HDCVI——一種創(chuàng)新性的高清視頻傳輸方案

什么是HDCVI

2012年11月，大華技術(shù)股份有限公司發(fā)布了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同軸高清傳輸接口技術(shù)HDCVI。HDCVI技術(shù)是一種基于已有SYV75-3或SYV75-5同軸電纜的高清視頻傳輸方法，能夠在低成本和較低質(zhì)量的同軸電纜上實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離高清視頻信號(hào)的可靠傳輸。相比較HD-SDI子系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)傳輸介質(zhì)的高要求，HDCVI可以適應(yīng)長(zhǎng)距離、低成本的傳輸介質(zhì)以及復(fù)雜的部署場(chǎng)合。

HDCVI在調(diào)制方面采用基帶調(diào)制與正交調(diào)幅調(diào)制技術(shù)，將視頻調(diào)制為同軸百萬(wàn)高清電信號(hào)再進(jìn)行傳輸，也因此得名HDCVI，即高清復(fù)合視頻接口。該技術(shù)避免CVBS的色度串?dāng)_現(xiàn)象，將亮度和色度信號(hào)進(jìn)行徹底分離，進(jìn)一步提升畫(huà)面品質(zhì)。

HDCVI包括1920H和1280H兩種規(guī)范，兼容標(biāo)準(zhǔn)的1080P和720P的分辨率，并使用針對(duì)性的自動(dòng)信號(hào)補(bǔ)償專(zhuān)利技術(shù)，保證長(zhǎng)距離傳輸下極低的信號(hào)畸變。HDCVI技術(shù)同樣采用同軸百萬(wàn)高清攝像機(jī)加DVR的系統(tǒng)組合，以DVR作為節(jié)點(diǎn)設(shè)備，配合攝像機(jī)采用星型拓?fù)洳渴?，攝像機(jī)與DVR間使用同軸線(xiàn)纜點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。根據(jù)傳輸線(xiàn)纜，在500米點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸距離以?xún)?nèi)可以使用75-3、75-5等同軸線(xiàn)纜傳輸，超過(guò)500米傳輸距離可以使用75-5等級(jí)以上的同軸線(xiàn)纜傳輸。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸線(xiàn)纜中途可以使用連接器或是焊接接駁。實(shí)際施工階段，HDCVI產(chǎn)品安裝、布線(xiàn)、接線(xiàn)與模擬標(biāo)清產(chǎn)品的施工完全一致，其在戶(hù)外、室內(nèi)施工均無(wú)特殊要求，對(duì)外界有較強(qiáng)的抗干擾能力。

為了實(shí)現(xiàn)多信號(hào)共纜傳輸，HDCVI在消隱區(qū)中同時(shí)嵌入了音頻信號(hào)與雙向數(shù)據(jù)通信信號(hào)。音頻信號(hào)復(fù)合于行消隱中，以增加與視頻信號(hào)的同步性，并通過(guò)自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，最高支持44.1kHz采樣率。正向和反向數(shù)據(jù)信道復(fù)合于幀消隱中，通過(guò)雙向傳輸控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)接收端和發(fā)送端之間傳輸信息，支持如相機(jī)變焦、云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、實(shí)時(shí)報(bào)警等控制命令。其中正向發(fā)送數(shù)據(jù)由于發(fā)送時(shí)刻和電信號(hào)波特率可預(yù)測(cè)，且接收端具備高性能的自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，可以支持較高的傳輸波特率。而反向發(fā)送數(shù)據(jù)由于存在阻抗匹配和信道傳輸不確定性的影響因素，信號(hào)頻率較低且每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量有限，因此支持的波特率較低。當(dāng)然，反向信道也采用了自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)電信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)進(jìn)行一定的恢復(fù)。

因此HDCVI是一種低成本、長(zhǎng)距離、無(wú)延時(shí)、高效率、抗干擾且易實(shí)施的百萬(wàn)像素級(jí)高清視頻傳輸技術(shù)。

HDCVI實(shí)現(xiàn)的載體--HDCVI芯片

2013年8月大華技術(shù)股份有限公司正式推出基于HDCVI技術(shù)的芯片解決方案。本次推出的芯片解決方案分為發(fā)送芯片（TX）和接收芯片(RX)兩部分，分別應(yīng)用于前端HDCVI同軸百萬(wàn)高清攝像機(jī)和后端HDCVI同軸百萬(wàn)高清DVR，也可擴(kuò)展至中間的光端機(jī)，分配器及矩陣等設(shè)備。

