高清視頻傳輸方案-HDCVI技術(shù)解析

    什么是HDCVI?

    2012年11月，浙江大華技術(shù)股份有限公司發(fā)布了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的同軸高清傳輸接口技術(shù)HDCVI。HDCVI技術(shù)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(zhì)量的同軸電纜上實現(xiàn)超長距離高清視頻信號的可靠傳輸。相比較HD-SDI子系統(tǒng)在實際應用中對傳輸介質(zhì)的高要求，HDCVI可以適應長距離、低成本的傳輸介質(zhì)以及復雜的部署場合。

    HDCVI在調(diào)制方面采用基帶調(diào)制與正交調(diào)幅調(diào)制技術(shù)，將視頻調(diào)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(shù)避免CVBS的色度串擾現(xiàn)象，將亮度和色度信號進行徹底分離，進一步提升畫面品質(zhì)。

    HDCVI包括1920H和1280H兩種規(guī)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(shù)，保證長距離傳輸下極低的信號畸變。HDCVI技術(shù)同樣采用同軸百萬高清攝像機加DVR的系統(tǒng)組合，以DVR作為節(jié)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(jù)傳輸線纜，在500米點對點傳輸距離以內(nèi)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(chǎn)品安裝、布線、接線與模擬標清產(chǎn)品的施工完全一致，其在戶外、室內(nèi)施工均無特殊要求，對外界有較強的抗干擾能力。

    為了實現(xiàn)多信號共纜傳輸，HDCVI在消隱區(qū)中同時嵌入了音頻信號與雙向數(shù)據(jù)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(shù)，最高支持44.1kHz采樣率。正向和反向數(shù)據(jù)信道復合于幀消隱中，通過雙向傳輸控制信號，實現(xiàn)接收端和發(fā)送端之間傳輸信息，支持如相機變焦、云臺轉(zhuǎn)動、實時報警等控制命令。其中正向發(fā)送數(shù)據(jù)由于發(fā)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(shù)，可以支持較高的傳輸波特率。而反向發(fā)送數(shù)據(jù)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(fā)送的數(shù)據(jù)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(shù)，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(shù)。

    HDCVI實現(xiàn)的載體--HDCVI芯片

    2013年8月浙江大華技術(shù)股份有限公司正式推出基于HDCVI技術(shù)的芯片解決方案。本次推出的芯片解決方案分為發(fā)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(fā)送芯片（TX）典型應用圖。TX芯片在數(shù)據(jù)接口上面采用BT1120/BT656數(shù)字視頻接口、I2S音頻接口、I2C配置接口，標準的數(shù)據(jù)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(tǒng)CVBS格式。在分辨率和幀率方面TX芯片支持HDCVI協(xié)議的所有分辨率和幀率: 1280H@25fps/30fps/50fps/60fps和1920H@25fps/30fps。

    圖1 HDCVI發(fā)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(shù)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(shù)字視頻輸出；支持HDCVI協(xié)議的所有制式和分辨率；支持I2S音頻輸出和多片音頻級聯(lián)輸出；支持I2C配置接口 ；支持模擬視頻輸入通道和數(shù)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(diào)、飽和度等視頻參數(shù)可配置；支持雙向控制信號傳輸；各通道內(nèi)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(xiàn)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(tǒng)模擬DVR。內(nèi)置的均衡器使DVR端可接收500米長距離傳輸?shù)母咔逡曨l信號。

    所以TX和RX芯片的發(fā)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(xiàn)HDCVI方案，必將加速高清視頻監(jiān)控的普及。

    HDCVI的優(yōu)勢

    根據(jù)HDCVI的技術(shù)特點和性能，對比HD-SDI技術(shù)，HDCVI在同軸電纜傳輸高清視頻領域非常具有競爭優(yōu)勢。首先，HDCVI與HD-SDI兩種傳輸技術(shù)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(yōu)勢。HD-SDI目前在傳輸介質(zhì)較好的環(huán)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(zhì)量。其二，HD-SDI抗干擾能力較差，尤其是存在高頻輻射的環(huán)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(shù)據(jù)出現(xiàn)高的誤碼率，表現(xiàn)為圖像異常、花屏、無法鎖定等。HDCVI采用低頻同軸高清調(diào)制技術(shù)，從技術(shù)原理的本質(zhì)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(huán)境下，HDCVI依然能夠保證高質(zhì)量的圖像傳輸。其三，HD-SDI在實際施工中，對于布線環(huán)境選擇、施工方式都有嚴格的要求，主要表現(xiàn)為對于安裝的線纜質(zhì)量高要求；不允許中途接駁的要求；連接端子的焊接質(zhì)量要求；安裝路徑低輻射要求等。這些都對施工人員素質(zhì)、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(shù)沿襲模擬標清的施工要求和走線規(guī)范，普通弱電施工人員就可以快速部署高清監(jiān)控子系統(tǒng)。

