摘要：隨著安全監控系統數字化、高清化的節奏加快，高清網絡產品亦有不俗的表現，但即便如此，依然不能忽視其不盡如意的地方，比如延遲、編解碼損耗、高帶寬等。對此，廠家和用戶除無奈外，仍在不斷尋求更好的高清解決方案。在此需求下，產生了新的應用——將廣播級標準SDI引入到安防應用領域中，實現真正意義上的實時高清，基于HD-SDI標準接口的高清攝像機即為其中的代表。   

　　正當IP“高清風暴”席卷整個視頻監控市場之時，作為視頻監控市場占有優勢地位的模擬CCTV也在暗自發力，提升畫質。2009年，標榜將為模擬CCTV系統業者升級至HD畫質提供便捷之路的HDcctv聯盟悄然成立，HDcctv系統的串行數字傳輸鏈路是從為專業廣播市場開發的SDI基本技術衍生而來，SDI技術獲得了廣泛的部署并得到了很好的驗證。目前市場上新推出的基于HD-SDI的光端機、矩陣等傳輸、轉換以及控制設備已不在少數，而基于HD-SDI的攝像機卻“千呼萬喚始出來，猶抱琵琶半遮面”。下面筆者將從技術和應用等角度，來揭開HD-SDI攝像機神秘面紗。

　　解密SDI攝像機

　　HD-SDI

　　SDI(Serial Digital Input)即串行數字接口，是把數據字的各個比特以及相應的數據通過單一通道順序傳送的接口。由于串行數字信號的數據率很高，在傳送前必須經過處理。在傳送前，對原始數據流進行擾頻，并變換為NRZI碼，以確保在接收端可靠地恢復原始數據，這樣在概念上可以將數字串行接口理解為一種基帶信號調制。基于不同的數據速率，SDI可劃分為標準清晰度SD-SDI、高清標準HD-SDI，對應時鐘速率分別是270Mb/s、1.485Gb/s。

　　其中HD-SDI是一個廣播級的高清數字輸入與輸出端口，是SMPTE 292M在1.485Gb/s或1.485/1.5Gb/s的信號速率條件下傳輸的接口規格。該接口采用同軸電纜，以BNC接口作為線攬標準，有效距離為100米，是高清信號中等距離傳輸的較佳選擇。

　　HD-SDI與SDI的基本電氣規范相同，除時鐘頻率提升到270Mb/s的5.5倍即1.485Gb/s外。不過這兩者之間也存在著一些差別，例如HD-SDI將亮度與色差信號分別放置在兩個流中，并將它們復用并加擾后進行傳輸，而且編碼后的行號與校鹼碼附在有效視頻結束(EAV)后。

　　HD-SDI攝像機

　　自從1998年長野冬奧會以來，高清串行數字接口(HD-SDI)傳輸設備的使用率不斷增長。而HD-SDI攝像機是基于目前高清攝像機市場現狀所推出的一款專門面向高端安防市場的產品，采用安防人士熟知的HD-SDI接口，方便與其后端編解碼器以及視頻服務器進行匹配，并且在控制中心配合高清視頻矩陣可直接投影到大屏，使得整套高清系統變得不再象IP網絡系統那樣復雜、難以操作，而且更加容易為傳統安防工程商所接受。加上攝像機采用高端的CCD成像芯片，使得攝像機在24小時內，都能完美呈現出高清晰、實時的視頻畫面，相信定能為高清監控市場帶來全新的理念。如凌云的Magnolia，其除了具有標準監控攝像機的3A功能(Auto Shutter， Auto Gain，Auto IRIS)以外，同時配合攝像機本身的高靈敏度、高信噪比、高動態范圍等一系列的特點，為夜間的圖像效果及圖像亮度提供了良好的保障。

　　深圳市創維群欣安防科技有限公司產品開發部經理林敏表示，相對于IP Camera，初始布線為CCTV要升級為高清CCTV的市場，或需要實時視頻監控的區域更衷情于HD-SDI攝像機，如賭場與注重實時轉播的地方。而HD-SDI攝像機兼顧了模擬攝像機的方便性與IP高清攝像機的圖像畫質，讓使用者在最熟悉的環境下實現全高清視頻監控。

　　用實力說話

　　HD-SDI攝像機的技術要點由兩部分構成：前端攝像機技術和HD-SDI的傳輸接口。對HD-SDI攝像機來說，重點在于后者實現，以及前端的性能優化。目前各大廠商重點還是放在攝像機性能提升上，因為未來競爭的重點在于攝像機的性能，例如最大分辨率、伽馬修正、3A控制等。

