HD-SDI在安防監(jiān)控的應(yīng)用前景分析——縱論HD-SDI信號(hào)及HD-SDI矩陣.doc

HD-SDI在安防監(jiān)控的應(yīng)用前景分析縱論HD-SDI信號(hào)及HD-SDI矩陣專訪：大連科迪視頻技術(shù)有限公司董事長張海寧 關(guān)鍵詞：HD-SDI、IP、矩陣、模擬、數(shù)字、監(jiān)控、高清標(biāo)題：1、 HD-SDI信號(hào)的定義及其演變2、 HD-SDI在各行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀3、 HD-SDI與IP在監(jiān)控領(lǐng)域的關(guān)系4、 IP高清方案的硬傷5、 HD-SDI的六大誤區(qū)6、 HD-SDI與IP應(yīng)用及發(fā)展態(tài)勢(shì)7、 HD-SDI矩陣的昨天、今天和明天8、 HD-SDI矩陣和多格式混合矩陣9、 矩陣規(guī)模的發(fā)展預(yù)測(cè)10、 矩陣的結(jié)構(gòu)決定規(guī)模和品質(zhì)11、 冗余式熱備份的控制和電源二一一年深圳安博會(huì)，作為中國安防行業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，聚集了安防行業(yè)的主要廠商和工程商，而HD-SDI則成為此次盛會(huì)監(jiān)控業(yè)內(nèi)最熱門的技術(shù)話題，幾乎所有主要的監(jiān)控廠家都推出了基于HD-SDI的相關(guān)產(chǎn)品和方案，HD-SDI的大幕正式拉開。之后短短數(shù)月，原本為星星之火的HD-SDI好像突變燎原之勢(shì)，到處都傳來她的身影，高清監(jiān)控的發(fā)展正在面臨翻天覆地的變化。下面就HD-SDI信號(hào)及HD-SDI矩陣的現(xiàn)狀和發(fā)展及應(yīng)用談一點(diǎn)看法。HD-SDI信號(hào)的定義及其演變HD-SDI的全稱是高清晰度串行數(shù)字接口，其核心為SDI信號(hào)接口。SDI信號(hào)是美國SMPTE制訂的一種廣播級(jí)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，非常成熟并且應(yīng)用十分廣泛，包括SD-SDI數(shù)字標(biāo)清、HD-SDI數(shù)字1.5G高清和3G-SDI數(shù)字3G高清信號(hào)，其中目前在國內(nèi)外應(yīng)用最多的是HD-SDI信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，廣播級(jí)60幀達(dá)到720P或1080i，通常在監(jiān)控應(yīng)用為30幀速可達(dá)到1080P。既然SDI信號(hào)是廣播電視的標(biāo)準(zhǔn)，就不得不提起廣播級(jí)電視信號(hào)的演變，從早期的復(fù)合視頻信號(hào)CVBS（即標(biāo)清D1）、到Y(jié)/C分量視頻信號(hào)（即S-VIDEO）、YUV分量視頻信號(hào)（即YPbPr）、RGBHV（即YUV分量及行場(chǎng)信號(hào)）和VGA都是模擬視頻范疇；十年前興起SDI信號(hào)，包括SD-SDI、HD-SDI、3G-SDI、DVI和HDMI都是數(shù)字視頻信號(hào)。由此可見，HD-SDI和3G-SDI是視頻信號(hào)發(fā)展到目前的最高等級(jí)信號(hào)，具有模擬視頻和數(shù)字并行等信號(hào)所不具備的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并且經(jīng)過多年的應(yīng)用和積累已經(jīng)非常成熟。