高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)幾種傳輸方式的應(yīng)用

黃日財 廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及芯片技術(shù)的高速發(fā)展，高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為了現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流。同時，高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式也由最初的同軸電纜、雙絞線及光纖等傳輸逐漸升級換代。視頻監(jiān)控前端系統(tǒng)的代表設(shè)備-攝像頭也由模擬升級為數(shù)字高清，甚至達(dá)到了4K清晰度水平。

從模擬時代的“看得到”到數(shù)字時代的“看得清”，再到大數(shù)據(jù)時代的“看得懂”視頻內(nèi)容檢索發(fā)展歷史，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的傳輸方式均扮演著重要角色。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式種類多，但其主要作用基本上都是完成視頻音頻信號、控制信號等通過不同標(biāo)準(zhǔn)的物理信號傳輸至控制機(jī)房中心，完成前端系統(tǒng)與終端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通。信號傳輸?shù)姆€(wěn)定與否決定了整個高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的顯示、存儲、內(nèi)容檢索分析等質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

1.高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要傳輸方式及特點(diǎn)

隨著高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備、終端設(shè)備的升級換代，其傳輸方式也跟隨著升級換代，不同的傳輸方式有不同的特點(diǎn)，但其基本上有以下幾種傳輸模式：

1.1 同軸電纜傳輸

現(xiàn)階段的同軸電纜傳輸與舊模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)是一樣的，均是通過視頻同軸電纜傳輸視頻信號（物流接口為BNC）。但舊模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用同軸電纜傳輸信號為模擬視頻信號，其多為75Ω寬帶電纜。

與數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)同期發(fā)展中，同軸高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)也占高清視頻監(jiān)控市場一大份額。同軸高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式亦是采用同軸電纜進(jìn)行視頻信號傳輸。從本質(zhì)上講，同軸高清是一種模擬信號傳輸技術(shù)，其技術(shù)的核心是利用傳輸芯片（TX發(fā)送芯片和RX接收芯片）提升數(shù)據(jù)傳輸距離。與同屬同軸高清的HDCVI、HDTVI、AHD其實(shí)原理并沒太大差別，主要在于產(chǎn)品傳輸芯片的不同和產(chǎn)品性能的差異化競爭。以同軸高清技術(shù)其中具有代表性的HDCVI（高清復(fù)合視頻接口）為例，HDCVI是一種基于同軸電纜的高清視頻傳輸規(guī)范，HDCVI技術(shù)的視頻傳輸距離及視頻分辨率優(yōu)于模擬系統(tǒng)的信號傳輸。

HDCVI最大優(yōu)點(diǎn)是其通過同軸電纜點(diǎn)對點(diǎn)可傳輸百萬像素級高清視頻，同時具備無延時，低損耗、高可靠性的視頻傳輸特點(diǎn)。

高清視頻領(lǐng)域中，HD-SDI攝像頭是采用高清數(shù)字分量串行接口進(jìn)行非壓縮式傳輸，是一種實(shí)時無壓縮的高清廣電級傳輸攝像頭。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.2 雙絞線傳輸

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，雙絞線傳輸模擬視頻信號的工作原理是利用差分信號傳輸原理。在模擬監(jiān)控系統(tǒng)中可以采用雙絞線傳輸，其傳輸距離可從0-2000米不等，同時該傳輸方式具備抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高特點(diǎn)（相對同軸電纜傳輸模擬視頻信號而言）具體見圖2所示。

雙絞線傳輸模擬視頻信號傳輸距離優(yōu)于同軸電纜，線纜施工方面，1根超五類的雙絞線可傳輸4路視頻信號。當(dāng)雙絞線傳輸器采用兩端有源雙絞線傳輸器時，傳輸距離可增加至2000米，同時可對視頻信號進(jìn)行調(diào)整，以滿足色彩及白平衡等實(shí)際項(xiàng)目環(huán)境需求。

雙絞線傳輸器也可用于同軸高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸同軸高清視頻信號，傳輸方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與圖2一致，傳輸距離在0-1000米左右。雙絞線傳輸器可采用五類、超五類及六類雙絞線進(jìn)行信號傳輸。

