以數(shù)字化將同軸高清視頻傳輸進(jìn)行到底

摘要：數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的深入發(fā)展在高清化傳輸上對視頻影像高品質(zhì)和實(shí)時(shí)性提出更加嚴(yán)格的要求，以有益于前端智能視頻分析處理和后端高清晰度影像完美展現(xiàn)。同軸高清傳輸技術(shù)具有視覺無損和超低延時(shí)特性，而只有數(shù)字化技術(shù)才能在提升高清影像品質(zhì)、支持雙向透傳并且不受線材限制方面有所創(chuàng)新，增強(qiáng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，拓展高清延長顯示、有軌交通和車載監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域。

1 通用線纜上的數(shù)字高清創(chuàng)新

　　高清化和智能化是視頻監(jiān)控發(fā)展的必由之路，然而高清攝像機(jī)如果沿用數(shù)字視頻壓縮技術(shù)，如H.264或H.264格式，以網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，不可避免地會帶來視頻損耗。另外，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用分組式封包傳輸，不可避免地會帶來較大的視頻延時(shí)。這兩個(gè)方面都不利于實(shí)現(xiàn)智能視頻處理。因此，只要對視頻圖像品質(zhì)和實(shí)時(shí)性有更高的要求，同軸高清就不失為一種有效的傳輸手段。

　　模擬同軸高清傳輸技術(shù)包括HD-TVI、HD-CVI和AHD，基于此類技術(shù)的攝像機(jī)只需采用BNC輸出連接模擬監(jiān)控系統(tǒng)傳輸接口替代普通攝像機(jī)，即可全面升級為高清，以較低成本得到高清監(jiān)控體驗(yàn)。然而，模擬同軸高清傳輸技術(shù)雖然通過同軸電纜，傳輸距離可達(dá)到300 m，但并不支持其它線材，且存在線路衰減和干擾而影響傳輸效果，也不支持控制信號雙向透傳和雙向音頻，只能在視頻監(jiān)控的部分前端采集中有所應(yīng)用，應(yīng)用的局限性很大。

　　數(shù)字同軸高清傳輸技術(shù)包含HD-SDI和AVT兩種標(biāo)準(zhǔn)，前者源于廣電，應(yīng)用不具成本優(yōu)勢且仍然受線材制約。而后者全稱為Advanced Video Transport，是天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體推出，具有全數(shù)字架構(gòu)和數(shù)字信號傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。AVT采用了新一代數(shù)字視頻壓縮算法，比標(biāo)準(zhǔn)的VC-2 LD壓縮算法更為有效，可以為三十分之一，真正做到視覺無損。其視頻延遲在一幀圖像周期以內(nèi)，即3ms以內(nèi)，屬于超低延時(shí)。AVT創(chuàng)新的速率自適應(yīng)傳輸技術(shù)可根據(jù)傳輸距離和信號的衰減而自適應(yīng)調(diào)整數(shù)字壓縮比例，達(dá)到最佳視頻圖像效果時(shí)確保高清視頻傳輸不受外部環(huán)境影響。AVT不僅支持視頻監(jiān)控的前端，也支持后端延長顯示，該標(biāo)準(zhǔn)全面推進(jìn)了基于通用傳輸線的高清視頻監(jiān)控應(yīng)用拓展。

　　同軸高清傳輸技術(shù)可以由表1進(jìn)行比較。

　　由于采用數(shù)字信號以低頻傳輸，不需要額外的數(shù)字和模擬轉(zhuǎn)換，因而，AVT支持的視頻格式較多。其中支持雙向音頻傳輸和雙向控制透傳，在交互應(yīng)用上有優(yōu)勢。在適用線材方面，不僅可以采用75-3同軸線纜，還可以采用Cat 5以太網(wǎng)線，對于一根八芯以太網(wǎng)線，采用AVT技術(shù)可以做到同時(shí)傳輸四路1080P@60fps高清視頻，長距離傳輸后接收效果仍然是視覺無損和超低延時(shí)的。

2 數(shù)字高清傳輸助力軌道交通

　　安全性保障始終是軌道交通運(yùn)營的重中之重，通過先進(jìn)可靠的前端高清視頻采集，實(shí)現(xiàn)視覺無損和超低延時(shí)傳輸，并實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)智能視頻分析，才能夠達(dá)到預(yù)警作用和效果。這種先進(jìn)視頻偵測分析技術(shù)通過采用數(shù)字同軸AVT傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得數(shù)據(jù)在地下和車廂內(nèi)都能保證高清的視頻流傳輸。傳統(tǒng)軌道交通的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用模擬攝像機(jī)，像素只能達(dá)到幾十萬，雖然可以記錄現(xiàn)場圖像，但是無法看清所需要的細(xì)節(jié)。高清帶來百萬或更高像素而使畫面清晰度大幅提高，可以掌控到更多細(xì)節(jié)，但核心的技術(shù)在于視頻壓縮的改進(jìn)，更在于傳輸手段的提高。

