IP/HD-SDI高清高速球的应用与发展分析

文｜杭州海康威视数字技术股份有限公司 田振华

IP/HD-SDI高清高速球的应用与发展分析

文｜杭州海康威视数字技术股份有限公司 田振华

当今安防行业的发展趋势主要为高清、智能和系统集成，高清是目前业内最为热门的话题。实现全面高清有三种解决方案：模拟高线、网络高清、数字高清。提升清晰度最为关键的是提升视频采集设备采集信号清晰度。在球机应用领域，IP高清高速球机和HD-SDI高清高速球机已经相继在市场上崭露头角，本文将主要对IP/HDSDI高清高速球的发展和应用进行分析。

1 发展现状

球机主要由机芯、云台、硬件电路、结构等几大部件构成。IP/HD-SDI高清高速球机都选用高清数字机芯完成图像采集，采用相同的云台传动机制完成PTZ控制，具有相同的结构。两者最大的区别在于硬件电路：IP高清高速球机对机芯采集的高清信号进行编码压缩后，输出IP数据包，通过以太网传输；HD-SDI高清高速球机则是对机芯采集的高清信号进行格式封装后，输出未经压缩处理的原始数据，通过HD-SDI线缆传输。所以从产品技术上来说，两者的差异在于硬件电路不同；相对而言，两者的技术瓶颈在于机芯功能。诸如如何获得更好的图像还原效果、如何在夜间获得更好的低照度效果，如何提升图像的清晰度等，无论对于IP高清高速球机还是HD-SDI高清高速球机，都是需要破解的难题。

2 制约应用和普及的因素

2.1 IP高清高速球的优劣势

目前市场上的高清高速球机可谓是百家争鸣，IP高清高速球机不仅类型丰富，而且是用户、工程商及厂商最为青睐的高清球机之一。

IP高清高速球机的优势在于：

◆ 能提供720p及以上的高清视频图像，清晰度较传统设备提升一倍以上；

◆ 基于联网监控，能有效支撑大规模监控系统的组建；

◆ 支持通过可视化平台管理软件统一管理；

◆ 研制厂商众多，各厂商的技术碰撞有利于产品的发展。

IP高清高速球机的缺点在于：

◆ 存在网络信号传输延迟，包括编解码延迟以及网络交换设备转发延迟的问题，尤其是在应用于复杂的网络监控系统时，视频预览和控制延迟较大；

◆ 可能发生网络信号丢包，即编码后的网络信号可能会因为网络系统问题丢失数据包，因而存在丢失视频数据的风险；

◆ 网络传输数据不安全，尤其是在公网中传输视频数据时，容易发生视频数据被篡改，导致视频数据被窃取的情况。

2.2 HD-SDI高清高速球的优劣势

HD-SDI高清高速球机的优势在于：

◆ 可基于同轴电缆传输信号，这意味着既有模拟监控系统能利用已有的线路完成高清改造，最大限度地节约成本；

◆ 产品操作与传统CCTV产品相似，不像IP系统那样需要管理维护人员具备一定的IT应用技能，对于传统的CCTV安防从业人员来说没有重新学习的成本；

◆ 传输非压缩的高清信号，图像还原效果比IP高清高速球机更好，视频延时比IP高清高速球机更小，这也是促成用户选择HD-SDI高清高速球的关键因素。

HD-SDI高清高速球机的不足在于：

◆ 目前HD-SDI信号的最远传输距离为100m，进行远距离传输的成本较高；

◆ 使用HD-SDI设备组建大型监控系统，其成本较相同规模的IP监控系统高很多。

2.3 IP/HD-SDI高清高速球的应用情况

目前IP/HD-SDI高清高速球的应用情况是，IP高清高速球机的市场占比较高。综合多方面数据分析发现，推动用户选择IP高清高速球机的主要因素有以下两点：

◆ IP高清高速球机的成本比HD-SDI高清高速球机低；

◆ IP高清高速球机具备视频采集和编码功能，可直接进行数据存储；HD-SDI球机仅完成视频采集，系统在录像之前需要进行编码压缩，于是又增加了编码设备的成本。

可以说，对于常规监控项目来说，对成本的考虑往往使得用户最终选用IP高清高速球机。

HD-SDI高清高速球机也有一定的市场占有率，选择HD-SDI高清高速球机的用户一般是行业用户，主要出于对HD-SDI高清高速球机在图像还原度和实时性上的优势为IP高清高速球机所不可比拟的考虑。