HD-SDI在各行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀廣播電視行業(yè)，由于SDI應(yīng)用時(shí)間較長，技術(shù)已非常成熟，正在大規(guī)模由標(biāo)清SDI向HD-SDI格式轉(zhuǎn)換，國外發(fā)達(dá)國家的電視節(jié)目制作已基本普及HD-SDI格式，國內(nèi)各電視臺(tái)正在進(jìn)行高清數(shù)字化改造，目前上星的衛(wèi)視頻道已基本實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清同時(shí)播出，國電總局要求二一五年主要城市和地區(qū)全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字播出，上海廣電更是準(zhǔn)備在今年完成高清工作。專業(yè)視聽行業(yè)，今年來HD-SDI發(fā)展迅猛，特別在視頻會(huì)議和應(yīng)急指揮中心的建設(shè)中應(yīng)用廣泛，HD-SDI信號(hào)的高清晰度、實(shí)時(shí)無延遲、傳輸距離長、施工簡單快捷等特點(diǎn)解決了DVI、HDMI等并行數(shù)字信號(hào)的瓶頸，與多格式混合矩陣一起形成技術(shù)主流。安防監(jiān)控行業(yè)，經(jīng)過多年的D1模擬復(fù)合信號(hào)應(yīng)用，迫于時(shí)代的發(fā)展和用戶需求，近年也開始研究視頻信號(hào)高清化，由于IP信號(hào)近年開展較快，IP高清一時(shí)風(fēng)頭無倆，而IP高清固有的硬傷使得有識(shí)之士發(fā)現(xiàn)了廣電行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)HD-SDI，以二九年HDCCTV聯(lián)盟成立為標(biāo)志，HD-SDI在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸浮出水面，但是大多數(shù)監(jiān)控廠家對(duì)于HD-SDI的不了解又使得HD-SDI的進(jìn)展緩慢，隨著二一一安博會(huì)的召開，以及對(duì)HD-SDI認(rèn)知度的提高，關(guān)注的廠家和用戶迅速增加，HD-SDI時(shí)代終于即將來臨。HD-SDI與IP在監(jiān)控領(lǐng)域的關(guān)系首先HD-SDI相對(duì)于模擬視頻的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)是不言而喻的，而對(duì)于DVI和HDMI這種傳輸距離過短、接口復(fù)雜、傳輸成本又高的方案注定是過渡性的，在本地大屏幕監(jiān)看和家用級(jí)方案上更適合其應(yīng)用。目前高清監(jiān)控市場(chǎng)主要競(jìng)爭(zhēng)的兩種方案：IP高清和HD-SDI高清，見下表：IP高清方案HD-SDI高清方案壓縮壓縮無壓縮信號(hào)損失有可能損失無損失延遲有延遲無延遲傳輸距離100M加均衡和時(shí)鐘恢復(fù)超過300M安全穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)安全問題安全穩(wěn)定即插即用性協(xié)議私有不通用是信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)成熟標(biāo)準(zhǔn)整體方案成熟度較成熟基本成熟業(yè)務(wù)控制平臺(tái)非常靈活、定制性強(qiáng)不夠靈活存儲(chǔ)存儲(chǔ)量小存儲(chǔ)量大施工難度難度大簡易系統(tǒng)升級(jí)改造復(fù)雜簡便配套產(chǎn)品完善一般發(fā)展瓶頸信號(hào)延遲、失真不穩(wěn)定、壓縮有損失、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、施工難度大、安全問題認(rèn)知度不夠、暫時(shí)成本高、配套產(chǎn)品不夠完善、控制系統(tǒng)不靈活I(lǐng)P高清方案的硬傷1、由于IP的信號(hào)壓縮方案，使得信號(hào)不可避免的降低清晰度，造成信號(hào)損失，而視頻監(jiān)控和信號(hào)智能分析的前提是提供盡可能清晰的視頻信號(hào)，HD-SDI無壓縮視頻信號(hào)傳輸無損失、不失真，信號(hào)質(zhì)量完整清晰度高，并且穩(wěn)定可靠。