摘要：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(wǎng)絡產(chǎn)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(chǎn)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(zhì),。2009年，標榜將為模擬CCTV系統(tǒng)業(yè)者升級至HD畫質(zhì)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(jù)字的各個比特以及相應的數(shù)據(jù)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(jù)率很高,，在傳送前必須經(jīng)過處理。在傳送前,，對原始數(shù)據(jù)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(jù)，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(diào)制,?；诓煌臄?shù)據(jù)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(chǎn)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(wǎng)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(nèi)，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，為夜間的圖像效果及圖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(chǎn)品開發(fā)部經(jīng)理林敏表示,，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高清攝像機的圖像畫質(zhì),，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圖像數(shù)據(jù),，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圖像質(zhì)量,。相比之下，滿足任何給定HDcctv標準的網(wǎng)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(zhì)量。全高清1080P則是最好的選擇,。據(jù)慧友電子(北京)股份有限公司PM產(chǎn)品經(jīng)理林祺表示,，目前市場上的HD-SDI主流分辨率為720P(1280×720)/1080P(1920×1080),。

　　2,、γ修正

　　當監(jiān)控攝像機在某些環(huán)境下工作時，往往會使顯示的圖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圖像就預先做了校正，在γ=2.5的CRT屏幕上顯示圖像時,，屏幕圖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(zhì)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”,，進入計算機的圖像依然帶有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?gamma; 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(diào)整,，保證了高清視頻信號的輸出。

　　HD-SDI傳輸接口

　　據(jù)北京凌云光視數(shù)字圖像技術有限公司ITS與高端監(jiān)控部門客戶經(jīng)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，而從表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,。

        表1 高清接口性能對比（來源：北京凌云光子技術有限公司）

　　· HD-SDI以其較遠的傳輸距離和較高的傳輸速率,，更多地被使用到前端設備到傳輸設備，或者前端設備到中心/控制設備上。例如HD-SDI攝像機到HD-SDI光端機/矩陣的連接;

　　· 在傳輸距離不是很遠,，對傳輸速率要求很高的場合,，例如控制中心機房，使用HDMI和DVI即能滿足需求,。像支持HDMI/DVI的矩陣到監(jiān)視器/大屏幕拼接墻之間的連接;

　　· 顯示終端一般都帶有YPbPr接口,，雖然YPbPr傳輸速率較低，但因其傳輸線的價格比較便宜,，傳輸?shù)木嚯x較長,，在某些對傳輸速率要求不高的場合也還是有一定的應用。

　　不是叫板,，而是死磕

　　目前,，安防行業(yè)正處于畫質(zhì)革命的時代。高清數(shù)字攝像機在逐步取代之前的模擬設備,，而對于廣電網(wǎng)絡監(jiān)控領域,，市面上的IP高清網(wǎng)絡攝像機不能利用現(xiàn)有的資源，如果要做系統(tǒng)升級的話,，那么現(xiàn)有的整個體系將會完全被改變,，必然會帶來成本上的增加以及資源的浪費。

　　而具有HD-SDI接口的高清數(shù)字攝像機就非常適合作為設備替換的首選,。HD-SDI只需將編碼器,，解碼用的數(shù)字機頂盒換成支持高清的就可以形成新的高清監(jiān)控系統(tǒng)，原有的線纜,、調(diào)制器,、碼流復用器等設備都可以保留，節(jié)約了很大的成本,。高清晰的畫質(zhì)能更清晰地描繪出所拍攝的場景細節(jié),，使監(jiān)控系統(tǒng)更完美，更高效,。

　　表2 HD-SDI攝像機與高清IP Camera性能比較 （來源：北京凌云光子技術有限公司）

　　從表2可看出,，HD-SDI攝像機在性能上毫不遜色于高清IP Camera，且擁有自身的獨到之處,。據(jù)慧友的林祺介紹,，HD-SDI攝像機與IP Camera相比，主要有以下四大優(yōu)點：

