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HDCVI—— 一種創新性的高清視頻傳輸方案

文章出處:未知 人氣:發表時間:2016-06-16 08:51

   什么是HDCVI?
       2012年11月,浙江大華技術股份有限公司發布了具有自主知識產權的同軸高清傳輸接口技術HDCVI。HDCVI技術是一種基于已有SYV75-3或SYV75-5同軸電纜的高清視頻傳輸方法,能夠在低成本和較低質量的同軸電纜上實現超長距離高清視頻信號的可靠傳輸。相比較HD-SDI子系統在實際應用中對傳輸介質的高要求,HDCVI可以適應長距離、低成本的傳輸介質以及復雜的部署場合。
       HDCVI在調制方面采用基帶調制與正交調幅調制技術,將視頻調制為同軸百萬高清電信號再進行傳輸,也因此得名HDCVI,即高清復合視頻接口。該技術避免CVBS的色度串擾現象,將亮度和色度信號進行徹底分離,進一步提升畫面品質。
       HDCVI包括1920H和1280H兩種規范,兼容標準的1080P和720P的分辨率,并使用針對性的自動信號補償專利技術,保證長距離傳輸下極低的信號畸變。HDCVI技術同樣采用同軸百萬高清攝像機加DVR的系統組合,以DVR作為節點設備,配合攝像機采用星型拓撲部署,攝像機與DVR間使用同軸線纜點對點傳輸。根據傳輸線纜,在500米點對點傳輸距離以內可以使用75-3、75-5等同軸線纜傳輸,超過500米傳輸距離可以使用75-5等級以上的同軸線纜傳輸。點對點的傳輸線纜中途可以使用連接器或是焊接接駁。實際施工階段,HDCVI產品安裝、布線、接線與模擬標清產品的施工完全一致,其在戶外、室內施工均無特殊要求,對外界有較強的抗干擾能力。
       為了實現多信號共纜傳輸,HDCVI在消隱區中同時嵌入了音頻信號與雙向數據通信信號。音頻信號復合于行消隱中,以增加與視頻信號的同步性,并通過自動補償技術,最高支持44.1kHz采樣率。正向和反向數據信道復合于幀消隱中,通過雙向傳輸控制信號,實現接收端和發送端之間傳輸信息,支持如相機變焦、云臺轉動、實時報警等控制命令。其中正向發送數據由于發送時刻和電信號波特率可預測,且接收端具備高性能的自動補償技術,可以支持較高的傳輸波特率。而反向發送數據由于存在阻抗匹配和信道傳輸不確定性的影響因素,信號頻率較低且每次發送的數據量有限,因此支持的波特率較低。當然,反向信道也采用了自動補償技術,對電信號的遠距離傳輸信號進行一定的恢復。
       因此HDCVI是一種低成本、長距離、無延時、高效率、抗干擾且易實施的百萬像素級高清視頻傳輸技術。
 
       HDCVI實現的載體--HDCVI芯片
       2013年8月浙江大華技術股份有限公司正式推出基于HDCVI技術的芯片解決方案。本次推出的芯片解決方案分為發送芯片(TX)和接收芯片(RX)兩部分,分別應用于前端HDCVI同軸百萬高清攝像機和后端HDCVI同軸百萬高清DVR,也可擴展至中間的光端機,分配器及矩陣等設備。
       圖1所示為HDCVI發送芯片(TX)典型應用圖。TX芯片在數據接口上面采用BT1120/BT656數字視頻接口、I2S音頻接口、I2C配置接口,標準的數據和配置接口使TX芯片可以適配市場上各種信號的ISP芯片和音頻芯片,使HDCVI同軸百萬高清攝像機的整機方案非常靈活。同軸輸出方面TX芯片除了支持HDCVI格式外還兼容傳統CVBS格式。在分辨率和幀率方面TX芯片支持HDCVI協議的所有分辨率和幀率: [email protected]/30fps/50fps/60fps和[email protected]/30fps。



