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高清實時不再是“浮云”—探秘HD-SDI攝像機

隨著安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化、高清化的節(jié)奏加快,高清網絡產品亦有不俗的表現(xiàn),但即便如此,依然不能忽視其不盡如意的地方,比如延遲、編解碼損耗、高帶寬等。對此,廠家和用戶除無奈外,仍在不斷尋求更好的高清解決方案。在此需求下,產生了新的應用——將廣播級標準SDI引入到安防應用領域中,實現(xiàn)真正意義上的實時高清,基于HD-SDI標準接口的高清攝像機即為其中的代表。

  正當IP“高清風暴”席卷整個視頻監(jiān)控市場之時,作為視頻監(jiān)控市場占有優(yōu)勢地位的模擬CCTV也在暗自發(fā)力,提升畫質。2009年,標榜將為模擬CCTV系統(tǒng)業(yè)者升級至HD畫質提供便捷之路的HDcctv聯(lián)盟悄然成立,HDcctv系統(tǒng)的串行數(shù)字傳輸鏈路是從為專業(yè)廣播市場開發(fā)的SDI基本技術衍生而來,SDI技術獲得了廣泛的部署并得到了很好的驗證。目前市場上新推出的基于HD-SDI的光端機、矩陣等傳輸、轉換以及控制設備已不在少數(shù),而基于HD-SDI的攝像機卻“千呼萬喚始出來,猶抱琵琶半遮面”。下面筆者將從技術和應用等角度,來揭開HD-SDI攝像機神秘面紗。

  解密SDI攝像機

  HD-SDI

  SDI(Serial Digital Input)即串行數(shù)字接口,是把數(shù)據字的各個比特以及相應的數(shù)據通過單一通道順序傳送的接口。由于串行數(shù)字信號的數(shù)據率很高,在傳送前必須經過處理。在傳送前,對原始數(shù)據流進行擾頻,并變換為NRZI碼,以確保在接收端可靠地恢復原始數(shù)據,這樣在概念上可以將數(shù)字串行接口理解為一種基帶信號調制?;诓煌臄?shù)據速率,SDI可劃分為標準清晰度SD-SDI、高清標準HD-SDI,對應時鐘速率分別是270Mb/s、1.485Gb/s。

  其中HD-SDI是一個廣播級的高清數(shù)字輸入與輸出端口,是SMPTE 292M在1.485Gb/s或1.485/1.5Gb/s的信號速率條件下傳輸?shù)慕涌谝?guī)格。該接口采用同軸電纜,以BNC接口作為線攬標準,有效距離為100米,是高清信號中等距離傳輸?shù)妮^佳選擇。

  HD-SDI與SDI的基本電氣規(guī)范相同,除時鐘頻率提升到270Mb/s的5.5倍即1.485Gb/s外。不過這兩者之間也存在著一些差別,例如HD-SDI將亮度與色差信號分別放置在兩個流中,并將它們復用并加擾后進行傳輸,而且編碼后的行號與校鹼碼附在有效視頻結束(EAV)后。

  HD-SDI攝像機

  自從1998年長野冬奧會以來,高清串行數(shù)字接口(HD-SDI)傳輸設備的使用率不斷增長。而HD-SDI攝像機是基于目前高清攝像機市場現(xiàn)狀所推出的一款專門面向高端安防市場的產品,采用安防人士熟知的HD-SDI接口,方便與其后端編解碼器以及視頻服務器進行匹配,并且在控制中心配合高清視頻矩陣可直接投影到大屏,使得整套高清系統(tǒng)變得不再象IP網絡系統(tǒng)那樣復雜、難以操作,而且更加容易為傳統(tǒng)安防工程商所接受。加上攝像機采用高端的CCD成像芯片,使得攝像機在24小時內,都能完美呈現(xiàn)出高清晰、實時的視頻畫面,相信定能為高清監(jiān)控市場帶來全新的理念。如凌云的Magnolia,其除了具有標準監(jiān)控攝像機的3A功能(Auto Shutter, Auto Gain,Auto IRIS)以外,同時配合攝像機本身的高靈敏度、高信噪比、高動態(tài)范圍等一系列的特點,為夜間的像效果及像亮度提供了良好的保障。