　　· 未壓縮：HD-SDI數(shù)字信號是未經(jīng)壓縮的格式在視頻線上傳輸,不像網(wǎng)絡傳輸容易掉張/破張,可靠度較高;

　　· 低延遲：HD-SDI比起網(wǎng)絡高清有較低的傳輸延遲性,是實時監(jiān)控較好的方案;

　　· 易安裝：對工程商或用戶而言,，其安裝設定與操作與傳統(tǒng)CCTV無異,沒有學習上的額外成本;

　　· 低成本：由模擬升級到高清的總成本較低,使用已有視頻線從D1升級到HD,只需更換前后端設備,，不需重新布線。

　　仍需韜光養(yǎng)晦

　　HD-SDI攝像機并非天使的眼睛,，完美無缺,，無論是攝像機技術還是傳輸接口皆有待提升,。

　　傳感器技術

　　傳感器(CCD或CMOS)是攝像機的頭腦，它的技術直接決定了攝像機性能的優(yōu)劣,，對于HD-SDI攝像機來說,，同樣如此,。安防制造(中國)有限公司研究院副院長王一科表示,，HD-SDI攝像機若要走向普及，首先得提升傳感器技術?，F(xiàn)有的高清圖像傳感器的感光靈敏度都不太理想,，在夜間、隧道等光線較暗的場合下捕獲的圖像效果反而比標清的差,。然而,，事故和案件往往就是發(fā)生在光線條件惡劣的路段，因此,，要想大范圍搶占高清市場,，傳感器性能需要進一步提升。

　　傳輸距離

　　對于HD-SDI攝像機前景如何,，目前還難以下定論,。索尼中國專業(yè)系統(tǒng)集團應用業(yè)務市場部影像傳感器產(chǎn)品經(jīng)理梁一嬋表示，盡管SDI攝像機的優(yōu)勢很明顯,，但它尚有一個致命的缺陷：前端采集的數(shù)據(jù)量大,，傳輸過程不經(jīng)編解碼器的壓縮，給數(shù)據(jù)的存儲提出了挑戰(zhàn),。高速數(shù)字信號,，很大程度上不能采用標清模擬圖像信號傳輸設備及組網(wǎng)。

　　SD-SDI信號通過同軸電纜5CFB或者1189A能夠傳輸350M,，而到了高清串行數(shù)字HD-SDI信號的時代,，同類型的同軸電纜的傳輸很難突破100M。如果需要傳輸更長的距離,，就要選擇衰減更低的高發(fā)泡介質(zhì)同軸電纜,。而這類電纜的強度相對較低，在電纜捆扎時需要留意電纜的變形,，因為電纜變形會引起誤碼,。即便使用這類低衰減的同軸電纜，也只能進行180M以內(nèi)的高清數(shù)字信號傳輸,，有時還需要使用中繼設備對劣化的信號進行恢復,。因此，在建立HD-SDI系統(tǒng)時,，不能僅考慮同軸電纜施工簡便,、成本低廉等因素,。

　　據(jù)天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司網(wǎng)絡視頻部產(chǎn)品經(jīng)理的郭輝介紹，HD-SDI 光纖收發(fā)器可以很好地解決這一難題,。該系統(tǒng)包括一個發(fā)送端及一個接收端,，通過一根ST光纖連接單向傳輸高質(zhì)量高清晰信號。通過光纖收發(fā)器可以解決長距離傳輸問題,，并且體積小巧,，可以和攝像機一起安裝在防護罩內(nèi)。