　　前端攝像機技術

　　1、分辨率

　　與其他類監控攝像機一樣，HD-SDI攝像機在分辨率上也有很高的要求。因為只有高清信號源才能使HDcctv發揮出自己高清的本色，這點當然需要百萬像素的攝像機才能達到。由于高分辨率往往伴隨著大量的圖像數據，這常常會影響幀速率，因此，僅僅有百萬像素攝像機還不能保證高圖像質量。相比之下，滿足任何給定HDcctv標準的網絡攝像機一定能夠提供某種分辨率、幀速率和色彩保真度，從而始終確保視頻質量。全高清1080P則是最好的選擇。據慧友電子(北京)股份有限公司PM產品經理林祺表示，目前市場上的HD-SDI主流分辨率為720P(1280×720)/1080P(1920×1080)。

　　2、γ修正

　　當監控攝像機在某些環境下工作時，往往會使顯示的圖像讓人看起來顯得太亮或者太暗，因此在可能條件下就要做伽馬(γ)校正。其可增強影像中較暗的部份，但是不改變較亮部分的亮度，從而使影像看起來有更豐富的層次。

　　在所有廣播電視系統中，γ校正是在攝像機中完成的。最初的NTSC電視標準需要攝像機具有γ=1/2.2=0.45的冪函數，現在采納γ=0.5的冪函數。PAL和SECAM電視標準指定攝像機需要具有γ=1/2.8=0.36的冪函數，但這個數值已顯得太小，因此實際的攝像機很可能會設置成γ=0.45或者0.5。使用這種攝像機得到的圖像就預先做了校正，在γ=2.5的CRT屏幕上顯示圖像時，屏幕圖像相對于原始場景的γ值大約等于1.25。這個值適合“暗淡環境”下觀看。

　　γ校正原先是廣電領域攝像機的“專利”，它極大地滿足了廣播電視對高畫質的要求，而今將其引入安防視頻領域也可以實現對監控效果的有力提升。過去的時代是“模擬時代”，而今天已進入“數字時代”，進入計算機的圖像依然帶有γ=0.5的校正。為了在不同環境下觀看到“原始場景”可在適當地方加入γ 校正。

　　從當前來看，絕大部分HD-SDI攝像機皆具備伽馬修正功能。如慧友EQH5200 HD-SDI全高清攝像機的γ=0.45，且可在0.05~1.00間調整，保證了高清視頻信號的輸出。

　　HD-SDI傳輸接口

　　據北京凌云光視數字圖像技術有限公司ITS與高端監控部門客戶經理王宇斐介紹，HD-SDI攝像機的另一關鍵就是攝像機接口的選擇。真正意義上的高清接口包括HD-SDI、YPbPr、HDMI、DVI這幾種，而從表1中可以很清晰地看到，在目前的高清數字接口中HD-SDI接口的綜合優勢。HD-SDI接口是目前比較好的高清接口，同時HD-SDI接口也是目前廣電行業標準的高清接口。

        表1 高清接口性能對比（來源：北京凌云光子技術有限公司）

　　· HD-SDI以其較遠的傳輸距離和較高的傳輸速率，更多地被使用到前端設備到傳輸設備，或者前端設備到中心/控制設備上。例如HD-SDI攝像機到HD-SDI光端機/矩陣的連接;

　　· 在傳輸距離不是很遠，對傳輸速率要求很高的場合，例如控制中心機房，使用HDMI和DVI即能滿足需求。像支持HDMI/DVI的矩陣到監視器/大屏幕拼接墻之間的連接;

　　· 顯示終端一般都帶有YPbPr接口，雖然YPbPr傳輸速率較低，但因其傳輸線的價格比較便宜，傳輸的距離較長，在某些對傳輸速率要求不高的場合也還是有一定的應用。

　　不是叫板，而是死磕

　　目前，安防行業正處于畫質革命的時代。高清數字攝像機在逐步取代之前的模擬設備，而對于廣電網絡監控領域，市面上的IP高清網絡攝像機不能利用現有的資源，如果要做系統升級的話，那么現有的整個體系將會完全被改變，必然會帶來成本上的增加以及資源的浪費。

　　而具有HD-SDI接口的高清數字攝像機就非常適合作為設備替換的首選。HD-SDI只需將編碼器，解碼用的數字機頂盒換成支持高清的就可以形成新的高清監控系統，原有的線纜、調制器、碼流復用器等設備都可以保留，節約了很大的成本。高清晰的畫質能更清晰地描繪出所拍攝的場景細節，使監控系統更完美，更高效。

　　表2 HD-SDI攝像機與高清IP Camera性能比較 （來源：北京凌云光子技術有限公司）

　　從表2可看出，HD-SDI攝像機在性能上毫不遜色于高清IP Camera，且擁有自身的獨到之處。據慧友的林祺介紹，HD-SDI攝像機與IP Camera相比，主要有以下四大優點：

　　· 未壓縮：HD-SDI數字信號是未經壓縮的格式在視頻線上傳輸,不像網絡傳輸容易掉張/破張,可靠度較高;

