HD-SDI数字高清摄像机的技术发展之路

文/黄玉

实时无损的高清图像一直是行业孜孜不倦的追求。近两年源于广电技术的SDI技术在视频监控领域获得重视，各大安防生产厂商都相继推出了HD-SDI系列产品及相关的配套设备，HDSDI市场正蓬勃发展。近年来，困扰安防企业及用户的“HD-SDI传输距离短（仅有百米左右）”的缺陷随着HD-SDI光端机的研发普及，传输距离已不受限制，使HD-SDI产品可运用在一些需要远距离传输的监控场合。另外，“配套产品不完善”的劣势也随着图像处理与数字传输两大核心技术的突破，在短短2年时间内，将HD-SDI技术系统地融入到高清视频监控行业，HD-SDI接口的DVR、光端机、编码器、视频矩阵、显示设备等逐渐推出，HD-SDI产品市场日新月异。

然而，HD-SDI摄像机以及配套产品的价格偏高，基于HD-SDI摄像机方案的高清监控项目，成本往往超出预算，使得HD-SDI产品的市场占有率和项目使用量远不及预期，市场前景不明朗，安防厂家更不愿意牺牲产品的利润，造成HD-SDI摄像机低性价比的现象。从图像采集的源头谈起，如何提高HDSDI摄像机的性价比，以下图像传感器的选择和传输、存储两方面进行分析阐述。

图像传感器的选择

目前，市场上主流的HD-SDI摄像机厂家大多会提供CCD或CMOS的数字高清摄像机，那哪种传感器的性价比会更高呢？更能降低HD-SDI整体系统的成本呢？

CMOS在诞生之初，由于噪点问题，即使是在正常光照下，其画面输出效果也不尽人意。然而，经过三十多年的发展，CMOS的感光和成像性能有了翻天覆地的变化。丑小鸭终于变成了白天鹅，更有成为凤凰的潜质。超低功耗、超低照度、千万像素、背照式、堆栈式等新名词出现在了CMOS发展的各个时期。

从工作原理来看，CCD在工作时，多达上百万个像素感光后，会生成上百万个电荷，这些电荷会全部经过一个所谓的“放大器”进行电压转变，形成电子信号。因此，这个“放大器”就成为了一个制约图像处理速度的“瓶颈”，所有电荷由单一通道输出，当数据量大的时候就会发生信号“拥堵”，而 HDV格式却恰恰需要在短时间内处理大量数据，因此，在实际应用场合，使用CCD远远不能满足高速读取高清数据的需要。而CMOS则不同，它每个像素点都有一个单独的放大器转换输出，因此CMOS没有CCD的“瓶颈”问题，能够在短时间内处理大量数据，输出高清影像，能满足高清需求。因此，对于HD-SDI摄像机，CMOS图像传感器相对来说更适合。

另外，CMOS相对CCD来说成本低、耗电少、性能好，可以与视频处理电路同处于一个芯片上，是HD-SDI高清数字摄像机的优越之选。近年来，CMOS市场也得到了很好的反馈效果，根据市场研究公司In-Stat/MDR的统计结果，图像传感器的次级市场年成长率高达30%以上，其中80%的份额属于CMOS传感器。

以广东迅通科技股份有限公司为例，为了保证摄像机的高性价比和高性能，迅通HD-SDI数字高清摄像机使用了业内公认的顶级图像传感器，如Sony Exmor R CMOS背照技术感光元件，由于不受金属线路和晶体管的阻碍，开口率提高近100%，也就是说它对光线的利用效率是原来的2倍，与表面照射产品相比，其在灵敏度（S/N）上具有很大优势；同时，Exmor R CMOS传感器自身的噪声也很低，即使是在全黑环境下，该传感器的噪声抑制水平比过去的产品要低2dB。另外，迅通HD-SDI数字高清摄像机还采用高感应度模式，在低照度上更具优势，功耗更低，符合低碳环保的绿色发展主题。