2、同樣是IP信號(hào)的壓縮方案，造成信號(hào)傳輸?shù)拿黠@延遲，使得實(shí)時(shí)監(jiān)看和應(yīng)急指揮變得異常困難，而HD-SDI視頻無延遲傳輸優(yōu)勢(shì)無可比擬，真正具備實(shí)時(shí)性。3、IP標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一造成系統(tǒng)的融合升級(jí)困難，HD-SDI則根本不存在此類問題。4、IP方案對(duì)于現(xiàn)有的模擬系統(tǒng)改造基本需要推倒重來，而HD-SDI沿用同軸電纜+光纖的模式，工程商和甲方接受度高，施工非常簡便。HD-SDI的六大誤區(qū)1、技術(shù)不成熟：作為SMPTE制訂并在廣電應(yīng)用多年的HD-SDI格式，早已證明HD-SDI是視頻信號(hào)發(fā)展的最佳路徑，而全球范圍內(nèi)特別是日本韓國已經(jīng)將HD-SDI確定為視頻監(jiān)控發(fā)展方向。2、傳輸距離：HD-SDI信號(hào)傳輸距離為100米。這只是HD-SDI信號(hào)的理論數(shù)據(jù)，實(shí)際上國產(chǎn)普通3電纜傳輸最多30米，進(jìn)口的日本佳耐美（CANERA）和美國百通（BELDEN）4以及國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)5電纜可以傳輸100米。但是通過均衡電路以及時(shí)鐘恢復(fù)電路組成的延長器可以將信號(hào)多級(jí)延長傳輸，每級(jí)可達(dá)150米，而目前長距離傳輸普遍采用的光纖方式，其成本也已經(jīng)非常低廉。3、配套產(chǎn)品：HD-SDI的配套產(chǎn)品非常少。目前HD-SDI的配套產(chǎn)品已經(jīng)比較完善了，HD-SDI的攝像機(jī)，不論是CMOS還是CCD都推出多種方案，經(jīng)過測(cè)試效果非常好，基于HD-SDI的DVR、矩陣、屏幕拼接墻、軟件控制平臺(tái)都有數(shù)家產(chǎn)品上線使用，只是缺少大規(guī)模應(yīng)用案例。4、矩陣規(guī)模?。罕O(jiān)控市場(chǎng)上目前應(yīng)用的矩陣規(guī)模早已突破512x128，在多個(gè)公安、電力、應(yīng)急等系統(tǒng)有成熟案例，在交通、金融等應(yīng)用也有128路矩陣使用，大連科迪則會(huì)在近期推出1024x128 HD-SDI矩陣。5、國內(nèi)用戶認(rèn)同度低：隨著國家對(duì)于視頻監(jiān)控的重視，越來越多的用戶迫切需要高清晰度的視頻信號(hào)，特別是交通、金融、公檢法司等行業(yè)更是如此，就近期用戶調(diào)研效果來看，已經(jīng)有很多行業(yè)技術(shù)主管領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)明確表示接受HD-SDI數(shù)字高清概念，并且有數(shù)家公安廳信通處和科技處已經(jīng)在指揮中心、圖像中心等布局建設(shè)以HD-SDI為標(biāo)準(zhǔn)的視頻系統(tǒng)，相信隨著用戶親眼看到HD-SDI與傳統(tǒng)模擬和IP信號(hào)顯示應(yīng)用效果的區(qū)別后，會(huì)有更多的HD-SDI擁躉。