圖1 HDCVI發送芯片(TX)應用圖


       從應用框圖上看,采用TX芯片的同軸百萬高清攝像機方案非常簡潔,而且TX芯片采用MQFN封裝技術芯片尺寸非常小,適合各種型號的攝像機。


       圖2所示為HDCVI接收芯片(RX)典型應用圖。支持4路HDCVI模擬高清輸入和4路數字視頻輸出;支持HDCVI協議的所有制式和分辨率;支持I2S音頻輸出和多片音頻級聯輸出;支持I2C配置接口 ;支持模擬視頻輸入通道和數字輸出通道的靈活映射;各通道制式獨立;支持支持亮度、對比度、銳度、色調、飽和度等視頻參數可配置;支持雙向控制信號傳輸;各通道內置獨立的均衡器。
 
 
圖2 HDCVI接收芯片(RX)應用圖


       從應用框圖看,RX芯片和現有的模擬DVR中所使用的視頻AD芯片的接口完全一致,因此在整機方案上可以無縫對接傳統模擬DVR。內置的均衡器使DVR端可接收500米長距離傳輸的高清視頻信號。
       所以TX和RX芯片的發布可以讓整機廠商在原有攝像機和DVR方案上做非常小的修改就可以實現HDCVI方案,必將加速高清視頻監控的普及。
 
       HDCVI的優勢
       根據HDCVI的技術特點和性能,對比HD-SDI技術,HDCVI在同軸電纜傳輸高清視頻領域非常具有競爭優勢。首先,HDCVI與HD-SDI兩種傳輸技術都可以傳輸720P和1080P有效分辨率的高清視頻,但在傳輸距離上HDCVI具備明顯的天生優勢。HD-SDI目前在傳輸介質較好的環境下只能傳輸100米。HDCVI目前在使用75-3的線纜時,可以至少傳輸500米,且極低信號畸變;使用75-5或是更好的線纜時,傳輸距離可以進一步延升,同時也能保證傳輸視頻的質量。其二,HD-SDI抗干擾能力較差,尤其是存在高頻輻射的環境,比如手機、無線路由器等。較強的高頻無線電磁輻射對HD-SDI的干擾,導致視頻數據出現高的誤碼率,表現為圖像異常、花屏、無法鎖定等。HDCVI采用低頻同軸高清調制技術,從技術原理的本質上就避免了高頻無線電磁輻射的干擾,即便是在強干擾源環境下,HDCVI依然能夠保證高質量的圖像傳輸。其三,HD-SDI在實際施工中,對于布線環境選擇、施工方式都有嚴格的要求,主要表現為對于安裝的線纜質量高要求;不允許中途接駁的要求;連接端子的焊接質量要求;安裝路徑低輻射要求等。這些都對施工人員素質、施工成本、安裝和維護的復雜度、線路走線設計提出很高的要求。HDCVI技術沿襲模擬標清的施工要求和走線規范,普通弱電施工人員就可以快速部署高清監控子系統。
        HDCVI與主流的網絡高清攝像機比較,HDCVI同樣表現出安防行業應用的優勢。首先HDCVI采用點對點傳輸,保證信號傳輸的可靠性。IPC采用以太網傳輸技術,傳輸路徑經過網絡路由、交換等,存在網絡抖動、丟包等風險。為了適應網絡環境保證視頻的流暢性,往往采取視頻緩沖技術,目前較好的網絡環境點對點傳能保證控制在300ms以內,在網絡較差的環境下,延時現象更為嚴重。HDCVI技術在點對點傳輸過程中不存在延時,高清視頻源從攝像機到后端設備預覽過程沒有經過編碼解碼,圖像完全保持原始效果,提供用戶更完美的視覺效果。其二,目前的模擬標清設備的升級換代也可以無縫切換到HDCVI的產品,通過更換攝像機和DVR即可實現全面高清監控的需求。模擬標清設備的施工、部署方式是最為廣泛采用,是工程商、施工人員目前在安防工程建設里主要采用的系統,HDCVI技術沿襲模擬標清的傳輸方式,在施工和部署上最容易廣大用戶接受并快速開展實施。相比IPC的施工,類似IT建設,對施工人員、拓撲設計、流量設計、節點設備選型都有較高要求。其三,HDCVI系統的使用方式與標清系統完全一致,同軸百萬像素高清攝像機加DVR部署系統設備間即插即用,以DVR交互操作為主。相比IPC的使用,往往需要對攝像機進行設置、初始化操作等,此外還存在網絡協議兼容性問題導致的通信或配置異常風險。即便是Onvif等標準化協議的應用,IPC加NVR系統的推廣,其易用程度仍無法與模擬系統相媲美。
       此外,由于HDCVI使用多信號共纜傳輸技術,使用一條同軸電纜視頻完成傳視頻和音頻信號和雙向數據傳輸,實現音視頻同步傳輸以及反向發送控制信號,如云臺轉動、變倍控制等,進一步降低了施工安裝的復雜程度。
       更為重要的是,由于HDCVI技術不僅兼顧實用價值,適應長距離、無延時、強干擾的傳輸方式以及復雜的部署場合,更具有低成本、高性價比的競爭優勢。基于HDCVI技術的高清視頻監控系統將保持與原模擬標清系統相當的成本,以同等的系統成本,體驗到高清監控的魅力。
 
