数字高清监控系统的优势、局限性分析和发展展望

江苏东大金智信息系统有限公司 蒋宏坤

数字高清监控系统的优势、局限性分析和发展展望

江苏东大金智信息系统有限公司 蒋宏坤

本文通过对数字高清监控系统的优点、局限性分析，以及目前监控系统设计的趋势、各类相关技术发展描述，说明了现今监控系统设计中应注意的重点和方向。

数字高清监控系统；优势；局限性；混合；发展趋势

监控系统作为智能建筑行业最直观的一类弱电系统，一直以来饱受关注。其从老旧的黑白摄像机、卡带机，发展至今日数字高清监控系统，已经经过了数代的换代更新，数字化、网络化是监控系统发展的必然趋势。

1 数字高清监控系统的优势所在

1.1 更优质的画面

这是数字高清监控系统相较于模拟监控系统而言，最大的亮点。分辨率是描述监控画面的清晰度时最常用的技术指标，来源于电视线显示格式的标准。传统的模拟监控系统常用QCIF（176×144）、CIF（352× 288）、HALF D1（704×288）、4CIF≈D1（704×576）等几种分辨率，以D1为最高，因为目前模拟摄像机通常较高的分辨率为540线，传输至后端设备视频编码器或者DVR等设备时，其内部采集芯片最高能处理768X576分辨率像素的图像，因此模拟摄像系统最高理论画质也只有D1的四十万像素左右，实际使用中因为反复的A/D转换、电磁传输干扰、隔行扫描、D1画面的合成反交错等视频损伤，真正显示的画面可能只有二三十万；而纯数字高清系统的摄像机则可以做到百万高清的720P（1280X720）、1080P(1920X1080)、甚至几百上千万像素，经过最新压缩技术可以将信号压缩后无损传输到NVR等采集存储设备，显示出来后仍可保持分辨率等级。如此鲜明的对比，在实际使用上的差距可谓一目了然。

1.2 操作界面直观，操作简便

高清数字监控系统是建立在计算机技术之上的，因此相对于模拟监控系统操作时需要专用的控制键盘，以各种功能键、热键或其组合来完成常规的操作和编程，数字监控系统的操作界面更为直观、友好，操作更加简单便利。

1.3 集成化、智能化程度高，显示、访问灵活

高清数字监控系统基于计算机技术，通过开发包、软件接口可以方便地与其他系统集成，图像显示自由灵活，可以做到中远程访问。而模拟监控系统采用专用设备，集成、访问等功能都较为死板，需要增加专用设备方可实现。

1.4 传输距离无限制

数字高清监控系统的视频数据通过网络传播，通过网络技术可以做到无视距离的远近，保证视频信号的无损传输；而传统的模拟监控系统即使通过视频放大器等设备，视频信号传输距离也只有数百米，并且随着距离提高，信号衰减急剧增大。实际使用中，很多情况下对于长距离模拟监控的设计，或是在旧系统改造中，就是利用模数、数模转换，通过网络、光纤等数字手段来实现模拟信号的长距离无损传输。

1.5 后继工程中扩展升级方便

高清数字监控系统前端摄像机采用网络式，扩展时前端增加摄像机只需保证现场的网络环境即可实现，后端则可在保持原设备基础上增加存储、流媒体转发等设备，而模拟系统中前端摄像机通常采用同轴线缆传输信号，需要增加放传输线缆等工程量，后端则要将原有模拟矩阵等设备扩容，如果超出上限，可能需要将旧设备摈弃更换。

1.6 存储可靠

数字高清监控系统大多采用工业硬盘组成数字存储阵列，采用RAID技术可以有效保护监控录像不受磁盘存储器本身故障的影响。

2 数字高清监控系统在视频质量得到飞跃的同时，也带来了更高的技术和硬件方面的要求，这也造成了其实际应用中一定的局限性

2.1 传输带宽需求高

高清数字摄像机采集的视频画面达到720p甚至1080p，分辨率大幅增加的同时也造成了视频数据流的剧烈增长，比如单路视频要达到1080P全实时(30fps)的 高清网络摄像机，即使是采用现在主流的、压缩效率相当优秀的标准H.264MainProfile算法，需要的网络带宽也至少要在4Mbsp以上。如果以一个标准24口百兆交换机来交换数据，对于一个监控点在20个左右的小型监控项目来讲，这样的系统需要的网络带宽达到80Mbsp，百兆交换机端口可以支持；但当监控点位更大些，例如60路左右的系统，网络总带宽达到240Mbsp，则除了三台百兆交换机外，尚需要一台上行达到千兆的级联总交换机来实现所有画面的同时显示。系统越大，监控点位越多，对于传输带宽的要求就越大，信号传输中的设备，如交换机等的需求标准就越高。带宽不足，传输画面容易出现掉帧现象，即图像出现卡、顿，如果为了减少卡顿来降低分辨率或者降低帧数，前者使画质降低，后者使画面出现不流畅、不协调感，都会影响数字高清监控系统最大优势的展现，还不如采用模拟产品。