圖2 ：單路雙絞線傳輸器傳輸方式示意圖

高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)信號傳輸，常用超五類或六類雙絞線傳輸，其遵循計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TCP/IP相關(guān)協(xié)議規(guī)定，具備有傳輸帶寬小，成本低、組網(wǎng)方便等特點(diǎn)；因此，該傳輸方式也是高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要傳輸方式。

網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻信號是經(jīng)過壓縮處理的，視頻的畫質(zhì)及實(shí)時性會有所下降，同時，網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式本身安全性存在一定隱患，系統(tǒng)也容易受到非法攻擊及入侵。

1.3 光纖傳輸

光纖傳輸是現(xiàn)高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)長距離傳輸?shù)闹髁鱾鬏敺绞?。光在光纖中傳播主要是依據(jù)全反射原理。在傳輸介質(zhì)方面，光纖可分為單模和多模光纖，多模光纖的芯的直徑有50μm和62.5μm兩種，大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)；單模光纖的芯直徑為8μm～10μm，常用的是9/125μm。

多模光纖允許不同模式的光于一根光纖上傳輸，在10Mbps及100Mbps的以太網(wǎng)中，多模光纖最長可支持2000米的傳輸距離，而于1GpS千兆網(wǎng)中，多模光纖最高可支持550米的傳輸距離，在10Gps萬兆網(wǎng)中，多模光纖OM3可到300米，OM4可達(dá)500米。

單模光纖只能傳一種模式的光纖。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，在100Mbps以太網(wǎng)或1G千兆網(wǎng)，單模光纖可超過5000m傳輸。

9/125μm指光纖的纖核為9μm，包層為125μm，同時是單模光纖的一個重要的特征；50/125μm指光纖的纖核為50μm，包層為125μm，50/125μm是多模光纖的一個重要的特征。采用光纖傳輸視頻信號目前解決長距離傳輸?shù)闹饕绞?，同時其高速率、大帶寬、抗干擾、不收雷電等干擾，也使得光纖傳輸成為未來最佳傳輸方式的首選。

2 4K甚至8K發(fā)展前期

4K，正如電影中萊塢大片的分辨率標(biāo)準(zhǔn)。其分辨率為4096×2160像素，隨著4K高清的發(fā)展，安防領(lǐng)域的4K產(chǎn)品也在逐漸向4K甚至8K發(fā)展。對于視頻監(jiān)控整體清晰度的提升，高清4k視頻監(jiān)控系統(tǒng)急需完整的4K前端采集、傳輸、存儲及顯示的全套解決方案。未來發(fā)展趨勢如何？

對于安防攝像頭而已，4K高清清晰度的網(wǎng)絡(luò)攝像頭至少配置800萬像素水準(zhǔn)，目前能提供該標(biāo)準(zhǔn)的主流的攝像頭廠家不多。對4K的分辨率的視頻，對視頻采集壓縮、傳輸、帶寬也有更高的要求。例如，1路4K分辨率的IPC，在幀率為25FPS、H.265編碼類型、7680Kbps的碼率環(huán)境下，需要10.8M左右的帶寬，同時，不間斷存儲1小時的錄像，需要3.6GB左右的硬盤存儲容量。同時，伴隨著4K的視頻采集、傳輸系統(tǒng)，需要更強(qiáng)的后端解碼和顯示能力，例如需要比現(xiàn)在更強(qiáng)大的計算處理能力的4K高清解碼器對視頻信號進(jìn)行解碼、需要更加清晰細(xì)致的4K高清監(jiān)視器來無損呈現(xiàn)監(jiān)控畫面。就目前的監(jiān)控領(lǐng)域的芯片性價比及存儲能力等而言，4K高清監(jiān)控成本顯然是較為昂貴的。

但是，隨著人們對視頻清晰度及人工智能的要求，高清視頻監(jiān)控伴也隨著人工智能算法技術(shù)的發(fā)展而升級及換代，4K高清監(jiān)控終究是未來發(fā)展的趨勢，也是未來的主流。隨著技術(shù)及芯片的發(fā)展，越來越高分辨率視頻采集、越來越無損的低帶寬傳輸、越來越無損的高壓縮率的存儲技術(shù)、越來越清晰的無損顯示技術(shù)等都會成為高清視頻監(jiān)控的標(biāo)配。