模擬高畫質(zhì)高清攝像機(jī)非壓縮方案探討

　　在百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的“高清風(fēng)暴”席卷這個視頻監(jiān)控市場的時候，做為視頻監(jiān)控市場占有優(yōu)勢地位的模擬攝像機(jī)也開始畫質(zhì)的提升，采用非壓縮方案的高清模擬攝像機(jī)在監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行畫質(zhì)升級改造時也成為了選擇的目標(biāo)。與此同時，在前端百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)供應(yīng)商將產(chǎn)品線不斷向后端發(fā)展的同時，由后端進(jìn)入前端的供應(yīng)商也引起了安防行業(yè)的關(guān)注。

　　實(shí)現(xiàn)高清需要更高的技術(shù)

　　目前，高清的定義只出現(xiàn)在廣電行業(yè)，按照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，一般顯示比例為16∶9，至少能解析1080i(分辨率1920×1080)的數(shù)字信號，或掃描線數(shù)垂直和水平方向都必須達(dá)到720P的數(shù)字信號，只有滿足或超過以上標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能被歸類為高清產(chǎn)品。

　　就單個高清攝像機(jī)而言，其高分辨率和高清解析度要取決于該攝像機(jī)是否滿足SMPTE(美國電影電視工程師協(xié)會)標(biāo)準(zhǔn)，即達(dá)到720P(1280×720，逐行掃描)、1080i(1920×1080，隔行掃描)、1080P(1920×1080，逐行掃描)三種分辨率中的一種，并且具16∶9顯示模式和全幀速，否則即使是號稱百萬像素攝像機(jī)，也不一定是高清的。

　　百萬高清監(jiān)控系統(tǒng)，不會再像過去標(biāo)清、模擬系統(tǒng)那樣單單買套方案就夠了。由于百萬高清的特殊性，以及后端IT廠商的大舉進(jìn)入，使得目前百萬高清比傳統(tǒng)監(jiān)控門檻高出許多，需要在高清數(shù)字圖像采集和處理技術(shù)、圖像編解碼、后端傳輸管理以及軟件平臺建設(shè)上掌握著一定的核心技術(shù)，需要更強(qiáng)大的綜合實(shí)力尤其是大量的研發(fā)力量。

　　高清攝像機(jī)方案綜述

　　現(xiàn)今市面上流行的高清攝像機(jī)方案大致上可以分為兩種：壓縮方案和非壓縮方案。

　　壓縮方案是指傳感器(CCD/CMOS)采集到的視頻信號，經(jīng)過預(yù)處理和后處理，從而低延遲、實(shí)時地提高畫面質(zhì)量，然后使用各種編碼和解碼標(biāo)準(zhǔn)(如H.264和MPEG4)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中。由于流量很大且速率也非?？?，所以數(shù)據(jù)必須經(jīng)過壓縮。例如，以30fps的速度傳輸1920×1080像素一次，在非壓縮情況下所需數(shù)據(jù)速率達(dá)1.5Gbps。再添上多通道，所需速率就更高了。

　　非壓縮方案是指鏡頭、CCD等原始信號，編碼后不經(jīng)壓縮直接傳輸出去，中間省去了視頻壓縮的步驟，實(shí)時性很高，號稱零延時。

　　究竟采用哪種方案也是目前高清視頻前端設(shè)備中爭議最大的地方。實(shí)質(zhì)上這兩種方案各有優(yōu)點(diǎn)，不存在誰取代誰的問題，各種方案都有其應(yīng)用的場合。

　　非壓縮方案的傳輸技術(shù)

　　非壓縮方案的傳輸主要通過HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI四種高清接口，而如何在這四種接口中選擇，成為目前比較關(guān)注的話題。

　　HD-SDI接口

　　SDI標(biāo)準(zhǔn)由SMPTE進(jìn)行定義，廣泛應(yīng)用在廣播和視頻產(chǎn)品中。SDI標(biāo)準(zhǔn)描述了怎樣通過視頻同軸電纜在剪輯設(shè)備之間傳送未壓縮的串行數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。有兩種SDI標(biāo)準(zhǔn)：SD-SDI和HD-SDI，它們基于不同的數(shù)據(jù)速率。這兩種標(biāo)準(zhǔn)的基本電氣規(guī)范相同，主要不同點(diǎn)是，HD-SDI有較高的數(shù)據(jù)速率，1.485 Gbps，而SD-SDI數(shù)據(jù)速率在143 Mbps到540 Mbps之間，270 Mbps是目前應(yīng)用比較廣泛的速率。

　　YPbPr接口

　　YPbPr：YPbPr也叫色差分量接口，采用的是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA-770.2a標(biāo)準(zhǔn)，還有一種接口被稱為YCbCr接口，他們兩者的區(qū)別在于前者是隔行掃描色差輸出，后者是逐行掃描色差輸出。而色差輸出將S-Video傳輸?shù)纳刃盘朇分解為色差Cr和Cb，這樣就避免了兩路色差混合解碼并再次分離的過程，也保持了色度通道的最大帶寬。而Y即是亮度信號。而YPbPr接口不是數(shù)字接口，仍然定義為模擬接口。YPbPr的接口可以使用同軸電纜，可以用BNC頭，也可以使用普通蓮花頭作為接口標(biāo)準(zhǔn)。

　　HDMI接口

　　HDMI的英文全稱是“High Definition Multimedia”，中文的意思是高清晰度多媒體接口。HDMI接口可以提供高達(dá)5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，可以傳送無壓縮的音頻信號及高分辨率視頻信號。同時無需在信號傳送前進(jìn)行數(shù)/?；蛘吣?數(shù)轉(zhuǎn)換，可以保證最高質(zhì)量的影音信號傳送。

　　DVI接口

　　DVI全稱為Digital Visual Interface。它是1999年由Silicon 、Image、Intel(英特爾)、Compaq(康柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同組成DDWG(Digital Display Working Group，數(shù)字顯示工作組)推出的接口標(biāo)準(zhǔn)。DVI-D接口，只能接收數(shù)字信號，接口上只有3排8列共24個針腳，其中右上角的一個針腳為空，不兼容模擬信號。

　　在這4種接口中，我們應(yīng)該如何選擇？通過表1是對以上4種接口進(jìn)行一個簡單比較和分析，我們發(fā)現(xiàn)HD-SDI接口是目前比較好的高清接口，同時HD-SDI接口也是目前廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高清接口。

　　· HD-SDI以其較遠(yuǎn)的傳輸距離和較高的傳輸速率，更多地被使用到前端設(shè)備到傳輸設(shè)備，或者前端設(shè)備到中心/控制設(shè)備上。例如HD-SDI攝像機(jī)到HD-SDI光端機(jī)/矩陣的連接；

　　· 在傳輸距離不是很遠(yuǎn)，例如控制中心機(jī)房，對傳輸速率要求很高的場合，使用HDMI和DVI即能滿足需求。像支持HDMI/DVI的矩陣到監(jiān)視器/大屏幕拼接墻之間的連接；

　　· 顯示終端一般都帶有YPbPr接口，雖然YPbPr傳輸速率較低，但因其傳輸線的價格比較便宜，傳輸?shù)木嚯x較長，在某些對傳輸速率要求不高的場合也還是有一定的應(yīng)用。