3 未来发展趋势

IP/HD-SDI高清高速球未来的发展，有三个共同的目标。

（1）高清化

虽然当前已经实现了高清监控，但是从显示效果来看，现有的高清监控在分辨率、显示效果、流畅度方面都存在不足。从分辨率来看，720p的分辨率是CIF分辨率的9倍、1080i/1080p的分辨率是CIF分辨率的20倍——在同样的显示环境下，能还原更多细节；从显示效果来看，高清监控既支持大屏显示，又支持16∶9宽屏显示，可以大幅优化用户的观看体验；从流畅度来看，高清监控支持更高的帧率，例如720p和1080i/1080p都可以支持60帧/秒，其图像流畅度比标清要高一倍——这些都是IP/HDSDI高清高速球未来发展的方向。

（2）标准化

随着监控系统从模拟式走向数字式、从封闭式迈向网络化，基于开放的标准以实现设备、系统间互联互通的需求日益迫切。在网络时代，投身于开放标准的建设，为用户提供同时具备灵活性和可扩展性的安防系统，已经成为安防厂商角逐本土市场、实现全球化的不二选择。作为网络监控的重要产品，IP/HD-SDI高清高速球机的标准化已经成为必然。

继ONVIF、PSIA之后，HDcctv联盟也成立了，并与前两者并立为当前网络视频监控市场的三大标准。这些联盟组织的成立，都是基于在网络时代推动监控标准实现统一的愿景。例如ONVIF，希望通过全球性的开放接口标准来推进网络视频在安防市场的应用——这一接口标准将确保不同厂商生产的网络视频产品具有互通性；成立于2008年8月的PSIA，即实体安防互通联盟，目标是为实体安防系统的硬件和软件平台提供一种标准化的接口，使基于IP网络的不同安防系统具有兼容性；而HDcctv联盟（HDcctv Alliance）以芯片厂商和系统供货商为主要创立者，主要针对高画质监控系统（High Definition Surveillance Systems）开发新的标准，以期通过新标准，开发更容易建置、成本更低的网络解决方案。

（3）强化夜间补光

高清球机与普通球机相比，相同尺寸感光芯片的像素点成倍数增加，这造成了高清球机感光点尺寸相应倍数的减少；所以在同等曝光的情况下，高清球机的低照度性能会比普通像素球机差很多。这意味着高清球机夜晚红外补光的强度需求比普通像素红外球机高得多。例如，130万像素的1/3in高清CCD与43万像素（480线数）的1/3in普通CCD相比，单位面积上的像素点是后者的3倍，前者像素点的感光性能则为后者的1/3——这就是高清球机夜晚监视效果差的根本原因。目前应用较多的解决方案是延长曝光时间以弥补低照度性能不好的缺陷，但这会带来图像易出现拖影的问题。因此要获得理想的夜晚图像效果，只能增强外界灯光。

针对不同距离的监控，高清球机有不同的补光方案配置：近距离选用角度广的LED灯板来补光，可实现广角监控，且成本较低；中远距离由于需要的补光强度比较大、角度小，使用普通的LED灯很难达到所需的效果，所以选用方向性强、能量集中的激光红外灯来进行补光。

除此以外，HD-SDI高清高速球机还有一项迫切的发展需要，即降低传输成本、增长传输距离。正如上文所述，HD-SDI技术目前的点对点传输距离局限为100m，这推高了远距离传输的成本，很大程度上限制了HD-SDI高清高速球机的应用。目前相关设备厂家已经在研发新的传输方案，比如浅编码技术。浅编码技术的基本原理是在HDSDI球机端对HD-SDI信号进行MJPEG算法编码，再通过同轴线缆进行传输——如此图像质量损失不大，同时可将传输距离提升至300m左右。即使如此，HD-SDI技术也还需要进一步提升，这样HD-SDI高清高速球机才能综合传输成本、应用习惯、无损视频显示及操控无延时等多方面的优势，被越来越多的CCTV从业人员接受。