  深圳市創(chuàng)維群欣安防科技有限公司產品開發(fā)部經理林敏示,相對于IP Camera,初始布線為CCTV要升級為高清CCTV的市場,或需要實時視頻監(jiān)控的區(qū)域更衷情于HD-SDI攝像機,如賭場與注重實時轉播的地方。而HD-SDI攝像機兼顧了模擬攝像機的方便性與IP高清攝像機的像畫質,讓使用者在最熟悉的環(huán)境下實現(xiàn)全高清視頻監(jiān)控。

  用實力說話

  HD-SDI攝像機的技術要點由兩部分構成:前端攝像機技術和HD-SDI的傳輸接口。對HD-SDI攝像機來說,重點在于后者實現(xiàn),以及前端的性能優(yōu)化。目前各大廠商重點還是放在攝像機性能提升上,因為未來競爭的重點在于攝像機的性能,例如最大分辨率、伽馬修正、3A控制等。

  前端攝像機技術

  1、分辨率

  與其他類監(jiān)控攝像機一樣,HD-SDI攝像機在分辨率上也有很高的要求。因為只有高清信號源才能使HDcctv發(fā)揮出自己高清的本色,這點當然需要百萬像素的攝像機才能達到。由于高分辨率往往伴隨著大量的像數(shù)據,這常常會影響幀速率,因此,僅僅有百萬像素攝像機還不能保證高像質量。相比之下,滿足任何給定HDcctv標準的網絡攝像機一定能夠提供某種分辨率、幀速率和色彩保真度,從而始終確保視頻質量。全高清1080P則是最好的選擇。據慧友電子(北京)股份有限公司PM產品經理林祺示,目前市場上的HD-SDI主流分辨率為720P(1280×720)/1080P(1920×1080)。[nextpage]

  2、γ修正

  當監(jiān)控攝像機在某些環(huán)境下工作時,往往會使顯示的像讓人看起來顯得太亮或者太暗,因此在可能條件下就要做伽馬(γ)校正。其可增強影像中較暗的部份,但是不改變較亮部分的亮度,從而使影像看起來有更豐富的層次。

  在所有廣播電視系統(tǒng)中,γ校正是在攝像機中完成的。最初的NTSC電視標準需要攝像機具有γ=1/2.2=0.45的冪函數(shù),現(xiàn)在采納γ=0.5的冪函數(shù)。PAL和SECAM電視標準指定攝像機需要具有γ=1/2.8=0.36的冪函數(shù),但這個數(shù)值已顯得太小,因此實際的攝像機很可能會設置成γ=0.45或者0.5。使用這種攝像機得到的像就預先做了校正,在γ=2.5的CRT屏幕上顯示像時,屏幕像相對于原始場景的γ值大約等于1.25。這個值適合“暗淡環(huán)境”下觀看。

  γ校正原先是廣電領域攝像機的“專利”,它極大地滿足了廣播電視對高畫質的要求,而今將其引入安防視頻領域也可以實現(xiàn)對監(jiān)控效果的有力提升。過去的時代是“模擬時代”,而今天已進入“數(shù)字時代”,進入計算機的像依然帶有γ=0.5的校正。為了在不同環(huán)境下觀看到“原始場景”可在適當?shù)胤郊尤毽?校正。

  從當前來看,絕大部分HD-SDI攝像機皆具備伽馬修正功能。如慧友EQH5200 HD-SDI全高清攝像機的γ=0.45,且可在0.05~1.00間調整,保證了高清視頻信號的輸出。

  HD-SDI傳輸接口

  據北京凌云光視數(shù)字像技術有限公司ITS與高端監(jiān)控部門客戶經理王宇斐介紹,HD-SDI攝像機的另一關鍵就是攝像機接口的選擇。真正意義上的高清接口包括HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI這幾種,而從1中可以很清晰地看到,在目前的高清數(shù)字接口中HD-SDI接口的綜合優(yōu)勢。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)標準的高清接口。

        1 高清接口性能對比(來源:北京凌云光子技術有限公司)

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  1.  

    HD-SDI

    YPbPr

    HDMI

    DVI

    端口數(shù)量

    1

    3

    1

    1

    傳輸格式

    1080i,1080P,720P

    1080i,1080P,720P

    1080i,1080P,720P

    1080i,1080P,720P

    信號傳輸方式

    無壓縮轉換的數(shù)字信號

    模擬信號

    無壓縮轉換的數(shù)字信號

    無壓縮轉換的數(shù)字信號

    同時音頻傳輸

    支持

    不支持

    支持

    不支持

    傳輸帶寬

    1.485Gbp

     

    30MHz

    5Gbps

    8Gbps

    最遠傳輸距離

    100M

    50M

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