探究高清数字视频监控系统关键技术及发展

探究高清数字视频监控系统关键技术及发展作者：邱桂苹常青穆森赵倩

来源：《电子世界》2012年第14期

【摘要】随着现代科学技术的不断发展，视频监控技术日益受到人们的重视和关注。视频监控系统逐渐从模拟化、数字化向网络化、高清化、智能化的方向发展。本文首先从高清的定义出发介绍了高清数字视频监控系统的整体架构。其次分析了系统从高清数字视频信号的采集、传输、存储到显示以及智能化的融合等关键技术，最后提出了高清数字视频监控系统持续完善发展的几点想法。

【关键词】高清；数字化；智能化；海量存储；视频监控

1.引言

随着科学技术水平与经济的发展，安防理念愈加深入人心。视频监控系统经历了从模拟技术到数字技术的演变过程。视频监控系统中国的安防市场逐渐开放，拥有巨大的潜力和商机。视频监控的规模和范围也不断扩大，从整体上看，意识到数字化视频监控技术所具备的优势的企业和用户正逐渐增多，网络视频监控的市场已处于起步阶段。从发展趋势上来看，完全数字化的网络视频监控具有强劲的发展势头。目前在视频安防监控系统中，高清数字视频监控系统已经越来越占据了主导地位，已成为未来视频监控系统的必然发展趋势。

近年来，用户对图像清晰度，处理速度、图像智能分析海量信息存储方面提出了更高的要求，促使视频监控技术向高清化、数字化、智能化发展。传统的模拟监控凡是逐渐不能满足某些行业监控需求，随着新一代图像处理芯片技术的发展，高清数字视频监控系统必然渐渐进入人们的视野。

2.高清监控的定义

高清视频监控近年来得以迅速发展，主要是为了解决人们在正常监控过程中“细节”看不清的问题。“高清”即“高分辨率”，关于高清的定义，最早来源于数字电视领域，高清电视，又叫“HDTV”，是由美国电影电视工程师协会确定的高清晰度电视标准格式。

监控领域的高清标准，一直沿用广电的标准。720p、1080i、1080p三种分辨率定义为真正的高清视频。FullD1或4CIF不是高清。

高清对于视频监控并不是件容易的事情。它涉及到监控系统的颇多环节，高清数字视频监控系统不仅仅是提供单纯的高清网络摄像机就解决了高清监控的问题，摄像机只要采用百万高清的CMOS或CCD就可以达到高清标准，但是摄像机的高清并不代表系统的高清，高清由于视频信息量的倍增，必然要求视频编解码、传输、存储、显示、视频回放等环节都要全面支持高清，对用户而然，高清是一个整体的系统解决方案，只有在包含了前端采集、信号传输、海

量存储、高清显示和综合控制管理平台各个环节都达到了“高清”要求时才有意义。系统架构如图1所示。

3.高清数字视频监控关键技术

3.1 高清前端采集技术

高清的视频效果的保证首先来源于高清信息的采集，如果没有前端高清视频采集，无法谈及后端的高清效果。高清网络摄像机已成为一种必然趋势。按照图像分辨率划分，市面上的高清网络摄像机已经发展到了300万、400万、500万像素。对于高清监控系统，前端采集设备一般使用网络摄像机。我们知道，摄像机的清晰度主要取决于感光芯片的性能，主要有CCD 和CMOS两种，在高清监控领域，也都有所应用。

图像清晰度与摄像机的感光元件密切相关，目前最为广泛使用的感光元件是CCD，但CCD响应速度较低，不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式，因此高清监控摄像机普遍采用CMOS作为感光元件。而采用CMOS敏感元件的高清监控摄像机在低照度、灵敏度、噪点、抗干扰等方面存在不足，CCD由以前1/4英寸到1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等，代表了其技术的不断发展，再经过图像处理芯片的配合，能够达到分辨率720P甚至1080i的输出。CMOS技术也在成像方面不断进步，加上其成本低廉、便于集成也为广大客户接受，CMOS类型的监控摄像机目前分辨率也能达到1600×1200及以上。同样，镜头要能够保证进光量和角度，同时还要有一个适宜调焦和光圈来配合感光元器件的成像。因为高清的视频通常依赖于一个调焦的操作，对于焦距和光圈不满足实际需求来说，高清摄像机也惘然。在一体机中通常配合较高的变倍来更好的体现高清的效果。

3.2 高清传输技术

监控系统传输技术主要有视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输和宽频共缆传输六种传输方式。每种传输技术都有其自身特点，有各自的应用层面，对于一个复杂的监控系统往往根据不同的传输距离，不同的监控要求，采用不同的传输方式。面对高清应用的超大数据量，以及实时性的要求，采用光纤传输是解决长距离视频监控高速传输系统的最佳解决方式，通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中传输。光纤传输具有衰减小、频带宽、不受电磁波干扰、重量轻、保密性好等一系列优点，广泛应用于国家及省市级的主干通信网络、有线电视网络及高速宽带计算机网络。而在视频监控系统中，光纤传输也已成为长距离音视频及控制信号传输的首选方式。但光纤传输需专门的技术人员负责光纤熔接及设备维护方面的工作，另外对于近距离监控信号传输不够经济。

高清意味着需要更高带宽。一般认为，H.264编码D1(720×576)画质的码流为2M左右，那么以1080P计算，画面尺寸约是D1的5倍，简单计算，码流也是5倍。因此，H.264编码的一个1080P高清画面所用带宽约为10M，与D1画质的MPEG2相当。由此可以看出，对于