圖1所示為HDCVI發(fā)送芯片（TX）典型應(yīng)用圖。TX芯片在數(shù)據(jù)接口上面采用BT1120/BT656數(shù)字視頻接口、I2S音頻接口、I2C配置接口，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和配置接口使TX芯片可以適配市場(chǎng)上各種信號(hào)的ISP芯片和音頻芯片，使HDCVI同軸百萬(wàn)高清攝像機(jī)的整機(jī)方案非常靈活。同軸輸出方面TX芯片除了支持HDCVI格式外還兼容傳統(tǒng)CVBS格式。在分辨率和幀率方面TX芯片支持HDCVI協(xié)議的所有分辨率和幀率:1280H@25fps/30fps/50fps/60fps和1920H@25fps/30fps。

圖1HDCVI發(fā)送芯片（TX）應(yīng)用圖

從應(yīng)用框圖上看，采用TX芯片的同軸百萬(wàn)高清攝像機(jī)方案非常簡(jiǎn)潔，而且TX芯片采用MQFN封裝技術(shù)芯片尺寸非常小，適合各種型號(hào)的攝像機(jī)。

圖2所示為HDCVI接收芯片（RX）典型應(yīng)用圖。支持4路HDCVI模擬高清輸入和4路數(shù)字視頻輸出；支持HDCVI協(xié)議的所有制式和分辨率；支持I2S音頻輸出和多片音頻級(jí)聯(lián)輸出；支持I2C配置接口；支持模擬視頻輸入通道和數(shù)字輸出通道的靈活映射；各通道制式獨(dú)立；支持支持亮度、對(duì)比度、銳度、色調(diào)、飽和度等視頻參數(shù)可配置；支持雙向控制信號(hào)傳輸；各通道內(nèi)置獨(dú)立的均衡器。

圖2HDCVI接收芯片（RX）應(yīng)用圖

從應(yīng)用框圖看，RX芯片和現(xiàn)有的模擬DVR中所使用的視頻AD芯片的接口完全一致，因此在整機(jī)方案上可以無(wú)縫對(duì)接傳統(tǒng)模擬DVR。內(nèi)置的均衡器使DVR端可接收500米長(zhǎng)距離傳輸?shù)母咔逡曨l信號(hào)。

所以TX和RX芯片的發(fā)布可以讓整機(jī)廠(chǎng)商在原有攝像機(jī)和DVR方案上做非常小的修改就可以實(shí)現(xiàn)HDCVI方案，必將加速高清視頻監(jiān)控的普及。

HDCVI的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)HDCVI的技術(shù)特點(diǎn)和性能，對(duì)比HD-SDI技術(shù)，HDCVI在同軸電纜傳輸高清視頻領(lǐng)域非常具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。首先，HDCVI與HD-SDI兩種傳輸技術(shù)都可以傳輸720P和1080P有效分辨率的高清視頻，但在傳輸距離上HDCVI具備明顯的天生優(yōu)勢(shì)。HD-SDI目前在傳輸介質(zhì)較好的環(huán)境下只能傳輸100米。HDCVI目前在使用75-3的線(xiàn)纜時(shí)，可以至少傳輸500米，且極低信號(hào)畸變；使用75-5或是更好的線(xiàn)纜時(shí)，傳輸距離可以進(jìn)一步延升，同時(shí)也能保證傳輸視頻的質(zhì)量。其二，HD-SDI抗干擾能力較差，尤其是存在高頻輻射的環(huán)境，比如手機(jī)、無(wú)線(xiàn)路由器等。較強(qiáng)的高頻無(wú)線(xiàn)電磁輻射對(duì)HD-SDI的干擾，導(dǎo)致視頻數(shù)據(jù)出現(xiàn)高的誤碼率，表現(xiàn)為圖像異常、花屏、無(wú)法鎖定等。HDCVI采用低頻同軸高清調(diào)制技術(shù)，從技術(shù)原理的本質(zhì)上就避免了高頻無(wú)線(xiàn)電磁輻射的干擾，即便是在強(qiáng)干擾源環(huán)境下，HDCVI依然能夠保證高質(zhì)量的圖像傳輸。其三，HD-SDI在實(shí)際施工中，對(duì)于布線(xiàn)環(huán)境選擇、施工方式都有嚴(yán)格的要求，主要表現(xiàn)為對(duì)于安裝的線(xiàn)纜質(zhì)量高要求；不允許中途接駁的要求；連接端子的焊接質(zhì)量要求；安裝路徑低輻射要求等。這些都對(duì)施工人員素質(zhì)、施工成本、安裝和維護(hù)的復(fù)雜度、線(xiàn)路走線(xiàn)設(shè)計(jì)提出很高的要求。HDCVI技術(shù)沿襲模擬標(biāo)清的施工要求和走線(xiàn)規(guī)范，普通弱電施工人員就可以快速部署高清監(jiān)控子系統(tǒng)。

