視頻高清：安防監(jiān)控“明亮之眼”的形成

    縱觀當前的視頻監(jiān)控產品市場，可以說是一個群雄并起的時代，出現(xiàn)了許多研發(fā)實力雄厚、市場占有率高的企業(yè)。隨著構建和諧社會的要求，城市各行業(yè)系統(tǒng)的安防監(jiān)控工作提出了許多新的要求和課題。

    高清監(jiān)控舉足輕重

    從目前來看，在監(jiān)控領域實現(xiàn)高清采集圖像并不是什么難題，只要有一臺百萬像素以上的攝像機便可以，但后期高清監(jiān)控視頻存儲便成幾何數字提升，容量大小十分驚人。目前的數字高清視頻監(jiān)控，采集以最基礎的720P為標準，每小時錄像需要的大約硬盤容量為4G~8G/小時，雖然出于經濟性考慮，在實際應用中高清監(jiān)控視頻壓縮率會比較高。目前720P高清視頻攝像資料每小時視頻錄像可壓縮到3GB左右容量。以此為例，按一個月保存時間要求計算，可以得到這樣一個數據：3GB/小時×24小時×30天×1路=2.16T，8路大約17T(17000G)容量左右，由此折算單單硬盤的價格就高達上萬元，如此推算如果把采集圖像上升到1080P格式，錄像容量將更加龐大，此時再對于硬盤傳輸等附加因素考驗更加嚴峻。

    對監(jiān)控行業(yè)數字化發(fā)展趨勢的關注和安防市場日益增長的需求，使得存儲業(yè)龍頭企業(yè)西部數據早有準備，深耕細作，積極開拓行業(yè)市場。西部數據針對安防監(jiān)控存儲特點，設計低成本和大容量，應對全天候和高容量極端應用的綠色環(huán)保儲存產品，從而贏得了大量市場份額。西部數據2010年第一財季財報顯示西部數據實現(xiàn)總營收22億美元，出貨量為4410萬，其中凈收益為2.88億美元，或每股凈收益1.25美元。去年同期西數總收入為21億美元，出貨量3940萬，凈收益2.11億美元。

    高清組成條件：攝像機

    畫面寬高比：不論是720p還是1080p，其畫面寬高比都是16∶9，從圖1對比可以看出，在大部分場景，16∶9畫面在獲得更寬的監(jiān)控范圍同時，還顯著地減少了無用圖像。

    掃描方式：720p與1080p，意味著高清監(jiān)控攝像機采用逐行掃描方式。對于移動目標的圖像采集，相對隔行掃描，逐行掃描可以獲得更好的動態(tài)圖像，從圖2對比可以看出，對于快速移動的目標，隔行掃描將產生拖尾現(xiàn)象。

    敏感元件與靈敏度：敏感元件是攝像機最為核心的部件，在模擬攝像機以及標清網絡攝像機中，最為廣泛使用的敏感元件是CCD。CCD的特點是靈敏度高，但響應速度較低，不適用于高清監(jiān)控攝像機采用的高分辨率逐行掃描方式，因此高清監(jiān)控攝像機普遍采用CMOS敏感元件。

    對于相同尺寸的敏感元件，像素越高，意味著每個像素的進光量越少，因此目前高清監(jiān)控攝像機的突出問題是清晰度提高，靈敏度降低。幸運的是，目前致力于CMOS研究的廠商已經研發(fā)出720p與1080p專用的CMOS器件，其靈敏度性能已經與CCD接近(敏感元件的整體發(fā)展趨勢可參見圖4)。

    色彩還原：需要特別注意的是，高清電視與高清監(jiān)控攝像機在圖像內容處理上有很大的不同。高清電視強調整體的視覺沖擊力，除了在圖像分辨率上比標清有很大的提升外，其色彩也更加豐富、艷麗、細膩，圖像層次感強，根據SMPTE 292M高清電視標準及SMPTE 274M高清電視標準，其色差信號占總帶寬的一半。

    而高清監(jiān)控攝像機則強調目標的可識別性，即大幅度提升了圖像的分辨率，而相對弱化對色彩的處理，這樣處理的優(yōu)勢是在保證畫面的分辨率與可識別性的同時，視頻信號的碼流得到了很好的控制。

    圖像壓縮技術：目前在高清監(jiān)控攝像機中被廣泛采用的圖像壓縮技術有MJPG、MPEG-4、H.264三種方式，圖3是這三種壓縮方式帶寬占用情況。每種壓縮方式有不同的特點，如MJPG能獲得最高的單幅畫面質量，且對攝像機本身的處理平臺要求也較低，但對連續(xù)圖像壓縮占用帶寬最大;H.264可以獲得最高的壓縮比，但對攝像機本身的處理平臺要求也最高。

    為適應各種不同的網絡環(huán)境和應用需求，比較高端的高清監(jiān)控攝像機都配備強大的MJPG、MPEG-4、H.264三編碼引擎，同時具有靈活的雙碼流功能。

