最近， ¬閱消費電子產品雜志，發(fā)現幾乎都以醒目的標題告訴讀者，高清時代來了，消費者不必再忍受低畫¬質。反觀安防行業(yè)，早在年初就有專家預言“百萬像素革命即將來臨”。這種預言并非空穴來風，不論是監(jiān)控攝像機領域的領頭羊，還是芯片廠商，抑或國內DVR/DVS重要供應商，都已經在蓄勢醞釀。2007年，高清革命果將上演嗎？本期話題邀請業(yè)內資深人士特來探討。
從全球范圍來看，高清數字電視的普及已¬成為一股不可逆轉的趨勢。據中國傳媒大學信息工程學院數字媒體技術系主任、教授、研究生導師楊磊介紹，早在1964年（世界上第一個彩色電視廣播開播的第10個年頭），日本放送協會（NHK）就開始了對下一代電視的研討，并于1970年開始了高品位電視（即高清晰度電視）的研究工作，于1972年向CCIR（國際無線電咨詢委員會）提出了申報且在1974年獲批。1978年，NHK的HDTV暫行標準進一步被寫入到CCIR的801報告書中。此后，HDTV在日本得到了一定程度的推廣（截至1998年底，高清用戶已突破200萬戶）。1988年9月，NHK還用MUSE編碼方案成功地對漢城奧運會進行了高清晰度電視實況轉播。\r\n時至1990年5月，美國通用儀器公司率先提出了全數字高清晰度電視的解決方案——DigiCipher，引起了全世界的廣泛關注，全數字方式的HDTV成為業(yè)界研究的重點。如今，國際上已形成了以美國ATSC、歐洲DVB和日本ISDB為代表的三足鼎立的數字電視（數字高清晰度電視）體系。去年8月，我國也公布了地面數字電視傳播標準DMB-TH。\r\n屈指算來，高清晰度電視（HDTV）已有40多年的發(fā)展歷程。值得注意的是，在40多年的高清晰度電視的發(fā)展進程中，高清技術一直未能出現在安防視頻監(jiān)控領域。有關專家對此解釋，這主要緣于高清產品當時的成本極高，且對系統資源（頻譜資源、存儲空間）的占用非常大。然而，隨著高清圖像傳感器技術、視頻壓縮編碼技術、大容量存儲技術、計算機及寬帶網絡技術的不斷提高，以及市場基礎的不斷膨脹，高清技術引進視頻監(jiān)控成為可能。\r\n
高清革命具備“群眾基礎”
監(jiān)控系統從模擬向數字轉化的過程中，用戶對清晰度的要求越來越高，并逐漸積累起龐大的“群眾基礎”。\r\n眾所周知，模擬監(jiān)控正在面臨被淘¬之勢， ¬因在于數字監(jiān)控系統解決了模擬系統檢索困難、換帶（卡帶）不方便等問題，數字系統則可以自動重復記錄，而不需要太多人為干預?！暗珨底只到y所帶來的便利性，是以犧牲圖像清晰度為基礎的，到目前為止，用戶對數字化后的視頻監(jiān)控圖像的清晰度是很不滿意的，”深圳市圖敏實業(yè)有限公司服務中心總監(jiān)兼高級項目¬理冉權¬指出，“模擬系統采用的無損存儲技術，即存儲后的視頻可以實現基本完全還Ô¬，使得模擬視頻監(jiān)控可以做到350TV Line以上；而數字化后的圖像大大降低了清晰度，圖像尺寸352*288，僅220TV Line?！?\r\n德州儀器（TI）通用DSP業(yè)務發(fā)展¬理鄭小龍也對此分析，“過去，模擬系統只要模擬攝像機的清晰度和模擬顯示器的分辨率有所保證即可；后來，數字化為視頻監(jiān)控帶來不少新課題。數字視頻是信號量化壓縮的結果，它不可避免地會有損耗，損耗的多少就直接體現在數字視頻畫¬面的清晰度上?！盶r\n不過，他進一步強調，數字視頻清晰度隨著數字壓縮技術發(fā)展而不斷提高?！霸缙诘臄底直O(jiān)控受技術限制，與模擬影像畫¬質還有較大差距，且并不全為實時。然而，數字視頻壓縮水平的提高使得畫¬質開始接近模擬影像。”因此，在現有的數字技術水平下，高清晰度監(jiān)控已¬可以提上議程了。\r\n而事實上，在常見的視頻監(jiān)控應用領域，品質需求也更明確。