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安防视频监控系统选用数字监控技术的十大理由

2017-01-04 09:04
雷本祖
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手机、数码相机与摄像机都早已进入百万像素数字高清时代,有的甚至已达到千万像素级别,并且得到大量应用与普及,而安防视频监控却依然处于半数字半模拟监控阶段,严重滞后现代电子与计算机科技发展步伐。数字监控是安防视频监控技术发展的必然趋势,2013年1月1日起,上海等地要求新建安防视频监控系统均应采用数字系统,可以预见就在最近一至二年里,模拟监控将被数字监控技术大范围取代。

2014年8月由全国安全防范报警系统标准化技术委员会(SAC/TC100)归口并组织起草的国家标准GB/T30147-2013《安防监控视频实时智能分析设备技术要求》和GB/T30148-2013《安全防范报警设备电磁兼容抗扰要求和实验方法》。这是经过国家标准管理委员会发布,已经开始实施,这是我国第一个视频智能分析方面的国家标准。

笔者由于工作关系近三年参与了宜昌市政府部门、企事业单位、新建居民小区等三十余个安全技术防范系统的项目设计、招标项目评审与项目验收,有近50%的项目仍然使用的是传统的模拟解决方案。这些模拟系统中建设整体质量不高,存在着选用产品档次不高、子系统建设不全、防范布点不合理、系统产品之间搭配不恰当等问题,个别系统建成运行不久就处于瘫痪状态,同时这些模拟系统在接入宜昌市电子政务网刚刚建设的视频云平台时也遇到了许多障碍,所以以提案的形式建议宜昌市政府组织专家和学者研讨论证,制定出台《宜昌市数字视频安防监控系统基本技术要求》,学习上海等外地省市的先进经验,从2015年开始凡是新申报的安全技术防范系统方案均应采用数字系统,并应符合《宜昌市数字视频安防监控系统基本技术要求》。同时对现有模拟视频安防监控系统改造建议如下:①、摄像机等核心设备更换率超过总数的50%(含),应对系统按《宜昌市数字视频安防监控系统基本技术要求》进行整体改造;②、其他情况可按模拟视频安防监控系统进行改造,不作硬性要求。

安防视频监控技术自二十世纪八十年代在我国兴起发展至今,先后经历了模拟监控技术、模数结合监控技术、数字监控技术三个阶段。

第一阶段:七十年代末到九十年代中期,这个阶段以闭路电视监控系统为主,也就是第一代模拟电视监控系统,其传输媒介为视频线缆(同轴电缆)。由控制主机进行模拟处理,主要应用于银行等金融行业等重点安全防范单位。

第二阶段:九十年代中期至九十年代末,以基于PC机插卡式的视频监控系统为主,此阶段也被业内人士称为半数字时代,其传输媒介依然是视频线缆(同轴电缆)。由多媒体控制主机或硬盘录像主机(DVR)进行数字处理与存贮,此阶段的应用多限于对安全程度要求较高的场所。

第三阶段:九十年代末至今,以嵌入式技术为依托,以网络、通信技术为平台,其传输媒介是双绞线或光纤,以智能图像分析为特色的网络视频监控系统为主,又称为IP监控系统,自此视频监控的发展进入了数字时代。网络视频监控的应用不再局限于安全防护,逐渐也被用于远程办公、远程医疗、远程教学等领域。

安防视频监控系统主要涉及两大类产品,前端摄像机和后端录像机,我们通过模拟与数字摄像机的技术对比来看看它们的优缺点:

一、模拟与数字摄像机技术对比

1.1扫描方式

模拟摄像机采用隔行扫描,由不同时刻的奇场与偶场画面合成一个画面时,画面中的运动物体容易产生锯齿、闪烁等不良反应,为了消除锯齿,必须做软件反交错图像处理,同时也会导致画质损伤,画面清晰度降低。而数字摄像机采用逐行扫描,不需要反交错处理。假如开车的就是盗车贼,那么快速运动的状况下,隔行扫描根本无法录下盗贼的任何特征。

1.2分辨率与解析度

模拟摄像机早期受制于PAL/NTSC技术本身的限制,分辨率一般为4CIF或D1(即PAL制下的720×576或NTSC制下的720×480像素),最高像素仅仅为40万像素的水平。“后模拟时代”960H技术是由Techwell和Sony共同定义和开发的一套准高清解决方案,虽说分辨率为PAL制下960×576或NTSC制下960×480,相对传统的D1整体画面清晰度提升了30%,但其要求的带宽是36M,在传输的问题上会遇到瓶颈,效果会打折扣,性价比并不高。模拟高清有着众多的解决方案,例如HDCVI、HDTVI、AHD、ccHDtv等,分辨率等同于720P或1080P,对于可以继续沿用原有模拟系统的同轴电缆用户来说,有着较大的吸引力,但同时其存储的码流也会提升,后端存储压力不断上涨,硬盘容量需求增大,旧的模拟传输系统可能无法完全承载。