       表1:常見的監控技術對比






       系統解決方案
       HDCVI高清解決方案,主要采用HDCVI技術的DVR和同軸百萬高清攝像機組成基礎子系統。以DVR、NVS作為匯聚的節點設備,配合同軸百萬高清攝像機采用星型拓撲部署。HDCVI技術的視頻監控系統不僅在使用方式和安裝方式上與模擬標清攝像機系統保持一致,用戶操作也擁有同樣的交互體驗,傳輸介質更可以直接沿用標清系統中的同軸電纜、連接器等。施工部署人員無需額外學習大量專業的裝配知識,對于線纜品質、連接工藝也均無特殊要求,完全繼承了模擬標清系統的各項優點。新建工程在部署時不存在需要新培訓的過程,改建工程可輕松實現基于原有系統的平滑過渡、無縫升級。
        HDCVI技術的產品對于用戶而言,根據監控場景選擇合適的攝像機;根據監控點數量選擇足夠接入通道的DVR;根據預定的錄像時間選擇合適容量的硬盤,便可以搭建高清監控系統。整個選型過程以及后續的安裝、調試工作與傳統標清時代的模擬監控系統幾乎一致。唯一的區別在于硬盤容量的選取,考慮到高清視頻監控時,視頻碼流較D1明顯增大。以1280H格式的同軸百萬高清監控系統為例,每一路產生相當于720P的編碼數據,是D1時代的2倍以上,在選取硬盤時,就需要采用同等倍數的硬盤容量。
        HDCVI技術可以傳輸500米的高清視頻信號,要求在設計系統時,攝像機與DVR之間的距離應不大于這個范圍。在這個覆蓋范圍內,非常適合16路及以下的視頻監控點的典型應用。在超過HDCVI傳輸范圍的應用模型下,建議使用多臺DVR組網方式搭建的典型應用,其中每臺DVR覆蓋有效距離內的監控點,且盡量平均每臺DVR的接入數量。
        HDCVI新增的功能也給同軸百萬高清系統帶來新的特性,表現在音頻、報警器等輔助視頻監控設備的部署方案。距離攝像機較近,離DVR較遠的音頻監控設備、報警器,可以就近連接到攝像機上,利用HDCVI技術通過同軸電纜發送到DVR上,從而簡化施工部署方案。
 
      技術發展趨勢
        HDCVI傳輸技術目前已實現全功能應用,基于HDCVI技術的產品需要更廣泛應用,通過體驗技術已有優勢和功能特性,進一步探索挖掘技術提升的需求。作為新興的技術,在滿足廠商和用戶的好奇心外,更需要在實踐中得到用戶的認可。經過市場化的快速推進,這項新技術必將成長壯大,有望成為安防行業的高清視頻傳輸標準之一。
        HDCVI技術的普及應用離不開產品的多樣性和系統的完備性,作為新生的技術標準,需要廠家通過不懈努力,研發更多具有競爭力的產品。以系統化應用和極高的性價比,加速百萬像素級高清視頻監控的普及進度,完成模擬監控產業的結構化升級。
 
       結語
       在高清監控的發展趨勢下,HDCVI高清監控解決方案是模擬監控系統升級的最佳選擇。面對高清網絡監控系統和HD-SDI監控系統的競爭,HDCVI技術將以更低的成本和貼近安防應用的優勢,成為高清監控市場的一個重要成員。隨著更多廠商的參與、新技術的提升與配套產品的完善,將推動技術和市場生態環境良性發展,加快安防行業全面轉向高清監控。

 

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