比如，金融銀行系統要求盡可能分辨出錢幣的影像；企業(yè)安全生產要求做到不忽略每個細節(jié)和流程；公安調度指揮要萬無一失，特別是能夠獲取局部清晰的畫¬面；教育考試管理系統則要洞察每一個環(huán)節(jié)和角落。另一方面，在一些特殊應用場所，高清視頻監(jiān)控的需求非常迫切。例如，醫(yī)院手術的錄像與監(jiān)控，它需要高清晰度的圖像記錄，以便能夠詳細了解手術進程和手術中的每一個細微動作等，這對于手術的教學、遠程醫(yī)療指揮等有重要意義；視頻會議與監(jiān)控系統的融合趨勢更明顯了，視頻會議對實時高清的嚴苛要求也促使監(jiān)控系統更加注重畫質；交通領域，抓拍高速運動圖像等等。\r\n此外，高清本身的優(yōu)勢和作用也使得其“群眾基礎”更加牢靠。它不僅給操作者帶來視覺的享受，還可以表達更準確的信息。索尼中國專業(yè)系統集團B2B銷售及市場開發(fā)部產品經¬理文軍解釋，“高清圖像具有更詳細、更全面、更真實的信息，有利于提高安防監(jiān)控系統的監(jiān)控效果?！逼鋬?yōu)良效果帶來的最大實用價值就在于取證。北京數碼視訊科技有限公司的姚磊分析，“當圖像質量模糊，甚至有跳幀和馬賽克的情況時，整個監(jiān)控系統的使用價值就大打折扣。以至于分析案件的錄像時，我們都很難辨認圖像中人物和事件的基本信息，這給案情判斷和事后取證帶來很大的困難。在此，清晰度這一指標就會顯得尤其重要。”\r\n而高清晰度的一個增值應用也成為高清市場發(fā)展的強勁動力。智能視頻分析被譽為監(jiān)控史上的一個轉折點，而智能分析的前提是圖像質量的提高。姚磊認為，只有圖像達到一定的分辨率才能準確實現智能識別。而如果圖像質量較差的話，智能分析將演變成一種災難。在今年SecuTech Expo2007的GDSF論壇上，某位演講者也強調，圖片質量的持續(xù)改善是智能視頻獲得成功的關鍵，“好的圖片——好的智能；差的圖片——我要說，不如沒有智能！”\r\n
D1=高清？
高清電視全稱是高清晰度數字電視(HDTV，High Definition Television)，高清視頻目前支持1280×720逐行掃描、1920×1080隔行掃描，1920×1080逐行掃描三種顯示模式。在高清視頻標準中，1080p無疑是圖像質量最好的，但在實際生活中1080i或720p更常見。北京數碼視訊的姚磊表示，“由于技術尚不成熟，建設成本極其高昂，期望720P以上分辨率的實時視頻監(jiān)控被大規(guī)模應用，是不現實的。而我們認為安防行業(yè)的高清革命主要針對實時視頻分辨率從CIF到D1的飛躍。”這也就是說，他認為CIF（分辨率為352*288）到D1（704*576或720*576）才算是當前安防領域的高清革命。\r\n圖敏的冉權江¬對此分析到，“在監(jiān)控等行業(yè)，通常采用4CIF，即D1作為高清晰的標準，分辨率為704*576或720*576。”TI的鄭小龍也贊同，“現階段大多數監(jiān)控系統還處于從CIF到D1的過渡期，高清HD（即以上所提及的1280×720逐行掃描、1920×1080隔行掃描、1920×1080逐行掃描）只是滿足特殊應用場所的需要。”\r\n基本上，安防領域將D1視為高清爭議不大，但值得一提的是，很多業(yè)內人士將4CIF等同D1，而D1則被視為全高清FULL D1，對此，有專家提出“兩者只是分辨率接近罷了，而所謂FILL D1的說法只是概念混淆之后的自圓其說，且公安部‘全國城市監(jiān)控報警聯網系統系列標準’中也明確了兩者是不同的。業(yè)內說法難有定論，但可以認為，安防領域的高清是個相對而非絕對的概念。對于電視/電影來說，分辨率為720*576都不算高清。\r\n
高清是一個系統