　　AVT提供的芯片和解決方案支持軌道交通的高清視頻傳輸，其中發(fā)送器芯片NS2530可作為對攝像機(jī)ISP輸出的并行信號進(jìn)行串行編碼的芯片，視頻輸入接口兼容10/20bit位寬，且兼容BT656/1120、CEA-861、CPI、DVP等多種視頻格式，最大支持1080P@60fps分辨率，同時(shí)支持SPDIF/I2S音頻嵌入。接收器芯片為NS2531，不僅全面支持上述格式，而且可同時(shí)接收兩路NS2530傳輸?shù)母咔逡曨l。上述方案均可工作于非壓縮模式，兼容HD-SDI格式視頻的輸入輸出，可支持媒體播放功能。圖1所示為AVT在軌道交通中監(jiān)控和媒體播放中的典型應(yīng)用。

3 數(shù)字高清傳輸推進(jìn)車載監(jiān)控

　　隨著ADAS(Advanced Driver AssistantSystem，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng))成為市場熱點(diǎn)，相關(guān)車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，為保證車載高清視頻源無損且實(shí)時(shí)傳輸，大容量視頻的可靠傳輸成為決定因素。因而，以太網(wǎng)絡(luò)傳輸方式不再適用。由于車內(nèi)存在各種電磁輻射，容易造成多種干擾，因而視頻傳輸難以采用模擬同軸技術(shù)。AVT作為數(shù)字同軸高清傳輸方式，其可借助通用以太網(wǎng)絡(luò)的線材，有效地傳輸視覺無損且延遲極低的高清視頻信號，成為車載視覺市場優(yōu)選傳輸手段。

　　圖2所示為AVT高清攝像機(jī)在車載環(huán)視監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。其中采用AVT芯片實(shí)現(xiàn)新型的AVT高清攝像機(jī)，CMOS傳感器與前端ISP處理單元構(gòu)成的高清視頻采集部分與AVT發(fā)送芯片NS2520高度耦合，以完成視頻無縫連接，直接輸出數(shù)字高清視頻信號，經(jīng)過以太網(wǎng)線進(jìn)行傳輸。在主機(jī)上可以通過NS2521接收車內(nèi)的傳輸信號，并還原為視覺無損且具超低延時(shí)的數(shù)字高清視頻信號，然后再由主處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。處理的結(jié)果一方面輸出在屏幕顯示，另一方面輸出到ADAS的控制單元，對汽車行駛中遇到的情況進(jìn)行調(diào)整。由于兩個(gè)AVT攝像機(jī)可以共用一個(gè)NS2521接收單元。若需要連接更多AVT攝像機(jī)(包括具有全景的“魚眼”相機(jī))時(shí)，只需在主機(jī)設(shè)計(jì)中預(yù)先增加更多的NS2521芯片。

4 高清數(shù)字傳輸提升顯示系統(tǒng)

　　數(shù)字視頻監(jiān)控后端常常需要輸出到大屏幕或電視墻上顯示，于是需要有效地傳輸高清數(shù)字視頻信號，可選擇標(biāo)準(zhǔn)為HD-SDI和HDMI延長技術(shù)。由于HD-SDI為無壓縮傳輸，只能采用同軸線纜，主要應(yīng)用于廣電系統(tǒng)，在視頻監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用極為有限。HDMI在數(shù)字視頻/音頻領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，許多高清顯示設(shè)備都將其作為標(biāo)準(zhǔn)配置接口，所以在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的后端顯示開始大量采用。但是，盡管HDMI線材在長距離應(yīng)用上卻比之同軸線纜和以太網(wǎng)線要貴得多，并且需要重新布線。對此，基于AVT核心技術(shù)的芯片可以兼容HDMI的延長應(yīng)用，其中的發(fā)送芯片為NS5530，而接收芯片為NS5531，圖3所示為其典型應(yīng)用。

　　兩款芯片最大支持高清1080P60fps格式，支持超高清4Kx2K的芯片將在2016年的第三季度推出，屆時(shí)將進(jìn)一步拓展數(shù)字視頻監(jiān)控高清應(yīng)用的領(lǐng)域，并且覆蓋從前端到后端的設(shè)備，而仍然采用通用的以太網(wǎng)線。

　　總而言之，數(shù)字視頻監(jiān)控通過從模擬到數(shù)字，從網(wǎng)絡(luò)化到智能化，再到全面的高清和超高清化，大容量的視頻傳輸起著舉足輕重的的作用。在通用線材中，同軸線纜和以太網(wǎng)線仍然是兩種最重要的長距離傳輸媒介，而如何在這兩種現(xiàn)在發(fā)揮巨大的傳輸性能和效果市場中發(fā)揮作用就成為應(yīng)用拓展的關(guān)鍵。AVT作為一種極為有效的數(shù)字同軸高清技術(shù)，在不改變常規(guī)系統(tǒng)體系的前提下，提供高清視覺無損和超低延時(shí)的能力，這一技術(shù)正在將同軸高清傳輸技術(shù)推向一個(gè)新的階段。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]牟奎霖.基于AVT技術(shù)的數(shù)字同軸高清視頻傳輸解決方案[J].安防自動化，2015.

　　[2]鄭小龍.數(shù)字視頻監(jiān)控后時(shí)代的追求[J].電子產(chǎn)品世界，2015，(6).

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第5期第22頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。