浅析电视监控领域的高清标准(一)_精品监控器材/安防产品资料查询库_ ...

       21世纪之初,安防电视监控系统开始从模拟系统向数字化、网络化系统方向发展,并在近十年的发展过程中取得了辉煌的硕果。如今,随着数字化、网络化电视监控系统的发展与普及,人们又把安防电视监控系统新的发展目标定位在高清化、智能化方向,国内几大安防媒体多次推出与安防电视监控“高清化”有关的主题,很多厂商也在大力宣传其、。那么,安防电视监控高清究竟可以“高”到什么程度?

       顾名思义,高清指视频监控图像的清晰度更高了。但由于“高”字在含义上仅仅是通过比较而得出的相对结论,并没有(也无法)直接给出“高”的程度,因此,在安防视频监控领域,曾多次出现了“高清”的说法,但每一次“高清”所描绘的图像清晰程度不尽相同。比如,安防视频监控系统刚刚开始数字化时,数字图像的分辨率仅仅是相当于VCD质量的352×288像素(10万像素级),后来当有厂家推出相当于DVD质量的704×576像素(40万像素级)的DVR时,即号称推出了“高清”监控系统,其实这种“高清”系统的前端摄像机并没有实质的改变,仅是装于PC中的视频采集卡可以采集704×576像素幅面的图像并进行压缩;然而,如今的已经是百万像素级,甚至是几百万、千万像素级。那么监控图像的分辨率究竟达到多少像素才算是真正的“高清”呢?

高清的“相对论”
        从某种意义上说,高分辨率的图像传感器、以及网络视频监控系统的发展确实使“高清”的含义变得模糊,这是因为网络视频传输不受传统电视制式的限制,因此“高清”纪录一再被打破,屡创新高。然而,为了对“高清”有个相对明晰的概念,还是应该从传统电视制式说起。

       事实上,从上世纪初黑白电视正式播出开始,传统电视扫描格式就固定到525/60和625/50这两种格式上,此后一直没有发生实质性的变化。这两种电视扫描格式分别被采用60Hz电源频率的国家和采用50Hz电源频率的国家所选用,其中我国选定的即是对应于50Hz电源频率的625/50格式,也即每帧图像扫描行数为625行(其中含50行逆程回扫,正程扫描行数为575行),分为奇偶两场扫描,场频为50Hz。即使后来出现了彩色电视,为了与黑白电视兼容,其扫描格式也并没有发生变化,比如,我国PAL制电视的扫描格式仍为625/50,彩色电视与黑白电视的主要差别仅是其将彩色信息以频谱交错(频分复用)的方式加入到黑白电视的频谱中,不同彩色电视制式的差别则主要体现在对彩色信息的处理方式上。

       然而,人们对于电视技术的追求是不断的,因此,当电视从黑白变到彩色后,日本NHK技研所就开始了下一代电视的研究,并将其命名为高品质电视(High Vision),后经国际无线电咨询委员会(CCIR,ITU-R的前身)批准,最终将该格式更名为高清晰度电视(High Definition Television,简称HDTV),其最初的幅型比(画面宽高比)为5:3,最终确定在16:9,分辨率超过现有电视的4倍。

       从上世纪末叶起,全世界掀起数字化浪潮,广播电视也开始了数字化进程,并再次形成了三大数字电视标准,即欧洲的DVB、美国的ATSC和日本的ISDB。由于数字电视对源信号的取样都是遵循ITU-R BT.601标准,国际上也因此对标清和高清达到了共识。我国规定标准清晰度电视(SDTV)的分辨率为720×576像素,而高清晰度电视(HDTV)的分辨率为1920×1080像素。

安防领域的高清监控
       新的电子成像及显示技术以及数字视频压缩处理技术使得数字视频监控系统在监控图像的“质量”上得到了充分的保障,从而使视频图像的清晰度有了实质性的提高:从最初仅相当于VCD质量的352×288像素(CIF分辨率),到如今相当于DVD质量的704×576像素(4CIF分辨率)或相当于SDTV质量的720×576像素(D1分辨率),并可能在不久的将来达到HDTV质量的1920×1080像素或面向家庭的高清格式——HDV格式的1440×1080像素及1280×720像素。

       需要说明的是,在上述诸类高清格式中,还经常会有720p、1080i、1080p等标注,其中p指的是逐行扫描,而i指的是隔行扫描。传统电视由于受频谱资源(传输带宽)的限制而采用了隔行扫描方式,如今对于数字电视体系来说,这种因素仍然存在。不过,由于以一行行的平行扫描线构成的光栅扫描系统在垂直方向上并不能令人眼真的能看清所有扫描线,而是要以Kell系数来评价,其中逐行扫描的Kell系数可达0.9左右,而隔行扫描的Kell系数只有0.7左右,因此720p与1080i格式的人眼视在垂直分辨率的差别并不是很大,1080p格式则具有{zg}的垂直分辨率并占用最多的传输或存储资源。

       需要注意的是,对于来说,高清监控图像的数据量远高于传统标清监控图像的数据量,因而会占用更多的硬盘存储空间、更多的传输带宽。特别是,在闭路电视监控领域,高清晰度电视监控系统的实施应是一个系统工程,它涉及到前端摄像机能否给出如此高分辨率的数字视频信号以及后端能否真正完整地显示该高清视频图像的问题,因为目前在电视监控领域中使用的摄像机的分辨率还不足以达到高清晰画面的要求(很多所谓的“”摄像机经由BNC端口输出的仍是现有模拟电视扫描参数的视频信号,并不能达到高清晰度电视规格的扫描行数和信号带宽;即使经过网络传输且还原后在高分辨率显示器上去显示,其原始像素数也不及高清晰度电视要求的200万像素),这与对现有模拟电视监控系统实施数字化改造的情况是不同的。

       另外还需要考虑系统的传输、记录及显示部分,因为只有整个系统的各个环节都是“高清”的,才能彻底打通系统瓶颈,人们最终才能在监视器(或显示器)上看到高清晰的图像。虽然“百万像素”网络摄像机(多为130万像素左右,少数可达200万甚至300万以上)输出的数字压缩视频可直接经由网络传输并可最终在高清显示器上显示,但还原为模拟视频送入监视器时就又回到了现有电视监控图像的清晰度水平。表1列出了几种不同分辨率所对应的像素数,这也是摄像机中CCD或CMOS图像传感器至少必须提供的有效像素数。



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