對于高清，僅僅是實現分辨率這么簡單嗎？例如，很多手機都具有百萬像素的攝像功能，這就可以稱為高清嗎？眾所周知，安防系統是一個系統工程，而要達到高清的效果關鍵在于提出一套高清的解決方案。\r\n索尼的文軍提出，“高清是一種高新技術，更是一個系統，涉及到很多問題。從高清產品角度來看，它需要對目前產品進行全面的革新和升級。以監(jiān)控攝像機為例，并非實現百萬像素就萬事大吉，高清的攝像機需要高清的鏡頭、高清的圖像處理、高清的壓縮方式和網絡傳輸?！盶r\n“與安防數字化的實施過程不同，安防高清化的實施涉及到系統的各個環(huán)節(jié)，僅僅在某個局部采用高清設備是達不到預期的高清效果，”中國傳媒大學的楊磊解釋，“比如，如果監(jiān)控系統的前端是只有40多萬像素的標清攝像機，其所能提供的源就是‘非高清’的，那么系統即便使用高清DVR也沒有實際意義；另外，假設前端是具有200萬像素以上的高清攝像機，監(jiān)視器卻是標清的，這依然沒有意義。同理，即便前、后端都選用高清設備，但是傳輸通道卻帶寬受限，切換控制設備不支持或嚴重劣化高清信號，那么，在高清監(jiān)視器上仍然難以看到“高清”圖像。因此，安防監(jiān)控產品的相關廠商在進行高清產品的研發(fā)時，必須從整個系統的高清化角度進行考慮?！盶r\nTI的鄭小龍也有相同看法，并指出高清化還是一個逐步演進的過程。他以壓縮格式為例介紹，數字視頻監(jiān)控從MPEG-1壓縮格式開始，最大分辨率為CIF，它可支持實時傳送；但壓縮的數據量并不大，相當于VCD的畫¬質不盡如人意。MPEG-2壓縮格式是數字畫¬質的飛躍，分辨率能夠達到D1，即DVD的水平，其圖像質量支持清晰的特征提取、圖像分析、逐幀播放等功能。但若實時傳輸，帶寬將提高許多倍，因此只有在銀行等特殊場合才有所應用。直到MPEG-4壓縮格式的推出，它節(jié)省帶寬的事實彌補了畫¬質較MPEG-2低的不足，更好地支持D1或等效4個CIF，提高了監(jiān)控系統的效率，由此，它迅速在數字監(jiān)控系統中普及。而H.264作為新型壓縮格式，不僅進一步降低了帶寬，而且改善了畫¬質，更高的清晰度也因此成為可能。另外，具有中國自主產權的AVS標準也可以全面支持高清晰度格式，所需帶寬低于H.264，在數字監(jiān)控中前景可期。一管窺豹，從編解碼器的不斷改進的過程中，系統的清晰度也不斷得到提升?！爱斎唬瑢崿F高清晰度系統并非只是升級編解碼器而已?！盶r\n既然高清化是一整套系統，那么，它的任何一個環(huán)節(jié)勢必需要符合規(guī)范并達到標準要求。邁吉倫科技股份有限公司（美國SPI公司亞太區(qū)的獨家代理）項目經¬理黃石華具體分析，“從最前端的視頻采集開始，壓縮設備、存儲、傳輸、顯示終端都必須符合同樣的高清標準。接口方面，目前有HDMI和DVI標準，HDMI傳輸視頻和音頻，DVI則只傳輸視頻。在數據壓縮標準上，目前流行的是MPEG-2、MPEG-4、VC-1、和H.264，幾大標準各有優(yōu)缺點和市場?！辫b于安防領域的高清還處于起步階段，產品的標準化和產品之間的兼容性顯得非常重要?！拔磥?，供應商提供的成熟編碼器都應該支持高清晰，而不論MPEG-2標準，還是MPEG-4/H.264/AVS高級編解碼標準，都要求能夠與其它設備互連互通，而非私有協¬議，”TI的鄭小龍指出。的確，視頻監(jiān)控已經¬從封閉、獨立走向開放、集成，如果各個監(jiān)控企業(yè)都能夠嚴格參照標準，規(guī)范自己的產品，實現產品間的互連互通，將會有利于高清監(jiān)控趨勢的發(fā)展。\r\n
因應高清趨勢
