超越模擬：數(shù)字優(yōu)勢(shì)

2004年9月A版

　　毫無(wú)疑問(wèn)，現(xiàn)有的模擬視頻系統(tǒng)表現(xiàn)非常優(yōu)秀。它們可實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的影像質(zhì)量，從采集到顯示的延遲極低，而且可靠性很高。那么為什么每個(gè)人還希望從模擬視頻向數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換呢？

　　數(shù)字視頻的興起突出顯示了模擬技術(shù)在監(jiān)視系統(tǒng)中的缺點(diǎn)，包括麻煩費(fèi)力的因素(即手工進(jìn)行錄像帶的更換與存儲(chǔ))、無(wú)法升級(jí)、難以與其它系統(tǒng)集成，還無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)。由于數(shù)字視頻具備可編程功能，這是數(shù)字信號(hào)處理的內(nèi)在功能，也是數(shù)字視頻技術(shù)的基礎(chǔ)所在，這就消除了上述障礙。

　　利用數(shù)字信號(hào)處理，您可將只有人才能理解的模擬視頻輸入轉(zhuǎn)換為0與1構(gòu)成的數(shù)字流，這樣計(jì)算機(jī)就能理解它了。雖然數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)背后似乎有許多高深莫測(cè)的復(fù)雜問(wèn)題，但我們也已經(jīng)建立了各種業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)與算法來(lái)支持該技術(shù)。如果我們選擇處理能力大于壓縮數(shù)字視頻信號(hào)所需的數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 的話，那么就可以采用可編程智能實(shí)施更多的算法，這就獲得了領(lǐng)先的特性，從而能實(shí)現(xiàn)真正獨(dú)樹(shù)一幟、面向未來(lái)的產(chǎn)品。

智能性至關(guān)重要

　　正是數(shù)字技術(shù)可帶來(lái)的智能特性使得數(shù)字視頻非常吸引人。攝像機(jī)不僅能夠記錄事件，現(xiàn)在它還能夠評(píng)估事件的重要性與相關(guān)性。

　　通過(guò)在攝像機(jī)層次上處理影像，攝像機(jī)本身可以確定如何采集影像。當(dāng)影像運(yùn)動(dòng)等事件發(fā)生時(shí)，攝像機(jī)就可確定運(yùn)動(dòng)是否值得關(guān)注(比如距離安全門較近)，或者其是否重要(比如目標(biāo)識(shí)別，如識(shí)別它是人、狗還是風(fēng)中飄動(dòng)的紙張等)，攝像機(jī)還可確定人是否需要了解該事件情況并自動(dòng)啟動(dòng)安全警報(bào)。該特性使得一個(gè)人能管理的攝像機(jī)數(shù)目比采用模擬系統(tǒng)時(shí)多得多，這就降低了人事費(fèi)用。如果沒(méi)有情況發(fā)生，則攝像機(jī)可以較低的分辨率或幀頻進(jìn)行采集，這就減小了數(shù)碼攝像機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響，并節(jié)約了存儲(chǔ)容量。

　　攝像機(jī)自身進(jìn)行上述判斷改善了攝像機(jī)的總體反應(yīng)時(shí)間。例如，法庭上傾向于認(rèn)為壓縮視頻可以造假。因此，您可能會(huì)希望在事件可能較重要時(shí)以更高的幀頻采集未壓縮的完全 JPEG 影像。但是，在提醒有關(guān)人員并等待響應(yīng)做出捕獲事件決定的時(shí)間中，事件的重要時(shí)刻可能已經(jīng)發(fā)生了。智能攝像機(jī)可自行做出決定，從而通過(guò)自動(dòng)提高分辨率以及幀頻來(lái)提高響應(yīng)性。攝像機(jī)還可智能拉進(jìn)焦距以獲得更多細(xì)節(jié)與信息，而模擬攝像機(jī)在無(wú)人為干涉情況下無(wú)法完成此工作。

　　數(shù)碼攝像機(jī)的智能特性還幫助視頻安全制造商滿足客戶不斷發(fā)展的需求，并可就變化的隱私法做出調(diào)整。我們不妨以監(jiān)視公寓樓房旁停車場(chǎng)的攝像機(jī)為例。攝像機(jī)可能會(huì)有盲點(diǎn)，因?yàn)樯婕半[私原因，安放以公寓樓為目標(biāo)的模擬攝像機(jī)是非法的。智能數(shù)碼攝像機(jī)會(huì)在人眼看到公寓樓之前將其模糊，這就既解決了隱私問(wèn)題又消除了盲點(diǎn)。其它可集成于數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)的特性還包括面部識(shí)別與目標(biāo)跟蹤，系統(tǒng)可利用它跟蹤人或物體在多個(gè)攝像機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)。