　　· 低延遲：HD-SDI比起網絡高清有較低的傳輸延遲性,是實時監控較好的方案;

　　· 易安裝：對工程商或用戶而言，其安裝設定與操作與傳統CCTV無異,沒有學習上的額外成本;

　　· 低成本：由模擬升級到高清的總成本較低,使用已有視頻線從D1升級到HD,只需更換前后端設備，不需重新布線。

　　仍需韜光養晦

　　HD-SDI攝像機并非天使的眼睛，完美無缺，無論是攝像機技術還是傳輸接口皆有待提升。

　　傳感器技術

　　傳感器(CCD或CMOS)是攝像機的頭腦，它的技術直接決定了攝像機性能的優劣，對于HD-SDI攝像機來說，同樣如此。安防制造(中國)有限公司研究院副院長王一科表示，HD-SDI攝像機若要走向普及，首先得提升傳感器技術。現有的高清圖像傳感器的感光靈敏度都不太理想，在夜間、隧道等光線較暗的場合下捕獲的圖像效果反而比標清的差。然而，事故和案件往往就是發生在光線條件惡劣的路段，因此，要想大范圍搶占高清市場，傳感器性能需要進一步提升。

　　傳輸距離

　　對于HD-SDI攝像機前景如何，目前還難以下定論。索尼中國專業系統集團應用業務市場部影像傳感器產品經理梁一嬋表示，盡管SDI攝像機的優勢很明顯，但它尚有一個致命的缺陷：前端采集的數據量大，傳輸過程不經編解碼器的壓縮，給數據的存儲提出了挑戰。高速數字信號，很大程度上不能采用標清模擬圖像信號傳輸設備及組網。

　　SD-SDI信號通過同軸電纜5CFB或者1189A能夠傳輸350M，而到了高清串行數字HD-SDI信號的時代，同類型的同軸電纜的傳輸很難突破100M。如果需要傳輸更長的距離，就要選擇衰減更低的高發泡介質同軸電纜。而這類電纜的強度相對較低，在電纜捆扎時需要留意電纜的變形，因為電纜變形會引起誤碼。即便使用這類低衰減的同軸電纜，也只能進行180M以內的高清數字信號傳輸，有時還需要使用中繼設備對劣化的信號進行恢復。因此，在建立HD-SDI系統時，不能僅考慮同軸電纜施工簡便、成本低廉等因素。

　　據天津天地偉業數碼科技有限公司網絡視頻部產品經理的郭輝介紹，HD-SDI 光纖收發器可以很好地解決這一難題。該系統包括一個發送端及一個接收端，通過一根ST光纖連接單向傳輸高質量高清晰信號。通過光纖收發器可以解決長距離傳輸問題，并且體積小巧，可以和攝像機一起安裝在防護罩內。

　　傳輸速率

　　高速接口芯片技術的進步，使3Gb/s級別的串行接口成為可能。2005年，ITU-R在BT.1120-6建議書中給出了第三代串行鏈接標準的2.97Gb/s串行接口規范，物理介質仍然沿用了75歐姆同軸電纜和IEC60169-8標準連接器。此外，SMPTE 424M也給出了類似的3Gb/s級別的接口定義。由于HDTV可以支持每秒30幀的逐行掃描1920×1080的分辨率格式，而3G能夠支持比HD視頻信號最高幀掃描頻率高一倍的頻率，即3G可以支持每秒60幀的HD信號，這與動態視頻的差別很大。3Gb/s串行接口的出現解決了之前需要雙鏈接HD-SDI的場合，如4∶4∶4/12bit或1080P50/59.94格式的節目制作等。目前，已有廠家宣布推出3Gb/s的串行接口芯片產品。

　　基于HD-SDI標準接口的高清攝像機，能夠真正實現1080P的高清視頻數據輸出，同時達到25幀/秒的實時圖像采集。凌云的王宇斐表示，新興的數字電影具有較高清晰度的圖像、更高的分辨率、更豐富的色彩(例如SMPTE 428-1K PGYQR 4096×2160 4∶4∶4/X'Y'Z'/12-bit@24P)，SMPTE N26技術委員會正在制訂435M系列標準：一種時鐘頻率為10.692 Gb/s的串行數據接口，其物理介質為符合IEC 60793-2標準的光纜與符合IEC 61754-20標準的光連接器。這種10Gb/s級別的接口可將多至8個HD-SDI數據流復用在一起，也可以將現有的1.5Gb/s與3Gb/s數據結構映射至10Gb/s接口上。伴隨接口速率的提升，HD-SDI攝像機的應用前景將更為廣闊。