6、HD-SDI的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)：傳統(tǒng)的模擬復(fù)合信號(hào)D1由于信號(hào)質(zhì)量要求不高，通常使用示波器看一下眼圖，通過信號(hào)幅度判斷信號(hào)的質(zhì)量，不需要具體測(cè)試視頻的參數(shù)，而只有美國TEK的VM700被業(yè)界作為測(cè)試模擬信號(hào)的權(quán)威測(cè)試設(shè)備，可以測(cè)量信號(hào)的信噪比（加權(quán)或非加權(quán)）、頻率響應(yīng)、微分增益、微分相位、色亮延時(shí)差、多波群等主要指標(biāo)。HD-SDI信號(hào)由于采用數(shù)字串行方式傳輸，信號(hào)損失會(huì)產(chǎn)生誤碼率，而誤碼率到一定程度信號(hào)會(huì)完全丟失，只采用示波器看眼圖確定信號(hào)幅度方式則是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。HD-SDI最重要的指標(biāo)有上升下降時(shí)間、抖動(dòng)、過沖等參數(shù)，包括衡量信號(hào)的均衡、時(shí)鐘恢復(fù)更是需要直接測(cè)量參數(shù)，以校正線纜傳輸長度和傳輸時(shí)間。上述指標(biāo)只有美國TEK WFM才能測(cè)試，遺憾的是國內(nèi)基于HD-SDI的攝像機(jī)、光端機(jī)、矩陣、DVR等產(chǎn)品只有少數(shù)經(jīng)過正規(guī)測(cè)試。HD-SDI與IP應(yīng)用及發(fā)展態(tài)勢(shì)HD-SDI和IP目前貌似競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，其實(shí)不然，他們完全可以是既競(jìng)爭(zhēng)又合作的關(guān)系。高清視頻監(jiān)控的未來應(yīng)用可能是幾種狀態(tài)：1、整體HD-SDI解決方案2、整體IP格式解決方案3、基于HD-SDI信號(hào)采集、傳輸分配、顯示，基于IP調(diào)用、存儲(chǔ)、處理、分析的方案。4、基于模擬、HD-SDI、IP等混合解決方案。HD-SDI方式解決了信號(hào)的高清采集、無延遲傳輸、高清顯示，IP方式解決了信號(hào)的存儲(chǔ)、多級(jí)平臺(tái)調(diào)用、信號(hào)的處理、分析、業(yè)務(wù)平臺(tái)等任務(wù)，在當(dāng)前中國特有的技術(shù)需求和系統(tǒng)現(xiàn)狀下，多信號(hào)格式、多業(yè)務(wù)平臺(tái)才是高清發(fā)展之道，無論技術(shù)還是廠商，合作才是硬道理。HD-SDI矩陣的昨天、今天和明天HD-SDI矩陣是從模擬矩陣發(fā)展而來，超越了標(biāo)清SD-SDI矩陣，又由于視頻監(jiān)控30幀即可達(dá)到1080P不需要到3G-SDI，從而占據(jù)了主流的位置。HD-SDI矩陣與傳統(tǒng)模擬矩陣完全不同，數(shù)字電路對(duì)于信號(hào)的理解、芯片的使用、線路的布局、大規(guī)模矩陣的信號(hào)指標(biāo)、控制、功能都提出更高的挑戰(zhàn)，HD-SDI矩陣的廣泛應(yīng)用對(duì)于那些技術(shù)積累不強(qiáng)的傳統(tǒng)矩陣廠商，矩陣的規(guī)模、矩陣的多信號(hào)格式、矩陣高清字符等將是瓶頸問題，預(yù)計(jì)國內(nèi)的矩陣廠商陣營將重新洗牌。