HDCVI與主流的網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)比較，HDCVI同樣表現(xiàn)出安防行業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。首先HDCVI采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。IPC采用以太網(wǎng)傳輸技術(shù)，傳輸路徑經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)路由、交換等，存在網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)、丟包等風(fēng)險(xiǎn)。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境保證視頻的流暢性，往往采取視頻緩沖技術(shù)，目前較好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳能保證控制在300ms以?xún)?nèi)，在網(wǎng)絡(luò)較差的環(huán)境下，延時(shí)現(xiàn)象更為嚴(yán)重。HDCVI技術(shù)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸過(guò)程中不存在延時(shí)，高清視頻源從攝像機(jī)到后端設(shè)備預(yù)覽過(guò)程沒(méi)有經(jīng)過(guò)編碼解碼，圖像完全保持原始效果，提供用戶(hù)更完美的視覺(jué)效果。其二，目前的模擬標(biāo)清設(shè)備的升級(jí)換代也可以無(wú)縫切換到HDCVI的產(chǎn)品，通過(guò)更換攝像機(jī)和DVR即可實(shí)現(xiàn)全面高清監(jiān)控的需求。模擬標(biāo)清設(shè)備的施工、部署方式是最為廣泛采用，是工程商、施工人員目前在安防工程建設(shè)里主要采用的系統(tǒng)，HDCVI技術(shù)沿襲模擬標(biāo)清的傳輸方式，在施工和部署上最容易被廣大用戶(hù)接受并快速開(kāi)展實(shí)施。相比IPC的施工，類(lèi)似IT建設(shè)，對(duì)施工人員、拓?fù)湓O(shè)計(jì)、流量設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)備選型都有較高要求。其三，HDCVI系統(tǒng)的使用方式與標(biāo)清系統(tǒng)完全一致，同軸百萬(wàn)像素高清攝像機(jī)加DVR部署系統(tǒng)設(shè)備間即插即用，以DVR交互操作為主。相比IPC的使用，往往需要對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行設(shè)置、初始化操作等，此外還存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議兼容性問(wèn)題導(dǎo)致的通信或配置異常風(fēng)險(xiǎn)。即便是Onvif等標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的應(yīng)用，IPC加NVR系統(tǒng)的推廣，其易用程度仍無(wú)法與模擬系統(tǒng)相媲美。

此外，由于HDCVI使用多信號(hào)共纜傳輸技術(shù)，使用一條同軸電纜視頻完成傳視頻和音頻信號(hào)和雙向數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)音視頻同步傳輸以及反向發(fā)送控制信號(hào)，如云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、變倍控制等，進(jìn)一步降低了施工安裝的復(fù)雜程度。

更為重要的是，由于HDCVI技術(shù)不僅兼顧實(shí)用價(jià)值，適應(yīng)長(zhǎng)距離、無(wú)延時(shí)、強(qiáng)干擾的傳輸方式以及復(fù)雜的部署場(chǎng)合，更具有低成本、高性?xún)r(jià)比的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。基于HDCVI技術(shù)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)將保持與原模擬標(biāo)清系統(tǒng)相當(dāng)?shù)某杀?，以同等的系統(tǒng)成本，體驗(yàn)到高清監(jiān)控的魅力。

表1：常見(jiàn)的監(jiān)控技術(shù)對(duì)比 　 HDCVI HDSDI 傳統(tǒng)CVBS IP-CAM

系統(tǒng)解決方案

HDCVI高清解決方案，主要采用HDCVI技術(shù)的DVR和同軸百萬(wàn)高清攝像機(jī)組成基礎(chǔ)子系統(tǒng)。以DVR、NVS作為匯聚的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，配合同軸百萬(wàn)高清攝像機(jī)采用星型拓?fù)洳渴稹DCVI技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅在使用方式和安裝方式上與模擬標(biāo)清攝像機(jī)系統(tǒng)保持一致，用戶(hù)操作也擁有同樣的交互體驗(yàn)，傳輸介質(zhì)更可以直接沿用標(biāo)清系統(tǒng)中的同軸電纜、連接器等。施工部署人員無(wú)需額外學(xué)習(xí)大量專(zhuān)業(yè)的裝配知識(shí)，對(duì)于線(xiàn)纜品質(zhì)、連接工藝也均無(wú)特殊要求，完全繼承了模擬標(biāo)清系統(tǒng)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。新建工程在部署時(shí)不存在需要新培訓(xùn)的過(guò)程，改建工程可輕松實(shí)現(xiàn)基于原有系統(tǒng)的平滑過(guò)渡、無(wú)縫升級(jí)。

