高清时代如何走好最后一百米

期刊: 建筑监督检测与造价 DOI: PDF下载

张宗山

深圳市科源建设集团股份有限公司 广东省深圳市 518031

摘要

本文通过模拟CCD摄像到网络高清摄像机(COMS芯片)再到未来超高清SDI芯片摄像机的发展和对比,阐述未来解决数据压缩传输的可能性,包括数据存储,视频流量的合理分配及传输等问题


关键词

HD-SDI高清时代;摄像机;一百米,CCD和COMS视频传感芯片

正文




1、SDI高清的前世今生:

上世纪90年代末期,DVR的出现就代表着传统的模拟和数字摄像机将被如今的HD-SDI摄像机所取代。众所周知10多年前产生的革命性的图像存储技术,就是为了将视频数据存储在硬盘中需要将视频图像经过AD/DA的转换来实现的。随后也出现了数字技术的芯片。从那时起,摄像机厂家的技术研发人员开始领悟到如此的转换和压缩意味着是图像品质的降低,几年以后,IP技术的摄像机研发出来,其中也包括高清IP摄像机,但仍然是继承了以往的技术。为何不生产出不用转换和压缩的真正的数字摄像机就成为了摄像机生产厂家的最终目的。

SDIserial digital interface,通俗而言即是数字非压缩技术。前文所述,视频经过模数转换后,有两条路可走——压缩或者非压缩,IP监控走的是压缩的路子,其好处是大量的压缩带宽,使视频在IP网络上传输成为可能,同时视频资料的存储容量不至于海量,但是代价是带来了视频质量的下降,操控存在延迟性以及开放性所带来的安全隐患,一般压缩后数据要损失20%以上。如果走非压缩的路子(即数字非压缩技术),其技术标准也有多种,比如常见的HDMI支持5Gbps速率、DVISDI。顾名思义,数字非压缩视频技术中视频模数转换后不再压缩,只是按特殊方式编码(此编码不同于压缩编码,不存在有损压缩的过程)。非压缩带来的好处是视频质量最大限度的保真,同时几乎没有延迟,而其带来的代价则是视频信号数据量极大。

2、HD-SDI摄像机与网络摄像机、模拟摄像机的关键功能对比

IPC摄像机和SDI摄像机采用的图像传感器芯片是一样的,通过其核心功能点的比较,可以看出HD-SDI摄像机与网络、模拟摄像机之间的功能点比较接近,核心的区别点在于图像画质与传输。HD-SDI摄像机与网络、模拟摄像机功能区别(根据厂商资料整理)

3、高清时代如何走好最后的一百米

高清时代的核心技术掌握在国外的厂家手里,如HD-SDI芯片的主要供应商来自欧美、日本,韩台等地。其中的企业包括国半、gennumSonyKodakmicronOVTITechwell等,这里不谈及此。但是 即使在采用相同的芯片和技术条件下,国内的不同产品显示的高清图像也有着很大的差别,有的产品甚至高清效果明显缺失。

我们的创新点在哪里?对于刚刚兴起的HD-SDI技术,对于国内众多HD-SDI设备的生产厂家,只是在此芯片的基础上相应的开发出配套的外部硬件和软件平台,并结合自主的一些国内外的使用经验而产生的新一代产品。如何在此基础上提升我们的产品技术能力,就成为了现实的难题,产品的雷同和缺乏精巧和精细是我参与众多厂家测评的体会,不是我们的研发能力差多少,而是我们没有做到细致、精致,就是说细节决定了成功。而就是这最后的一点,成就了高清的最终清晰的呈现。就产品而言细节的部分如下

SDI矩阵:

SDI矩阵在实际应用中都是用于大系统的。一般的SDI摄像机传输距离在100米左右,对于大的监控系统的SDI摄像机的传输距离的都要远远超出100米,因此矩阵输入的补偿就显得尤为重要,借助网络实现远程管理和多级级联控制也是很重要的部分 。混合式接入模式也是SDI矩阵的首先技术问题,目前对于不同的场合使用的摄像机有多种模式,如传统的模拟摄像机,IP摄像机,SDI摄像机等,每大类摄像机又含有多种格式,因此兼容多类型的摄像机也是SDI矩阵的技术难点,尤其是老系统升级和平安城市建设都存在类似问题。软件管理平台的架构和数据存储的管理也是SDI矩阵技术的难点,对于平安城市一级的系统,SDI矩阵的软件管理平台和存储管理及光纤接入等就成为必要的技术。

 随着平安城市这样大型建设项目需求,对于城市级的系统,矩阵网络级联系统由中心矩阵和多台节点矩阵组成,每台矩阵均具备独立的IP地址,通过以太网端口进行数据交换。节点矩阵将本地视频输出上传到中心矩阵,并且中心矩阵可以对所有节点矩阵的摄像机进行图像切换和控制。通过增加中心矩阵对节点矩阵的视频下传通道,各节点矩阵可以实现互联互控、跨区域调度。矩阵高清化之后不论是联网还是单机操作,保留了原有的便捷切换控制、图像巡检定位等功能,如报警联动、成组切换等。

HD-SDI DVR

高清数据存储及管理的设备HD-SDI DVR(下面简称HSDVR)是伴随着高清HD-SDI摄像机的广泛使用而应运而生。相对于以往的DVRNVR二种存储设备来说,HSDVR就犹如将DVRNVR的优点结合成为一种全新的存储管理设备,类似于生物学中的转基因产品,将二个不同性质的产品中的优点集成到一起成为一种全新的十分优秀的存储设备, HD-SDI摄像机适合于大型设备之间的较长距离高清信号传输。因此HSDVR设备的优点即传输未压缩、低延迟、易安装的特色就显得十分突出,正好就结合了模拟的无压缩和实时的优点又结合了网络产品的数字高清管理应用的便捷性。但其仍然采用的是H.274压缩模式进行存储和数据管理。由此引起的回放效果依然会以牺牲清晰度为代价。

一、 SDI光端机

数字SDI光端机不同于传统的模拟机,由于是数字信号光纤中只有有光无光两种状态,因而对光源的线性要求不高或几乎没有要求,从而避免了信号在处理过程中的损失。另外,数字SDI光端机比较容易实现多通道、多种信号的混合传输。借助TDM(时分复用)技术就能很容易地实现多通道多种信号的传输。

SDI光端机的主要电信号技术参数的特征性能如下:传送的信号:800mV的电压摆幅,上升和下降时间小于135psns=1000ps皮秒),允许有一些过冲的存在,但不可以超过10%,即80mV。时钟抖动和调整抖动的标准参数分别小于定时抖动2UI校时抖动0.2UI但目前国内的一些产品都存在着一定的参数偏离,对远端的接收机输出的图像有些微的影响。因此要求对于光端机中的的补偿电路的设计应要做的十分精细和精准。SDI信号经过长距离传输后信号质量会变差,为了补偿长距离传输的损耗并重建视频信号的幅度,需要加入一个额外的电缆均衡器,过冲的调试与设计,调整抖动的设计精准等。

 

 

总结:前端的高清摄像机只表明了信号源的质量,但是在传输到末端的设备后,最终的处理能力和效果也是决定其是否可以显示成为高清的画面。那么这最后的100米就是我们要博取的天下!

 


参考文献

[1]张文军,黄一航,何大治等.超高清时代的媒体网络发展[J].现代电视技术,2021(06):28-31.

[2]姚宏宇,赵京京.超高清融媒时代的存储“利器”——分布式NAS[J].中国有线电视,2020(12):1408-1412.

[3]管云峰,熊伟,王尧等.超高清及后超高清时代媒体网络技术发展趋势[J].广播与电视技术,2020,47(06):12-16.

{4}HD-SDI芯片技术参数及规范


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