2.2 存储容量需求高

高清数字视频的数据流极大，即使使用了H.264高压缩格式，要保存一定时间的录像资料，对硬盘的容量也有很高的要求。以上述系统为例，仅仅二十路监控点的监控录像需要保存一个月，需要的硬盘容量就必须达到（80/8）*3600*24*30=25920000MB=25.92TB，点位越多，需要的硬盘容量也随之增大。这远大于过去模拟监控系统中数块500G硬盘就可实现的容量需求。

2.3 其余硬件需求高

鉴于高清数字系统的超大数据流量，系统中对于其余设备的硬件需求也随之增大，例如交换机除了之前对于带宽的要求外，稳定性也极其重要，中央控制主机中，采用的H.264编解码对CPU处理能力的需求也大幅度增加。

2.4 成本较高

作为高新技术发展的成果，数字高清监控系统设备本身成本普遍高于模拟监控系统设备，此外再加上对于网络带宽环境等需求，据测算，数字高清监控系统工程成本比同规模的模拟监控系统工程高出30%以上，即使算上后期维护的相对廉价，数字高清监控系统的总成本仍然大大高出。

3 数字高清监控系统中难以实现的高要求解决方案

3.1 数字-模拟混合监控系统

因为数字高清的优势明显，但又有种种条件上难以满足的局限性，实际监控系统方案设计中，很多地方采用数字-模拟混合模式，即前端的采集部分采用模拟摄像机，中端压缩传输部分和后端接收、控制、存储部分有选择地采用数字监控系统设备。例如前端摄像机采集的模拟视频信号通过编码器转为数字信号传输至后端数字监控系统设备，或者模拟信号传输至监控中心后转为数字信号来控制和存储。这些模式虽然在视频画面方面无法达到纯数字高清监控系统的程度，但或多或少拥有了数字高清监控系统的其他优点，例如操作简便、高集成化、长距离传输等，同时很大程度上避开了数字高清监控系统对于带宽和硬盘容量的高需求，也为将来往全面数字高清监控系统方向的改造留下了余地。目前，很多非纯数字高清的监控系统方案其实都是这种模式。

3.2 技术发展使得数字高清监控系统的各类要求逐渐实现

随着科技发展，技术的进步，数字高清监控系统那些局限性正在得到改善，例如目前编码技术的发展，从早期H.261到后来的H.263，再到现在主流的H.264，编码技术全面提升中做到了高性能、符合国际标准和公正的无差别许可制度，像H.264中的高端标准H.264 High profile甚至可以比目前标准的H.264还要节约将近一半的带宽，可以说相当完善。百兆、千兆交换机也已经成了主流产品，甚至万兆交换机也在很多地方大面积使用，而硬盘的容量增长更是明显，现在已经发展到2T为主流，3、4T高端配置的程度。所有这一切，都大大降低了数字高清监控系统的普及难度，为数字高清监控系统的发展铺平了道路。

4 结语

在国内监控系统市场中，传统模拟监控系统、数字-模拟混合监控系统、数字高清监控系统各自占了一块蛋糕。从长远的趋势来看，模拟监控系统的份额将会趋于减少，数字高清监控系统的份额趋于增多，同时是整个监控系统行业的大方向，大趋势。但是因为实际上硬件、技术环境的限制，我国国内仍有很多地区应用环境的网络带宽、网络的稳定性不具备使用数字高清监控系统的条件，监控系统方案设计时应注意全面考虑各方面因素，选择适合的模式，而不是好高骛远地一股脑往数字高清上凑，追求其高新技术的嘘头。当然，监控系统设计时应考虑留下更新的余地，方便将来将系统往数字高清的方向整改、升级。

[1]叶晨．移动监控应用市场前景与挑战[J]．中国公共安全(综合版),2012(09)．

[2]朱长坡．浅析网络监控应用发展[J]．数字技术与应用,2010(06)．

[3]高清监控技术及应用[J]．中国安防,2012(05)．

蒋宏坤（1981—），男，工程师，现从事弱电系统工程调试与售服。