    HDCVI與主流的網(wǎng)絡高清攝像機比較，HDCVI同樣表現(xiàn)出安防行業(yè)應用的優(yōu)勢。首先HDCVI采用點對點傳輸，保證信號傳輸?shù)目煽啃�。IPC采用以太網(wǎng)傳輸技術(shù)，傳輸路徑經(jīng)過網(wǎng)絡路由、交換等，存在網(wǎng)絡抖動、丟包等風險。為了適應網(wǎng)絡環(huán)境保證視頻的流暢性，往往采取視頻緩沖技術(shù)，目前較好的網(wǎng)絡環(huán)境點對點傳能保證控制在300ms以內(nèi)，在網(wǎng)絡較差的環(huán)境下，延時現(xiàn)象更為嚴重。HDCVI技術(shù)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(jīng)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(chǎn)品，通過更換攝像機和DVR即可實現(xiàn)全面高清監(jiān)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(tǒng)，HDCVI技術(shù)沿襲模擬標清的傳輸方式，在施工和部署上最容易被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(jié)點設備選型都有較高要求。其三，HDCVI系統(tǒng)的使用方式與標清系統(tǒng)完全一致，同軸百萬像素高清攝像機加DVR部署系統(tǒng)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(wǎng)絡協(xié)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(xié)議的應用，IPC加NVR系統(tǒng)的推廣，其易用程度仍無法與模擬系統(tǒng)相媲美。

    此外，由于HDCVI使用多信號共纜傳輸技術(shù)，使用一條同軸電纜視頻完成傳視頻和音頻信號和雙向數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)音視頻同步傳輸以及反向發(fā)送控制信號，如云臺轉(zhuǎn)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(shù)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(yōu)勢。基于HDCVI技術(shù)的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)將保持與原模擬標清系統(tǒng)相當?shù)某杀�，以同等的系統(tǒng)成本，體驗到高清監(jiān)控的魅力。

    表1：常見的監(jiān)控技術(shù)對比

    系統(tǒng)解決方案

    HDCVI高清解決方案，主要采用HDCVI技術(shù)的DVR和同軸百萬高清攝像機組成基礎子系統(tǒng)。以DVR、NVS作為匯聚的節(jié)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(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅在使用方式和安裝方式上與模擬標清攝像機系統(tǒng)保持一致，用戶操作也擁有同樣的交互體驗，傳輸介質(zhì)更可以直接沿用標清系統(tǒng)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(yè)的裝配知識，對于線纜品質(zhì)、連接工藝也均無特殊要求，完全繼承了模擬標清系統(tǒng)的各項優(yōu)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(xiàn)基于原有系統(tǒng)的平滑過渡、無縫升級。

    HDCVI技術(shù)的產(chǎn)品對于用戶而言，根據(jù)監(jiān)控場景選擇合適的攝像機；根據(jù)監(jiān)控點數(shù)量選擇足夠接入通道的DVR；根據(jù)預定的錄像時間選擇合適容量的硬盤，便可以搭建高清監(jiān)控系統(tǒng)。整個選型過程以及后續(xù)的安裝、調(diào)試工作與傳統(tǒng)標清時代的模擬監(jiān)控系統(tǒng)幾乎一致。唯一的區(qū)別在于硬盤容量的選取，考慮到高清視頻監(jiān)控時，視頻碼流較D1明顯增大。以1280H格式的同軸百萬高清監(jiān)控系統(tǒng)為例，每一路產(chǎn)生相當于720P的編碼數(shù)據(jù)，是D1時代的2倍以上，在選取硬盤時，就需要采用同等倍數(shù)的硬盤容量。

    HDCVI技術(shù)可以傳輸500米的高清視頻信號，要求在設計系統(tǒng)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(nèi)，非常適合16路及以下的視頻監(jiān)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(wǎng)方式搭建的典型應用，其中每臺DVR覆蓋有效距離內(nèi)的監(jiān)控點，且盡量平均每臺DVR的接入數(shù)量。

    HDCVI新增的功能也給同軸百萬高清系統(tǒng)帶來新的特性，表現(xiàn)在音頻、報警器等輔助視頻監(jiān)控設備的部署方案。距離攝像機較近，離DVR較遠的音頻監(jiān)控設備、報警器，可以就近連接到攝像機上，利用HDCVI技術(shù)通過同軸電纜發(fā)送到DVR上，從而簡化施工部署方案。

    技術(shù)發(fā)展趨勢

    HDCVI傳輸技術(shù)目前已實現(xiàn)全功能應用，基于HDCVI技術(shù)的產(chǎn)品需要更廣泛應用，通過體驗技術(shù)已有優(yōu)勢和功能特性，進一步探索挖掘技術(shù)提升的需求。作為新興的技術(shù)，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(jīng)過市場化的快速推進，這項新技術(shù)必將成長壯大，有望成為安防行業(yè)的高清視頻傳輸標準之一。

    HDCVI技術(shù)的普及應用離不開產(chǎn)品的多樣性和系統(tǒng)的完備性，作為新生的技術(shù)標準，需要廠家通過不懈努力，研發(fā)更多具有競爭力的產(chǎn)品。以系統(tǒng)化應用和極高的性價比，加速百萬像素級高清視頻監(jiān)控的普及進度，完成模擬監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)化升級。

    結(jié)語

    在高清監(jiān)控的發(fā)展趨勢下，HDCVI高清監(jiān)控解決方案是模擬監(jiān)控系統(tǒng)升級的最佳選擇。面對高清網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)和HD-SDI監(jiān)控系統(tǒng)的競爭，HDCVI技術(shù)將以更低的成本和貼近安防應用的優(yōu)勢，成為高清監(jiān)控市場的一個重要成員。隨著更多廠商的參與、新技術(shù)的提升與配套產(chǎn)品的完善，將推動技術(shù)和市場生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展，加快安防行業(yè)全面轉(zhuǎn)向高清監(jiān)控。