模拟数字并行输出，减轻传输和存储压力

HD-SDI信号在传输上如果使用普通的电缆线，虽然在成本以及工程搭建上都省去了很多的麻烦，但其传输距离短，在安全要求比较高的情况下，HD-SDI无疑是比较不错的选择。然而在需要远距离传输的工程中便显得比较吃力了。HD-SDI监控系统的应用大多使用同轴电缆与光端机+光纤的传输方式，经过光端机在光纤上传输，相对模拟摄像机多通道合并传输方式，通常在一条光纤上仅能传输数量极少的HD-SDI摄像机视频通道。这是在传输环节上的压力。

其次，HD-SDI作为高清监控的其中一种方式，其不经压缩的高清音视频信号量非常庞大，尽管当前光纤为大数据量的传输减轻了部分负担，但是存储终端仍然有着非常大的压力，存储的问题依然不可忽视。如果采用正常存储的话，那么存储方面无疑会产生巨大的支出。这对于HD-SDI技术的普及和应用都是非常不利的。

那如何才能实现既能实时无损监控，又能减轻中间传输和后端存储压力呢？

目前较好的方式是HD-SDI摄像机采用HDSDI数字输出+网络输出并行输出接口，即双输出接口。一路是符合SMPTE 292M标准接口的HD-SDI高清数字输出，满足高清视音频信号实时、无损地直接上电视墙的需求；另一路是网络输出，通过IP网络，可实现远距离传输和后端高清存储，减轻传输和存储的压力。

另外，在后端存储上，可以通过智能分析技术缓解高清DVR监控存储压力。HD-SDI摄像机的系统应用中基于点对点传输系统，通常直接连接DVR或混合型NVR，将DVR或混合型NVR作为系统中的一个接入节点，既能保证录像存储的可靠性、也能保证视频远程应用。目前，高清监控系统存在的最关键的一个存储问题是很多无用视频信息也被传输、存储，不仅增加了带宽又浪费了存储空间。而在存储设备中加装智能分析模块，通过智能分析技术，对于这些无用视频则可采用低码流方式进行压缩或存储，而对重要的音视频数据进行高清无压缩存储，视频存储所需要的空间将大大减少又缓解了带宽压力。目前，存储系统主要用于查询使用，增加数据智能分析功能将极大地提升存储系统的价值。

HD-SDI集中于高端应用领域

昂贵的造价、短距离传输、原汁原味的视频图像、高要求设备配置等等，都决定了HD-SDI集中应用在高端领域，而难于应用在大众市场。因此，HDSDI在当今安防视频监控系统中的应用不会是大范围的，更不可能是颠覆性的，而应是对现有监控系统在某一特定需求方面的补充。

例如交通领域的城市道路、高速公路的特定重要路段以及机场的实时状况监控，金融领域如金库、银行柜员制系统等，以及赌场监控、标志性大型场馆（如展览馆、博物馆），以及医疗领域的手术台的手术计时、远程手术指挥、手术观摩学习等。

在相对理想的监控系统解决方案里，在通用应用场合或大中型监控项目中可使用网络高清摄像机，针对高可靠性要求的环境配置NVR或高清网络监控管理服务器，实现高清监控和远程监控；在十分敏感紧张的、“失之分毫 差之千里”的特别重点场景或区域配置HD-SDI摄像机，并直接上电视墙和传输至管理中心。两者相辅相成，让网络高清和数字高清发挥最大的作用。

结束语

当然，除了上面所述的几种技术特点之外，还有将市场上流行的超低照度技术、宽动态技术等应用在HD-SDI数字高清摄像机上。HD-SDI摄像机不仅仅是模拟监控系统的升级版，技术和解决方案的完整性保证了产品的竞争优势，而且，不论从HD-SDI摄像机本身的特点、传输方式、应用领域等方面来看，其与高清网络摄像机都是一种互补的关系，共同为优质的用户服务。HD-SDI摄像机作为高清监控市场的一个重要成员，相信随着各种新技术的提升、配套产品的完善与标准的出台，在全球数字化、网络化的大发展趋势中，必将拥有自己的一席之地。