　　傳輸介質

　　總體來說，SDI標準是相當不錯的。SDI很好地保護了像素，使其不受損失，能夠工作在RGB 4∶4∶4和YUV 4∶2∶2，速度可以在SD、HD、2K間切換，支持16通道數字音頻、時間碼和其它各種輔助數據。它可以被轉換、在大樓中自由走線。這就是為什么它能迅速普及，而且在過去的20年終能夠滿足電視制作的要求。不過，它的極限也逐漸暴露：

　　· 每當有更高速度SDI出現時，SDI電纜都需要更換。SDI剛剛出現的時候，此前用于傳輸復合信號的電纜不足以處理SDI的數據碼流。HD-SDI剛出現時，也需要換新的SDI，3Gb/s SDI剛出現時也出現了這種情況。不停升級電纜的成本也是一筆可觀的開銷;

　　· SDI電纜太粗，如果有許多電纜沿著機架和樓宇布下來會占用很多空間。凡是看過有SDI電纜出入的機房都會知道SDI占用的空間不少。

　　而上海美贊美數碼科技有限公司總經理唐海峰表示，光纖很容易解決這些問題。光纖SDI的比特流和傳統SDI一樣，只是傳輸介質從銅纜變成了光纖。這就是說，光纖擁有傳統SDI的所有優勢，同時還具備以下新的優勢：

　　· 光纖能長距離傳輸。Blackmagic Design光纖產品在SDI測試標清信號時，其最遠傳輸45KM，3Gb/s最遠傳輸25KM。常規SDI的數據與其相比可謂小巫見大巫;

　　· 光纜不存在速度極限。銅纜有速度極限，所以如果數據傳輸率提高，銅纜將無法傳輸頻率更高的數據;

　　· 在需要更高SDI數據傳輸率的視頻標準出現時，你可以繼續使用相同的光纜。

　　光纖可以輕松傳輸3Gb/s，也可以傳輸更高的速度。

　　當前，HD-SDI攝像機的接口大部分是采BNC接口走視頻線輸出，但也有直接采用光纖接口。光纖的應用在高清時代預計會大幅成長，這個趨勢值得關注。

　　標準化架構

　　慧友的林祺則指出，HDcctv作為新的行業標準，HDCCTV聯盟需盡快且持續的維護協議升級發展，提供最先進的技術平臺給會員廠商。目前的主力還是中韓臺三地的廠商，HDcctv還是處于早期采用者的產品發展階段，無法吸引主流市場的信任與采用，所以要盡力爭取指標性一線廠商的加入。另外，聯盟除了需要迅速積累一定的經濟規模，以降低核心器件的成本，同時要考慮HD-SDI方案之間的兼容性與可靠度，讓HDcctv本身更具有競爭力。

　　就目前技術和監控市場，天地偉業的郭輝表示，如果前端采用SDI攝像機，那么必須要有一整套完整的SDI產品與之搭配才可以獲得良好的效果，這樣的造價也非常昂貴。包括SDI編碼器、SDI視頻服務器、SDI光端機等產品。在現有的安防系統下，這樣的成本是比較高的，這就需要各大安防廠商能加快前端、傳輸、切換、控制、編碼等各部分產品的開發，相信隨著產品線的豐富和更多廠商的加入，成本會逐漸降低。因而HD-SDI攝像機的普及離不開行業標準化的架構建設。而HDCCTV聯盟提出了一個高清晰視頻監控系統標準，該標準支持高清電視(HDTV)信號數字流無需打包就能進行傳播。據HDCCTV聯盟執行主席透露，該標準的第一個版本已經提供給聯盟成員，以促進不同廠商的高清電視攝像機、數字視頻錄像機和監視器之間的互操作性。新一代用于視頻監控的HDTV設備使用的是廣播級質量的高清晰數字視頻，是由老式模擬系統改進而來。

　　結語

　　對于HD-SDI攝像機的未來，安防行業人士意見各異。慧友林祺表示，HD-SDI的核心技術掌握在SDI芯片、Video Codec、Sensor/ISP等廠商手中，對于具備網絡高清制造實力的廠商進入的門坎不高,因此目前業界只是采取觀望，并非有進入障礙,估計2011下半年的展會就有百家爭鳴的盛況出現。而浙江大華技術股份有限公司產品中心前端線產品經理吳雋是另一種見解，他認為，由于采用HD-SDI技術的高清監控有其特殊的應用場景，在近幾年與高清網絡攝像機是可以共存共榮的。但目前推出HD-SDI攝像機的廠家還不多，配套設備不夠齊全，未來的發展還不太確定，有可能會被高清網絡攝像機替代。

　　無延時、全高清、高銳度、數據無損耗的高清應用已是時代發展的趨勢，廣播級技術與安防的融合，將引領中國安防行業的高清化向一個更高的層次發展。當然，由于HD-SDI攝像機剛進入安防領域，還有很多技術需要改進，以更適應安防業的應用。