数字摄像机可以实现百万像素甚至更高的分辨率,720P高清、1080P全高清已不再是热点,现已进入4K时代(3840×2160),随着H.265等相关新技术的发展,在提高数字摄像机像素的同时,又增强了画面的垂直分辨率,使得画面的细节和层次更加精准,同时配合广角监控专用镜头,能够实现对更大监控范围的覆盖、显示更多画面细部特征,观看体验更好。

1.3AD(模数)转换

模拟摄像机前端感光器输出模拟信号,接着转化成数字信号,以便进行色彩与亮度处理,接着再将数字信号转化成模拟信号输出,当到达DVR等后端设备时,由视频采集芯片将模拟信号转成数字信号,模拟系统总共发生了3次AD/DA转换,每次转换都会导致画质受损。

现在数字摄像机较多使用CMOS感光器,该感光器内置了AD转换,光信号进入,数字信号输出,仅有这一次AD转换,之后再也没有反复的AD/DA转换,所以数字摄像机的画质受损小。

现阶段CMOS感光器技术再次取得突破性进展,光照灵敏度提升了5倍以上,已经达到或接近了CCD的照度性能,同时分辨率也高达500万像素以上,并且CMOS在其成本、集成度与功耗等方面的优势则比CCD更胜一筹,可以预见,CMOS感光器将取代CCD而成为市场主流。

1.4色彩还原度

模拟摄像机输出的视频为复合模拟视频信号,其中包含了亮度信号与色彩信号,由于两种信号在同一个频段里,当复合视频传输给视频采集芯片时,视频采集芯片除了做AD/DA转换,还要做亮色分离(梳妆滤波),由于难以完全分离亮度与色彩信号,导致传统模拟视频监控容易出现色彩渗透与杂色现象。数字摄像机没有亮色分离的烦恼,色彩可以做到更加逼真。

1.5抗干扰与信噪比

模拟摄像机视频从CCD传感器一出来就是模拟信号,而模拟信号无论是在摄像机内部,还是输出后的传输过程中,都可能受到不同程度的干扰,从而产生波纹与噪点,同时模拟摄像机在可见光或红外光偏弱时,雪花噪点非常严重,不仅画质受影响,而且大大增加了码流。数字摄像机输出的是数字信号,不容易受到干扰,可以做到噪点小,画面更干净,同时也节省了码流与硬盘空间。

传统模拟市场因为CCTV标准核心技术被日本控制,导致日本相关的芯片公司基本上垄断了摄像机市场,他们既做芯片,又生产与销售高端市场摄像机,还利用其拥有的专利技术控制了中国大部分中低端市场。目前的标清模拟产品,除了芯片、传感器仍为外企掌控,而国内企业同质化竞争激烈,价格战爆发,利润越来越微薄。为了谋利,难免偷工减料降低成本,以应对价格战,质量进一步下降。而960H方案,已基本是国内企业的竞争;HDCVI、HDTVI高清模拟技术等更是海康威视、大华股份等国内企业的寡头垄断及自建联盟。

数字时代目前还没有形成统一的技术标准,日本公司虽然有能力做出数字高清摄像机成品方案,但是在高清NVR、混合DVR、高清解码器等一系列后端成品方案方面优势不明显;反观国内海康威视、大华股份、宇视科技等企业在这方面做的相当不错,已挤身世界安防名牌厂商前列。更重要的是,数字时代CMOS将取代CCD,而CMOS技术不是日本的强项,安防监控行业技术被日本垄断的局面将在数字时代被打破。

二、模拟与数字解决方案对比

现在安防监控行业内有少部分公司,以模拟摄像机的价格低于数字摄像机等理由,不愿意或是不积极给客户提供和推荐数字监控的解决方案,导致现在模拟监控产品仍占据了更多的市场份额。的确,现阶段数字摄像机的价格要高于模拟摄像机,但随着产业和技术不断的发展,根据摩尔定律,数字摄像机的价格一定会和模拟摄像机持平甚至更低,同时在项目总体成本上,数字监控整体解决方案比模拟监控整体解决方案具有较大的优势,其主要表现在以下几个方面:

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