视频高清：安防监控“明亮之眼”的形成

　　纵观当前的视频监控产品市场，可以说是一个群雄并起的时代，出现了许多研发实力雄厚、市场占有率高的企业。随着构建和谐社会的要求，城市各行业系统的安防监控工作提出了许多新的要求和课题。

　　高清监控举足轻重

　　从目前来看，在监控领域实现高清采集图像并不是什么难题，只要有一台百万像素以上的摄像机便可以，但后期高清监控视频存储便成几何数字提升，容量大小十分惊人。目前的数字高清视频监控，采集以最基础的720P为标准，每小时录像需要的大约硬盘容量为4G~8G/小时，虽然出于经济性考虑，在实际应用中高清监控视频压缩率会比较高。目前720P高清视频摄像资料每小时视频录像可压缩到3GB左右容量。以此为例，按一个月保存时间要求计算，可以得到这样一个数据：3GB/小时×24小时×30天×1路=2.16T，8路大约17T(17000G)容量左右，由此折算单单硬盘的价格就高达上万元，如此推算如果把采集图像上升到1080P格式，录像容量将更加庞大，此时再对于硬盘传输等附加因素考验更加严峻。

　　对监控行业数字化发展趋势的关注和安防市场日益增长的需求，使得存储业龙头企业西部数据早有准备，深耕细作，积极开拓行业市场。西部数据针对安防监控存储特点，设计低成本和大容量，应对全天候和高容量极端应用的绿色环保储存产品，从而赢得了大量市场份额。西部数据2010年第一财季财报显示西部数据实现总营收22亿美元，出货量为4410万，其中净收益为2.88亿美元，或每股净收益1.25美元。去年同期西数总收入为21亿美元，出货量3940万，净收益2.11亿美元。

　　高清组成条件：摄像机

　　画面宽高比：不论是720p还是1080p，其画面宽高比都是16∶9，从图1对比可以看出，在大部分场景，16∶9画面在获得更宽的监控范围同时，还显着地减少了无用图像。

　　扫描方式：720p与1080p，意味着高清监控摄像机采用逐行扫描方式。对于移动目标的图像采集，相对隔行扫描，逐行扫描可以获得更好的动态图像，从图2对比可以看出，对于快速移动的目标，隔行扫描将产生拖尾现象。

　　敏感元件与灵敏度：敏感元件是摄像机最为核心的部件，在模拟摄像机以及标清网络摄像机中，最为广泛使用的敏感元件是CCD。CCD的特点是灵敏度高，但响应速度较低，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敏感元件。

　　对于相同尺寸的敏感元件，像素越高，意味着每个像素的进光量越少，因此目前高清监控摄像机的突出问题是清晰度提高，灵敏度降低。幸运的是，目前致力于CMOS研究的厂商已经研发出720p与1080p专用的CMOS器件，其灵敏度性能已经与CCD接近(敏感元件的整体发展趋势可参见图4)。

　　色彩还原：需要特别注意的是，高清电视与高清监控摄像机在图像内容处理上有很大的不同。高清电视强调整体的视觉冲击力，除了在图像分辨率上比标清有很大的提升外，其色彩也更加丰富、艳丽、细腻，图像层次感强，根据SMPTE 292M高清电视标准及SMPTE 274M高清电视标准，其色差信号占总带宽的一半。

　　而高清监控摄像机则强调目标的可识别性，即大幅度提升了图像的分辨率，而相对弱化对色彩的处理，这样处理的优势是在保证画面的分辨率与可识别性的同时，视频信号的码流得到了很好的控制。

　　图像压缩技术：目前在高清监控摄像机中被广泛采用的图像压缩技术有MJPG、MPEG-4、H.264三种方式，图3是这三种压缩方式带宽占用情况。每种压缩方式有不同的特点，如MJPG能获得最高的单幅画面质量，且对摄像机本身的处理平台要求也较低，但对连续图像压缩占用带宽最大;H.264可以获得最高的压缩比，但对摄像机本身的处理平台要求也最高。

　　为适应各种不同的网络环境和应用需求，比较高端的高清监控摄像机都配备强大的MJPG、MPEG-4、H.264三编码引擎，同时具有灵活的双码流功能。

　　前端智能化：随着监控的高清化发展，图像更清晰、更细致，高清也意味着海量数据，这些海量数据的传输、显示、处理、存储是一个很大的挑战。此外，目前的监控系统，更多的是依赖于监视人员，存在很多无法解决的问题，是被动式的监控。因此，必须利用智能视频分析的手段，将以往被动监控变更为主动监控，真正做到24小时全天候监控，实现快速响应，防范于未然。