　　傳輸速率

　　高速接口芯片技術的進步,，使3Gb/s級別的串行接口成為可能,。2005年，ITU-R在BT.1120-6建議書中給出了第三代串行鏈接標準的2.97Gb/s串行接口規(guī)范,，物理介質(zhì)仍然沿用了75歐姆同軸電纜和IEC60169-8標準連接器,。此外，SMPTE 424M也給出了類似的3Gb/s級別的接口定義,。由于HDTV可以支持每秒30幀的逐行掃描1920×1080的分辨率格式,，而3G能夠支持比HD視頻信號最高幀掃描頻率高一倍的頻率，即3G可以支持每秒60幀的HD信號,，這與動態(tài)視頻的差別很大,。3Gb/s串行接口的出現(xiàn)解決了之前需要雙鏈接HD-SDI的場合，如4∶4∶4/12bit或1080P50/59.94格式的節(jié)目制作等,。目前,，已有廠家宣布推出3Gb/s的串行接口芯片產(chǎn)品。

　　基于HD-SDI標準接口的高清攝像機,，能夠真正實現(xiàn)1080P的高清視頻數(shù)據(jù)輸出,，同時達到25幀/秒的實時圖像采集。凌云的王宇斐表示,，新興的數(shù)字電影具有較高清晰度的圖像,、更高的分辨率、更豐富的色彩(例如SMPTE 428-1K PGYQR 4096×2160 4∶4∶4/X'Y'Z'/12-bit@24P),，SMPTE N26技術委員會正在制訂435M系列標準：一種時鐘頻率為10.692 Gb/s的串行數(shù)據(jù)接口,，其物理介質(zhì)為符合IEC 60793-2標準的光纜與符合IEC 61754-20標準的光連接器。這種10Gb/s級別的接口可將多至8個HD-SDI數(shù)據(jù)流復用在一起,，也可以將現(xiàn)有的1.5Gb/s與3Gb/s數(shù)據(jù)結構映射至10Gb/s接口上,。伴隨接口速率的提升，HD-SDI攝像機的應用前景將更為廣闊,。

　　傳輸介質(zhì)

　　總體來說,，SDI標準是相當不錯的。SDI很好地保護了像素,，使其不受損失,，能夠工作在RGB 4∶4∶4和YUV 4∶2∶2,，速度可以在SD、HD,、2K間切換,，支持16通道數(shù)字音頻、時間碼和其它各種輔助數(shù)據(jù),。它可以被轉換,、在大樓中自由走線。這就是為什么它能迅速普及,，而且在過去的20年終能夠滿足電視制作的要求,。不過,，它的極限也逐漸暴露：

　　· 每當有更高速度SDI出現(xiàn)時,，SDI電纜都需要更換。SDI剛剛出現(xiàn)的時候,，此前用于傳輸復合信號的電纜不足以處理SDI的數(shù)據(jù)碼流,。HD-SDI剛出現(xiàn)時，也需要換新的SDI,，3Gb/s SDI剛出現(xiàn)時也出現(xiàn)了這種情況,。不停升級電纜的成本也是一筆可觀的開銷;

　　· SDI電纜太粗，如果有許多電纜沿著機架和樓宇布下來會占用很多空間,。凡是看過有SDI電纜出入的機房都會知道SDI占用的空間不少,。

　　而上海美贊美數(shù)碼科技有限公司總經(jīng)理唐海峰表示，光纖很容易解決這些問題,。光纖SDI的比特流和傳統(tǒng)SDI一樣,，只是傳輸介質(zhì)從銅纜變成了光纖。這就是說,，光纖擁有傳統(tǒng)SDI的所有優(yōu)勢,，同時還具備以下新的優(yōu)勢：

　　· 光纖能長距離傳輸。Blackmagic Design光纖產(chǎn)品在SDI測試標清信號時,，其最遠傳輸45KM,，3Gb/s最遠傳輸25KM。常規(guī)SDI的數(shù)據(jù)與其相比可謂小巫見大巫;

　　· 光纜不存在速度極限,。銅纜有速度極限,，所以如果數(shù)據(jù)傳輸率提高，銅纜將無法傳輸頻率更高的數(shù)據(jù);