據文軍介紹，“索尼把‘實現全面高清’作為公司的中期戰(zhàn)略，正致力于實現從廣播電視、電影、家庭影院到安防監(jiān)控、視頻會議等各個領域的高清?！倍~吉倫公司所代理的SPI公司也推出了單顆1080i高清h.264編碼的DSP?？梢姡鎸Ω咔遐厔?，眾多玩家已¬在躍躍欲試，下一步他們面臨同一個挑\r\n戰(zhàn)——如何去因應和引導高清趨勢。\r\n“一直以來，圖像清晰度的提高都是安防產業(yè)界的共同目標之一。CCTV監(jiān)控系統的圖像分辨率是一個系統指標，這個指標取決于攝像設備、信號傳輸介質、信號傳輸設備、顯示設備、數字編碼設備的對應指標，”上海市申得安科技有限公司總經¬理朱衛(wèi)東在感嘆的同時，也從供應商角度提出以下預見。\r\n首先，前端攝像機單片CCD傳感器的像面尺寸減小，像素數超過百萬像素，從隔行掃描發(fā)展為逐行掃描；影像達到彩色480線、黑白600線以上的高分辨率。市場上出現影像像素在80萬點的單片CCD；預計CMOS圖像傳感器能克服靈敏度等方面的困難，符合CCTV監(jiān)控高清化的要求。\r\n其次，就視頻光纖傳輸設備來講，ADC向10位/12位進步，信號傳輸電路的頻帶寬度擴大。頻帶越寬，圖像越清晰，線數值相對越大。\r\n另外，顯示設備在高清化更快，目前高清標準中有720p和1080i，垂直分辨率超過720，屏幕長寬比為16：9，支持DVI或HDMI數字多媒體接口。\r\n而在數字化和網絡化監(jiān)控的前提下，記錄設備的編解碼技術進步將更快，目前已做到4CIF壓縮和解壓、回放水平電視線380TVL左右，高清化預計將向6CIF/8CIF等級發(fā)展，但高清壓縮需要電路芯片的配合。\r\n同樣地，圖敏的冉權江¬也提出，從信號的源頭開始直到最終壓縮、還¬的每個環(huán)節(jié)都影響著系統的清晰度。他還著重指出決定視頻是否清晰的四個關鍵點：信號采集、信號傳輸、圖像壓縮、圖像還原¬，而圖像壓縮可謂重中之重。“CCD、攝像機廠商們設計、制造性價比更好的產品是未來要走的路；而DVR/DVS廠商則需要研發(fā)制造更低成本、更穩(wěn)定的產品，提高壓縮比，降低對磁盤和帶寬的要求?！盶r\n
高清能否普及？
過去很長一段時間之內，監(jiān)控系統是以犧牲畫¬質來達到實時監(jiān)控的效果。然而，今非昔比，畫¬質已¬愈來愈被用戶所器重。再加上網絡環(huán)境日趨有益，高清傳輸存儲的編碼方式也越來越高效，大屏幕高分辨率的顯示設備也廣為采用，這些因素都正在推動著高清的發(fā)展。從安防監(jiān)控的發(fā)展趨勢來看，圖像分辨率從最初的CIF發(fā)展到目前主流的4CIF，那么，未來高清能否大范圍普及并成為市場主流呢？\r\n而索尼的文軍預測，“高清監(jiān)控主要基于網絡系統實現，目前，中國模擬系統還占據著主流地位，這一現狀短期內不會改變，因此，實現安防監(jiān)控的高清化還需要很長的一個過程。”\r\n北京數碼視訊的姚磊則具體指出目前的一個應用現狀，“城市監(jiān)控主要分為模擬系統和網絡系統兩部分，當前以模擬系統為主。模擬系統中大部分只能達到CIF的分辨率；網絡化系統最大化體現在電信的‘全球眼’和網通的‘寬視界’上，兩者一般依托于廣域網，圖像也會出現延遲和抖動的情況。”\r\n另外，他還從成本和認識兩方面分析了高清監(jiān)控應用不足的現狀。其一，高清監(jiān)控系統的投資遠遠大于一般的監(jiān)控系統。以存儲為例，目前監(jiān)控領域實現高清的編碼方式是MPEG-4，而采用MPEG-4編碼時一路CIF圖像可能只需要500K，一路D1視頻至少2Mbps以上，以2Mbps計算，每小時產生的數據將達到900M。若存儲30天的話，將會占648GB的存儲空間。而如果采用NAS或是SAN存儲，成本更是大大高于傳統的系統。其二，現實中人們對視頻監(jiān)控的認識不足。人們往往抱有基本實現視頻監(jiān)看的心態(tài)，而忽略圖像高清晰的重要性，在實際使用中才深切感受到清晰度不同的差距，這也是很多工程建設失敗的Ô¬因。\r\n由此，TI的鄭小龍對高清系統集成的難度有所憂慮，他說到，“固然設備提供商可以提供支持高清壓縮算法的監(jiān)控設備，也有提高存儲容量的手段，但最終，監(jiān)控系統的集成商還需要花更大的精力進行系統升級。而高清會影響整個系統的體系結構，包括視頻數據保存、檢索、分析在內的工作將變得更為復雜?！辈浑y想象，對集成商而言這是一個高難度挑戰(zhàn)。\r\n即便如此，圖敏的冉權江¬依然認為，“盡管不能很快取代普通清晰度的產品，但高清一定是個趨勢，更重要的是高清產品已經¬能夠滿足眾多應用需求，市場拓展的速度驚人，在未來的一兩年內，市場對高清產品的需求還會數倍增長。”\r\n