 
　　高清组成条件：监控传输

　　在一般的监控系统中传输技术主要有六种基本传输方式，各种方式都有不同的特点及实用性。然而面对高清应用的超大数据量带宽以及实时性的要求，目前只有两种传输方式在高清传输中得到认可，一种是采用光纤专线传输：这是解决长距离高清视频监控高速传输系统的最佳解决方式，原因是光纤传输优点很多衰减小、频带宽、不受电磁波干扰、保密性好，缺点是长距离高成本;第二种是网络传输：但随着网络技术的飞速发展，及视频监控系统的特殊要求和经济性考虑，网络传输也已成为长距离音视频传输的不二选择和最经济型选择。

　　高清与带宽之间永远是相斥关系，高清意味着高带宽。在视频压缩算法经济的情况下，一般说传统模拟编码D1(720×576)画质的码流为2M左右，那么以720P计算，码流约是 D1的2倍，带宽达到4M左右，而采取1080P计算，码流更是D1的5倍，所用带宽约为10M。相比模拟光纤传输而言，网络传输高清视频具有得天独厚的成本优势，但目前的互联网是远远不能够承载多路高清画质，必须采用专网。

　　高清视频在网络传输中，主要限制来自带宽，加强带宽建设是解决传输高清和网络带宽问题的必然途径。以100M以太网为例，在确保流畅的前提下，实际上同时只能承载5路左右的高清图像。如果同一视频源有多个用户访问，占用的带宽会更大。随着目前网络传输技术的迅猛发展，局域网也逐渐朝1000M甚至10000M方向发展。同时，如果采用光网传播，甚至可以使带宽达到数G以上。解决这些问题，高清监控才能得到淋漓尽致的发挥。

　　高清组成收尾：监控存储

　　高清监控视频存储大多是以超大数据流为代价，因此对于高清视频我们需要足够的存储空间。选择什么样的高清存储系统和方案将直接影响视频流畅度、系统稳定性等一系列因素。现实中，高清监控存储一般有两种方法，一种是小集中大汇聚，即前端分散式本地存储，如IP SAN构架方式;另一种是在大型项目里，高清视频通过管理平台+存储服务器实现存储，其存储服务器通常是存储阵列。

　　IP SAN是高清监控主要存储方式

　　一般监控系统中常用的大量数据存储方式有DAS直连、NAS网络硬盘和IP SAN等。而对于高清监控系统而言，其中IP SAN方式采用IP构架的以太网传输，具备良好的扩展性、共享性和较低的分摊应用成本，是目前多路高清监控存储主要采用的技术之一。此种存储方式多半是采用我们常见的硬盘，容量一般是TB级别，随着2TB硬盘甚至更高容量的产品走入我们视线，大型高清监控系统PB级海量存储解决方案也得到普遍应用。

　　高清存储设备性能重要性

　　高清的大容量需要采用大型存储设备，如此一来，回放如此庞大的信息量也成为了难题。要求存储设备具有足够的混合读写性能，满足大量高清视频写入的同时满足多路视频同时回放。如果其中存储设备性能不足，不仅有可能影响正常的视频写入和回放，甚至造成视频监控无法写入。此外存储系统的安全性和稳定性也是高清存储的必要功课，利用先进的RAID技术依靠的磁盘可有效降低因为磁盘损坏而造成数据丢失的可能性，保证高清视频实时可用。最后，存储设备的平台管理也十分重要，能否通过关键字，快速、准确、有效地检索到目标监控文件，否则高清视频即使录制下来，无法检索到或者检索速度奇慢，那么存储就变得没有意义。

 
　　智能分析技术缓解高清监控存储压力

　　目前高清监控系统存在的存储问题是较多的无用视频信息也被存储、传输，既浪费了存储空间又增加了带宽，存储设备中加装智能分析模块，视频存储所需要的空间将大大减少又缓解了带宽压力，通过智能分析技术，对于这些无用视频则可采用低码流方式进行压缩或存储，目前，存储系统主要用于调查或查询使用，增加数据分析或挖掘功能将极大地提升存储系统的价值。