　　· 在需要更高SDI數(shù)據(jù)傳輸率的視頻標準出現(xiàn)時,，你可以繼續(xù)使用相同的光纜,。

　　光纖可以輕松傳輸3Gb/s，也可以傳輸更高的速度,。

　　當前,，HD-SDI攝像機的接口大部分是采BNC接口走視頻線輸出,，但也有直接采用光纖接口。光纖的應用在高清時代預計會大幅成長,，這個趨勢值得關注,。

　　標準化架構

　　慧友的林祺則指出，HDcctv作為新的行業(yè)標準,，HDCCTV聯(lián)盟需盡快且持續(xù)的維護協(xié)議升級發(fā)展,，提供最先進的技術平臺給會員廠商。目前的主力還是中韓臺三地的廠商,，HDcctv還是處于早期采用者的產(chǎn)品發(fā)展階段,，無法吸引主流市場的信任與采用，所以要盡力爭取指標性一線廠商的加入,。另外,，聯(lián)盟除了需要迅速積累一定的經(jīng)濟規(guī)模，以降低核心器件的成本,，同時要考慮HD-SDI方案之間的兼容性與可靠度,，讓HDcctv本身更具有競爭力。

　　就目前技術和監(jiān)控市場,，天地偉業(yè)的郭輝表示,，如果前端采用SDI攝像機，那么必須要有一整套完整的SDI產(chǎn)品與之搭配才可以獲得良好的效果,，這樣的造價也非常昂貴,。包括SDI編碼器、SDI視頻服務器,、SDI光端機等產(chǎn)品,。在現(xiàn)有的安防系統(tǒng)下，這樣的成本是比較高的,，這就需要各大安防廠商能加快前端,、傳輸、切換,、控制,、編碼等各部分產(chǎn)品的開發(fā)，相信隨著產(chǎn)品線的豐富和更多廠商的加入,，成本會逐漸降低,。因而HD-SDI攝像機的普及離不開行業(yè)標準化的架構建設。而HDCCTV聯(lián)盟提出了一個高清晰視頻監(jiān)控系統(tǒng)標準,，該標準支持高清電視(HDTV)信號數(shù)字流無需打包就能進行傳播,。據(jù)HDCCTV聯(lián)盟執(zhí)行主席透露，該標準的第一個版本已經(jīng)提供給聯(lián)盟成員,，以促進不同廠商的高清電視攝像機,、數(shù)字視頻錄像機和監(jiān)視器之間的互操作性,。新一代用于視頻監(jiān)控的HDTV設備使用的是廣播級質(zhì)量的高清晰數(shù)字視頻，是由老式模擬系統(tǒng)改進而來,。

　　結語

　　對于HD-SDI攝像機的未來,，安防行業(yè)人士意見各異?；塾蚜朱鞅硎?，HD-SDI的核心技術掌握在SDI芯片、Video Codec,、Sensor/ISP等廠商手中,，對于具備網(wǎng)絡高清制造實力的廠商進入的門坎不高,因此目前業(yè)界只是采取觀望，并非有進入障礙,估計2011下半年的展會就有百家爭鳴的盛況出現(xiàn),。而浙江大華技術股份有限公司產(chǎn)品中心前端線產(chǎn)品經(jīng)理吳雋是另一種見解,，他認為，由于采用HD-SDI技術的高清監(jiān)控有其特殊的應用場景,，在近幾年與高清網(wǎng)絡攝像機是可以共存共榮的,。但目前推出HD-SDI攝像機的廠家還不多,，配套設備不夠齊全,，未來的發(fā)展還不太確定，有可能會被高清網(wǎng)絡攝像機替代,。

　　無延時,、全高清、高銳度,、數(shù)據(jù)無損耗的高清應用已是時代發(fā)展的趨勢,，廣播級技術與安防的融合，將引領中國安防行業(yè)的高清化向一個更高的層次發(fā)展,。當然,，由于HD-SDI攝像機剛進入安防領域，還有很多技術需要改進,，以更適應安防業(yè)的應用,。