帶寬與高清矛盾？
高清趨勢固然可期，但高清圖像的傳輸問題也成為業(yè)內議論紛紛的話題。毋庸置疑，高清圖像的傳輸需要比目前更高的帶寬，由此，兩者一定是矛盾體嗎？\r\n索尼的文軍認為，隨著網絡的技術的發(fā)展，帶寬不會成為高清發(fā)展的最大矛盾。“網絡、遠程監(jiān)控的圖像分辨率從最初的CIF到目前主流的VGA、D1，這對帶寬的需求肯定是電話撥號時代不可想象的。但是，人們對圖像質量的要求不斷提高的同時，網絡技術也正在迅猛發(fā)展，各種寬帶網絡層出不窮，56K的電話撥號方式和128K的ISDN方式已經¬是幾年前的事情，局域網也從10M、100M向1000M、10000M發(fā)展。”\r\n對此，TI的鄭小龍?zhí)岢隽瞬煌目捶?，“高清與帶寬確實是一對矛盾，除非不經¬過網絡傳輸，否則高清一定要有足夠的帶寬作為保障。”他解釋，“雖然MPEG4、H.264所支持D1的帶寬可以到一兆左右，但真正的高清需要幾兆到十幾兆。帶寬占用過大必然會以犧牲通道數為代價，從而減低了監(jiān)控的效率。而若擴大進一步擴大帶寬，又將增加系統成本?！盶r\n當然，這并非認為這對矛盾不可調和?！敖鉀Q這一矛盾，除了一步到位的系統更新之外，也可考慮針對監(jiān)控的實際需要進行智能化處理。例如，平時監(jiān)控不采用高清制式，但具備智能檢測功能，一旦有異常情況出現，相關通道立即啟動高清攝錄，待情況解除之后即又恢復到日常，”他具體建議，“另外，還可以考慮對高清與實時折衷處理。其實，在數字監(jiān)控中并非實時是唯一需要，有時清晰更為重要。目前國為許多系統還在采用MJPEG壓縮格式，它并不實時但可截取的畫¬面很清晰。高清同樣如此，如果不刻意追求每秒二十五幀的話，每秒五到十幀的高清晰度畫¬面對于數字監(jiān)控來說，仍然具有非常重要的意義?！盶r\n此外，邁吉倫科技的黃石華認為，發(fā)展高清的基礎是帶寬，所以兩者之間的矛盾不可避免，但在安防領域，這個矛盾相對小且有變通的辦法?！鞍卜涝诔悄芑姆较虬l(fā)展，它不要求每時每刻都傳輸清晰的圖像，因此可按客戶需求來選擇和進行終端智能切換，這對解決帶寬和存儲問題大有裨益?！憋@然，他的想法與TI的鄭小龍有共同之處。\r\n
高清，讓安全更加精彩
在數字監(jiān)控向集中化、智能化、多級化監(jiān)控體系發(fā)展中，高清晰度日漸成為眾多監(jiān)控系統應用中的重點。在美國，多個城市安裝高清晰度監(jiān)控系統以提高安防能力。而在中國，適逢2008年北京奧運會、2010年上海世博會、2010年廣州亞運會三大契機，再結合無線網絡傳輸、GPS定位系統、移動通信系統、智能識別系統，高清晰度視頻監(jiān)控的地位將更加突出。目前，多級高清晰度監(jiān)控是目前較為行之有效的方式，不難理解，高清監(jiān)控系統作為綜合業(yè)務平臺將更具得天獨厚的優(yōu)勢。\r\n對于供應商來說，值得提醒的是，一方面切忌盲目追求高清晰度，安防產品畢竟與娛樂性消費電子產品不同，其宗旨是安全而非娛樂感官；另一方面，任何技術的更新都不是一朝一夕可實現，高清同樣如此。而CCD、DSP等核心技術的缺乏，是否會讓國內高清系統和高清解決方案的普及難上加難呢？這些疑問還有待于我們的廠商勇敢開拓。未來誰¬掌握低碼流高清晰度的核心技術，誰¬就將成為一個新市場的領航者。\r\n現階段，雖然高清晰度的標準是D1畫¬質，但也不能斷言安防領域的高清將止步于D1。我們有理由相信，因其清晰度和洞察力，高清將讓安全生活演繹得更加精彩。\r\n
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