等等功能,此外一些技術能力雄厚的廠家還開發了一些特色功能,如OSD菜單、3D定位等功能。

產品系列化越來越豐富,從像素上來看,目前有130萬、200萬、300萬像素的;從傳感器類型來看,有CMOS、CCD和最新的Exmor CMOS等;從產品形態來看,有普通高速球、紅外高速球、激光高速球等;從光學性能來看,有18X、20X、28X等。以天地偉業為例,其最新推出的300萬像素Exmor CMOS高清紅外高速球,其傳感器像素可達327萬,支持20X光學變倍,采用Exmor CMOS傳感器搭配全新的歐司朗紅外陣列,夜視效果的紅外距離可達200米。

HD-SDI高清高速球的技術分析

HD-SDI高速球開始被推出市場就經常出現“傳輸距離太短”的質疑。,如果用HDMI只有幾十米,就算用同軸電纜也只能100米。可喜的是,目前廠商已開始重視傳輸問題,目前最普遍的是,HD-SDI通過轉Fiber的光端機轉換為光纖電纜傳送,同時為了能滿足多路的HD-SDI信號的單向或雙向傳送,光端機也有以WDM/DWDM/CWDM等多頻道光波長分頻方式的傳輸,達成一路以上的HD-SDI光纖信號載送傳輸要求,這可以讓HD-SDI攝像機信號傳輸達到30-70公里。

對于球機的控制部分,由于HD-SDI無法控制及傳送聲音信號,如果單獨走線的話,肯定會影響施工的便利性,如果在同軸中同時傳輸PTZ控制信號以及音頻信號的話,由于各家開發協議的不標準很容易會造成兼容性問題,目前在透過同軸傳輸信號的載波(CarriesWave)技術下,已可以在信號無用的部份嵌入這種類似過去16/32bit單一同軸傳輸的方式來傳輸控制及聲音信號。這步為HD-SDI出現打開技術之路,傳統矩陣系統在高清的夾縫下有了起死回生的契機。

目前監控系統影像在呈現上多以CVBS的模擬信號輸入和VGA或者HDMI終端顯示器為主,目前高清多以720P/1080P為主要顯示格式,同時在數字電視HDTVSMPTE-296M/274M規定下,輸入格式大多為HDMI或DVI及YC信號接口格式,而大部份顯示器廠商在聽到HD-SDI高清需求都直觀的以HDMI界面接口來認定,但相對于SDI的信號接口格式,BNC還是最好的選擇。雖然多數液晶顯示器都可以支持HDMI-1080P但相對有嵌入SDI接收芯片及存在SDI的接口格式就只能在小尺寸的銀幕及大屏部份去找尋著手,這也目前HD-SDI發展遇到問題。 

 HD-SDI攝像機目前缺乏系統性的管理平臺工具,在整合、集中管控上遇到很大的問題,而且在存儲方面,由于不能像網絡攝像機那樣進行網絡架構存儲,會出現“能看不能存”的問題。隨著HybridDVR概念影響與SDI-DVR出現時,這個問題就不再困擾想要使用HD-SDI攝像機的工程商,因為相對于網絡高清監控,HD-SDI的儲存要求是對等的,而且更有優勢的是HD-SDI可以保證路像的清晰及實時性,而從容量上來看,HD-SDI與網絡攝像機相同影像所占用的存儲空間幾乎相同。

IP/HD-SDI高速球新技術應用需求分析

隨著物聯網概念的普及和手機等移動終端的多樣化,通過IPHONE/IPAD或者Android等移動終端通過wifi或者3G隨時隨地查看和控制高清高速球已經成為越來越多高端用戶的需求,目前大部分廠家的高清高速球產品可通過移動終端實時監控視頻等基本功能,但是一些高級的操作還不能完全實現,但是天地偉業公司的高清高速球產品目前已經可通過移動終端對高速球的控制如3D定位,預置位調用,報警,抓拍等功能。

高清高速球的應用場合通常都安裝在室外,所以夜視能力就成為市場的一個很重要的需求,目前的高清高速球的夜視功能通常采用主動紅外來實現,利用紅外燈補光,在夜間低照度情況下可進行高清監控。夜視距離的遠近,紅外燈開啟的方式,紅外燈的材質直接影響夜視的效果。天地偉業高清紅外高速球產品采用72顆食人魚紅外陣列,分段式開啟,通過雙燈板設計,變倍聯動紅外燈分組啟動,避免“手電筒”效應。

對一款優秀的高清高速球來說,在市場應用中除需要考慮功能性之外,更重要的是使用的便利性。例如天地偉業高清高速球產品采用獨具特色的磁吸附式機芯快裝結構,在工程安裝時固定好外罩后直接將機芯對準好定位孔放下即可,不需要旋轉固定,也不用螺絲固定,安裝非常快捷、而且穩固。此外一體化的安裝方式,機芯、風扇、電路板等都分層裝嵌,這種設計有利于機膽內外形成空氣對流,能有效地散失機身內部的熱量。機芯與云臺上的電路板之間的排線長度適中,轉動機芯可以發現排線柔韌得當,就算快球高速轉動也不會受到擠壓。接口輸出全部采用組線的方式,分別有電源、音頻、以太網、報警等接口,不同的接線采用不同的顏色表示,方便安裝人員區分。