    前端智能化：隨著監(jiān)控的高清化發(fā)展，圖像更清晰、更細致，高清也意味著海量數據，這些海量數據的傳輸、顯示、處理、存儲是一個很大的挑戰(zhàn)。此外，目前的監(jiān)控系統(tǒng)，更多的是依賴于監(jiān)視人員，存在很多無法解決的問題，是被動式的監(jiān)控。因此，必須利用智能視頻分析的手段，將以往被動監(jiān)控變更為主動監(jiān)控，真正做到24小時全天候監(jiān)控，實現(xiàn)快速響應，防范于未然。

高清組成條件：監(jiān)控傳輸

    在一般的監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸技術主要有六種基本傳輸方式，各種方式都有不同的特點及實用性。然而面對高清應用的超大數據量帶寬以及實時性的要求，目前只有兩種傳輸方式在高清傳輸中得到認可，一種是采用光纖專線傳輸：這是解決長距離高清視頻監(jiān)控高速傳輸系統(tǒng)的最佳解決方式，原因是光纖傳輸優(yōu)點很多衰減小、頻帶寬、不受電磁波干擾、保密性好，缺點是長距離高成本;第二種是網絡傳輸：但隨著網絡技術的飛速發(fā)展，及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特殊要求和經濟性考慮，網絡傳輸也已成為長距離音視頻傳輸的不二選擇和最經濟型選擇。

    高清與帶寬之間永遠是相斥關系，高清意味著高帶寬。在視頻壓縮算法經濟的情況下，一般說傳統(tǒng)模擬編碼D1(720×576)畫質的碼流為2M左右，那么以720P計算，碼流約是 D1的2倍，帶寬達到4M左右，而采取1080P計算，碼流更是D1的5倍，所用帶寬約為10M。相比模擬光纖傳輸而言，網絡傳輸高清視頻具有得天獨厚的成本優(yōu)勢，但目前的互聯(lián)網是遠遠不能夠承載多路高清畫質，必須采用專網。

    高清視頻在網絡傳輸中，主要限制來自帶寬，加強帶寬建設是解決傳輸高清和網絡帶寬問題的必然途徑。以100M以太網為例，在確保流暢的前提下，實際上同時只能承載5路左右的高清圖像。如果同一視頻源有多個用戶訪問，占用的帶寬會更大。隨著目前網絡傳輸技術的迅猛發(fā)展，局域網也逐漸朝1000M甚至10000M方向發(fā)展。同時，如果采用光網傳播，甚至可以使帶寬達到數G以上。解決這些問題，高清監(jiān)控才能得到淋漓盡致的發(fā)揮。

    高清組成收尾：監(jiān)控存儲

    高清監(jiān)控視頻存儲大多是以超大數據流為代價，因此對于高清視頻我們需要足夠的存儲空間。選擇什么樣的高清存儲系統(tǒng)和方案將直接影響視頻流暢度、系統(tǒng)穩(wěn)定性等一系列因素�，F(xiàn)實中，高清監(jiān)控存儲一般有兩種方法，一種是小集中大匯聚，即前端分散式本地存儲，如IP SAN構架方式;另一種是在大型項目里，高清視頻通過管理平臺+存儲服務器實現(xiàn)存儲，其存儲服務器通常是存儲陣列。

    IP SAN是高清監(jiān)控主要存儲方式

    一般監(jiān)控系統(tǒng)中常用的大量數據存儲方式有DAS直連、NAS網絡硬盤和IP SAN等。而對于高清監(jiān)控系統(tǒng)而言，其中IP SAN方式采用IP構架的以太網傳輸，具備良好的擴展性、共享性和較低的分攤應用成本，是目前多路高清監(jiān)控存儲主要采用的技術之一。此種存儲方式多半是采用我們常見的硬盤，容量一般是TB級別，隨著2TB硬盤甚至更高容量的產品走入我們視線，大型高清監(jiān)控系統(tǒng)PB級海量存儲解決方案也得到普遍應用。

    高清存儲設備性能重要性

    高清的大容量需要采用大型存儲設備，如此一來，回放如此龐大的信息量也成為了難題。要求存儲設備具有足夠的混合讀寫性能，滿足大量高清視頻寫入的同時滿足多路視頻同時回放。如果其中存儲設備性能不足，不僅有可能影響正常的視頻寫入和回放，甚至造成視頻監(jiān)控無法寫入。此外存儲系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性也是高清存儲的必要功課，利用先進的RAID技術依靠的磁盤可有效降低因為磁盤損壞而造成數據丟失的可能性，保證高清視頻實時可用。最后，存儲設備的平臺管理也十分重要，能否通過關鍵字，快速、準確、有效地檢索到目標監(jiān)控文件，否則高清視頻即使錄制下來，無法檢索到或者檢索速度奇慢，那么存儲就變得沒有意義。

    智能分析技術緩解高清監(jiān)控存儲壓力

    目前高清監(jiān)控系統(tǒng)存在的存儲問題是較多的無用視頻信息也被存儲、傳輸，既浪費了存儲空間又增加了帶寬，存儲設備中加裝智能分析模塊，視頻存儲所需要的空間將大大減少又緩解了帶寬壓力，通過智能分析技術，對于這些無用視頻則可采用低碼流方式進行壓縮或存儲，目前，存儲系統(tǒng)主要用于調查或查詢使用，增加數據分析或挖掘功能將極大地提升存儲系統(tǒng)的價值。