HDCVI技術(shù)的產(chǎn)品對(duì)于用戶(hù)而言，根據(jù)監(jiān)控場(chǎng)景選擇合適的攝像機(jī)；根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量選擇足夠接入通道的DVR；根據(jù)預(yù)定的錄像時(shí)間選擇合適容量的硬盤(pán)，便可以搭建高清監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)選型過(guò)程以及后續(xù)的安裝、調(diào)試工作與傳統(tǒng)標(biāo)清時(shí)代的模擬監(jiān)控系統(tǒng)幾乎一致。唯一的區(qū)別在于硬盤(pán)容量的選取，考慮到高清視頻監(jiān)控時(shí)，視頻碼流較D1明顯增大。以1280H格式的同軸百萬(wàn)高清監(jiān)控系統(tǒng)為例，每一路產(chǎn)生相當(dāng)于720P的編碼數(shù)據(jù)，是D1時(shí)代的2倍以上，在選取硬盤(pán)時(shí)，就需要采用同等倍數(shù)的硬盤(pán)容量。

HDCVI技術(shù)可以傳輸500米的高清視頻信號(hào)，要求在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，攝像機(jī)與DVR之間的距離應(yīng)不大于這個(gè)范圍。在這個(gè)覆蓋范圍內(nèi)，非常適合16路及以下的視頻監(jiān)控點(diǎn)的典型應(yīng)用。在超過(guò)HDCVI傳輸范圍的應(yīng)用模型下，建議使用多臺(tái)DVR組網(wǎng)方式搭建的典型應(yīng)用，其中每臺(tái)DVR覆蓋有效距離內(nèi)的監(jiān)控點(diǎn)，且盡量平均每臺(tái)DVR的接入數(shù)量。

HDCVI新增的功能也給同軸百萬(wàn)高清系統(tǒng)帶來(lái)新的特性，表現(xiàn)在音頻、報(bào)警器等輔助視頻監(jiān)控設(shè)備的部署方案。距離攝像機(jī)較近，離DVR較遠(yuǎn)的音頻監(jiān)控設(shè)備、報(bào)警器，可以就近連接到攝像機(jī)上，利用HDCVI技術(shù)通過(guò)同軸電纜發(fā)送到DVR上，從而簡(jiǎn)化施工部署方案。

技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

HDCVI傳輸技術(shù)目前已實(shí)現(xiàn)全功能應(yīng)用，基于HDCVI技術(shù)的產(chǎn)品需要更廣泛應(yīng)用，通過(guò)體驗(yàn)技術(shù)已有優(yōu)勢(shì)和功能特性，進(jìn)一步探索挖掘技術(shù)提升的需求。作為新興的技術(shù)，在滿(mǎn)足廠(chǎng)商和用戶(hù)的好奇心外，更需要在實(shí)踐中得到用戶(hù)的認(rèn)可。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)化的快速推進(jìn)，這項(xiàng)新技術(shù)必將成長(zhǎng)壯大，有望成為安防行業(yè)的高清視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)之一。

HDCVI技術(shù)的普及應(yīng)用離不開(kāi)產(chǎn)品的多樣性和系統(tǒng)的完備性，作為新生的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要廠(chǎng)家通過(guò)不懈努力，研發(fā)更多具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。以系統(tǒng)化應(yīng)用和極高的性?xún)r(jià)比，加速百萬(wàn)像素級(jí)高清視頻監(jiān)控的普及進(jìn)度，完成模擬監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)化升級(jí)。

結(jié)語(yǔ)

在高清監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)下，HDCVI高清監(jiān)控解決方案是模擬監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)的最佳選擇。面對(duì)高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)和HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)，HDCVI技術(shù)將以更低的成本和貼近安防應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，成為高清監(jiān)控市場(chǎng)的一個(gè)重要成員。隨著更多廠(chǎng)商的參與、新技術(shù)的提升與配套產(chǎn)品的完善，將推動(dòng)技術(shù)和市場(chǎng)生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展，加快安防行業(yè)全面轉(zhuǎn)向高清監(jiān)控。