IP/HD-SDI高速球技術面臨挑戰及未來發展需突破的瓶頸

需要看到,雖然IP/HD-SDI的高清高速球技術已經有了很大發展,但是在實際應用中,還有需要提升和改進的地方,由于高速球由于一體化攝像機變焦鏡頭組受當前國際技術水平的限制,變焦鏡頭組的遠焦一直在95mm這個難關左右徘徊。一般16倍光學變焦的焦距范圍是:4—64mm,18倍光學變焦的焦距范圍是:3.1—73.8mm, 20倍是4.7—94mm,從以上數據不難看出20倍光學變焦鏡頭組的遠焦94mm是看得最遠的,而且20X光學變倍,1080P全實時分辨率的高清高速球產品也是目前市場的主流。

另外考慮到夜間監控,市場對夜視距離也提出很高需求,目前一般廠家都還沒有紅外高清高速球產品,一些研發實力雄厚的廠家已經有相關的高清紅外球產品,以天地偉業為例,其最新的高清紅外陣列高速球產品采用原裝歐司朗紅外陣列,分段式開啟,紅外距離可達150-200米;此外還針對特殊場合,推出了基于紅外陣列+激光器的高清激光球,實現近距離紅外,遠距離激光,最遠夜視距離可達200米以上。

隨著IP/HD-SDI等技術的成熟和完善,未來,高清高速球在如下幾個方面會取得突破:

1)IP/HD-SDI高清高速球與物聯網結合  隨著物聯網的射頻技術(RFID)的成功應用,在未來可以實現與高清視頻的無縫結合從而帶來很好的實際應用。可以通過高清球機的485接口或者網口接收從射頻傳輸過來的數據,做到圖像和射頻的結合。舉例來說,此項技術可以代替固定打卡、非法人員識別從而有助于改進實際中很多較為繁瑣的工作,體現高智能、高技術的價值。

2)IP高清高速球與報警設備聯動  以天地偉業的高清球機為例,其球機上都有報警(ALARMI/O)接口,這種報警信號接入可以處理開關量電平,當球機接收到此數據后,可以對其進行編碼處理,而后送入TCP/IP網絡或者通過,通過應用軟件對該報警信號進行各種聯動響應設置,如發出聲、光報警與進行報警錄像等。

3)IP高清高速球與移動設備結合   隨著3G技術的普及,以及每臺IP高清球機都擁有自己獨立的IP地址,可以通過3G網絡能夠直接與移動設備進行網絡連接,實時傳輸高清圖像,實現無線高清視頻的傳輸。也可以我們可以在IP高清球機中配置內置的Email、FTP等客戶端,當在能接入互聯網時,IP高清球機設備還可以通過Email、FTP等方式把報警觸發時抓拍的圖片或錄像發送到移動設備。也可以通過COM口與能連接的SIM卡的設備連接,利用短信、彩信方式下發給指定的手機終端。這樣,做到實時且智能的監控,而僅利用很小的帶寬和成本。

4)智能方面切入高清球機 因為IP/HD-SDI的高清球機都可以提供高清晰的圖像,這為提升智能分析的準確性提供了先天的優勢。通過DSP或者FPGA植入智能算法,其智能算法可以直接處理從芯片輸出的原始圖像信息,基于原始圖像,做一些恰當的、適合特征場合的應用。比如,可嵌入出入口人數統計功能。該功能可通過對攝像機所監控的畫面進行分析,自動統計計算穿越重要出入口或指定區域的人或物體的數量。而且在低碳時代,為智能算法與節能環保思想的結合則開辟了另一巨大的市場。在黨政機關、學校、企業和大型家居環境,還可采用智能視頻分析技術消除巨大的電能浪費與安全隱患,如自動關閉不必要的燈或打開有人辦公工作的燈或視需要調整燈光的強度等,未來看的話,百萬像素網絡高速球一定會朝著高清化,智能化,產品形態更加豐富的方向發展。

綜述

目前高清球機的應用還只是在一些行業的解決方案上,由于價格,技術,施工,成本等方面的原因,在傳統的監控市場,高清球機還沒有完全鋪開,最核心的障礙就是傳輸的問題。目前IP高清監控的傳輸都是采用網絡的方式,但是這種傳輸方式實時性差,而且圖像被壓縮,而且傳統模擬升級高清需要全部重新改造。HD-SDI高清球可以且只能通過光纖鏈路來實現,這種傳輸成本高,未來只有IP實現低帶寬高清晰;HD-SDI的傳輸實現多路數,低成本,高清高速球才會取得更大的發展。高清化、智能化既是監控行業的發展方向,更是高清高速球未來的趨勢。

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