HD-SDI矩陣和多格式混合矩陣基于國內(nèi)視頻信號(hào)種類繁多，既有傳統(tǒng)的模擬復(fù)合CVBS-D1、模擬高清YPbPr、計(jì)算機(jī)VGA、RGBHV、DVI、HDMI、HD-SDI等無處不在，多信號(hào)格式的混合矩陣應(yīng)運(yùn)而生，輸入信號(hào)可以是任意一種視頻信號(hào)，甚至包括光纖和IP信號(hào)，輸出通常為DVI、HDMI、VGA等便于連接大屏幕顯示，當(dāng)然也包括HD-SDI輸出用于存儲(chǔ)等，其難點(diǎn)主要在信號(hào)的接口轉(zhuǎn)換，而信號(hào)轉(zhuǎn)換的難點(diǎn)在于信號(hào)的全格式轉(zhuǎn)換，比如復(fù)合信號(hào)的轉(zhuǎn)換存在倍線問題，1080/60i則需轉(zhuǎn)換為1080/30P。雖然多格式混合矩陣也可以實(shí)現(xiàn)HD-SDI信號(hào)的輸入和輸出，但是造價(jià)要比HD-SDI矩陣高很多，好處是極大的方便了系統(tǒng)連接和控制，其核心則通常為DVI信號(hào)的交換。HD-SDI矩陣的未來發(fā)展趨勢(shì)1、矩陣規(guī)模的發(fā)展預(yù)測(cè)：矩陣規(guī)模的擴(kuò)展分為兩類：l 縱向擴(kuò)展：即矩陣的路數(shù)的擴(kuò)展，目前從8x8、32x32、64x64、128x128到256x128規(guī)模的產(chǎn)品已經(jīng)面試投產(chǎn)；由于安防監(jiān)控行業(yè)的規(guī)模廣闊，視頻采集數(shù)量巨大，要求HD-SDI矩陣的規(guī)模不會(huì)比傳統(tǒng)模擬矩陣小，不論是傳輸、處理、顯示，都需要通過矩陣進(jìn)行信號(hào)交換，雖然目前國內(nèi)HD-SDI矩陣規(guī)模已經(jīng)突破256x128，但未來矩陣的規(guī)模將可能要求512路甚至更大。當(dāng)然，小型HD-SDI矩陣（64x16以下）可能不會(huì)少見，因?yàn)閲庑酒桃话愣继峁┑湫碗娐罚幸欢ɑA(chǔ)的廠家勢(shì)必會(huì)迅速生產(chǎn)一批小型HD-SDI矩陣搶占市場(chǎng)，但是廣大的工程商和用戶注意，這里必定是魚龍混雜，因?yàn)榫仃嚨囊?guī)模、傳輸距離和信號(hào)指標(biāo)將是難以解決的致命問題。l 橫向擴(kuò)展：即多信號(hào)格式和多功能的擴(kuò)展。前面講過，未來高清監(jiān)控市場(chǎng)很可能是模擬、數(shù)字、IP兼容的格局，那么必將要求HD-SDI矩陣具備多格式混合矩陣的功能，包括光信號(hào)的輸入和IP信號(hào)輸入，HD-SDI矩陣將成為信號(hào)交換處理的平臺(tái)。同樣，HD-SDI矩陣作為信號(hào)平臺(tái)，在控制、報(bào)警、字符、顯示等方面也都提出新的課題，控制、報(bào)警系統(tǒng)要求兼容各級(jí)平臺(tái)的內(nèi)容和功能，高清字符則完全顛覆之前傳統(tǒng)模擬矩陣字符疊加的概念，輸出顯示則可能將信號(hào)切換、轉(zhuǎn)換、拼接控制、畫面融合等功能集成到一起。2、矩陣的結(jié)構(gòu)決定規(guī)模和品質(zhì)：決定矩陣規(guī)模最重要的因素就是矩陣產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，模塊化、插板式、刀片式、冗余式結(jié)構(gòu)，將是HD-SDI矩陣發(fā)展的必由之路。真正的模塊化插板式結(jié)構(gòu)，是矩陣系統(tǒng)內(nèi)所有的有源部件全部可以帶電熱插拔，并且最好是前插板，包括控制、電源系統(tǒng)，這是因?yàn)閹缀跛械墓收隙紒碜杂性措娐?。這種結(jié)構(gòu)極大的方便了故障解決和系統(tǒng)維護(hù)。同時(shí)，由于模塊化的設(shè)計(jì)，使得矩陣的擴(kuò)展變成公式下模塊的物理堆積，形成規(guī)模生產(chǎn)，又極大的提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)速度，大幅減少產(chǎn)品故障率，成本和價(jià)格也相應(yīng)降低。3、冗