視頻成本不斷降低

　　數(shù)字視頻還實(shí)現(xiàn)了模擬視頻無(wú)法做到的成本節(jié)約。我們不妨考慮存儲(chǔ)模擬視頻的成本。例如由于法律方面的原因，百貨商店的模擬視頻產(chǎn)品可能需要存放一年；每臺(tái)攝像機(jī)每天需要三盤 8 小時(shí)的錄像帶，一個(gè)包括 10 臺(tái)攝像機(jī)的系統(tǒng)一年的錄像檔案幾乎需要 11,100 盤錄像帶，此外還要考慮到存儲(chǔ)錄像帶的相關(guān)費(fèi)用。

　　我們拿上述情況與一張可存儲(chǔ) 60 多小時(shí)的壓縮數(shù)字視頻的 DVD 進(jìn)行比較。同樣一年的錄像檔案所需的 DVD 數(shù)量不到 150 張，所需的存放空間也較小。此外，硬盤驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)體可方便地存儲(chǔ)一周的視頻，這樣備份只需一周進(jìn)行一次，而不必一天進(jìn)行數(shù)次。對(duì)于很多攝像機(jī)的系統(tǒng)，我們可用自動(dòng)換盤機(jī)來(lái)進(jìn)行 DVD 盤片的物理更換，從而進(jìn)一步減少了人力干擾，并提高了可靠性。

　　請(qǐng)注意，上述數(shù)據(jù)基于 MPEG4 典型的 30:1 壓縮比。MPEG4 是最新、最高效的 MPEG 視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在 30:1 的壓縮比上，它可在與一個(gè)未壓縮幀占用空間大小相同的空間內(nèi)存儲(chǔ) 30 個(gè)壓縮幀。利用智能特性(如事件驅(qū)動(dòng)或目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的采集)，即便實(shí)現(xiàn) 100:1 或更高的壓縮比也是較保守的估計(jì)。舉例而言，在深夜百貨商店沒(méi)什么情況，因此需記錄的情況也很少。但不管記錄內(nèi)容多少，模擬系統(tǒng)所需的錄像帶數(shù)量是不變的。

　　數(shù)字網(wǎng)絡(luò)還幫助工程師充分利用幾種產(chǎn)品線的設(shè)計(jì)投資。利用模塊化設(shè)計(jì)，單一的板就可為從日托護(hù)理監(jiān)視到餐廳安全直到機(jī)場(chǎng)監(jiān)視等各種市場(chǎng)提供服務(wù)。這些板通過(guò)插入包括影像傳感器與處理器適當(dāng)組合的子卡，就能夠針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行定制。由于數(shù)字視頻所需的處理器針對(duì)各種應(yīng)用有不同的價(jià)位，覆蓋了低成本到高端整個(gè)市場(chǎng)，因此這一點(diǎn)是可以做到的。

　　軟件也可在各產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用，并為從當(dāng)今功能豐富的產(chǎn)品向未來(lái)低成本設(shè)備移植提供了清晰的發(fā)展藍(lán)圖。因此，智能攝像機(jī)的基本設(shè)計(jì)在各產(chǎn)品線上以及各產(chǎn)業(yè)中均非常相似。每種產(chǎn)品之所以不同，是由于所賦予的具體功能不同。

　　智能數(shù)碼攝像機(jī)的價(jià)格開(kāi)始會(huì)與模擬攝像機(jī)相當(dāng)。這是由于軟件開(kāi)發(fā)的原始成本使然，這也可能是向數(shù)碼攝像機(jī)過(guò)渡所面臨的最大障礙。但是，隨著工程師可長(zhǎng)期在各條產(chǎn)品線上使用相同的軟件，成本將大幅下降。盡管支持?jǐn)?shù)字視頻的大部分軟件都涉及復(fù)雜的算法，但許多算法已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成，并已作為現(xiàn)成的軟件庫(kù)提供。

　　即便就相同的定價(jià)而言，數(shù)字系統(tǒng)仍會(huì)實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)約。模擬系統(tǒng)很難升級(jí)，常需替換整套攝像機(jī)。此外，模擬組件會(huì)隨時(shí)間推移而老化，因而降低了其清晰度。如果數(shù)碼攝像機(jī)上的影像傳感器開(kāi)始老化，您只需更換傳感器即可，其他數(shù)字組件都可保留。此外，由于功能以軟件而不是硬件為基礎(chǔ)，因此我們可以創(chuàng)建用戶能夠根據(jù)需要向已經(jīng)安裝的攝像機(jī)遠(yuǎn)程添加功能的視頻系統(tǒng)。

　　設(shè)置數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)的初始費(fèi)用也不像模擬系統(tǒng)那么嚇人。CAT5 線纜除抗噪性更好外(可獲得更好的影像質(zhì)量)，它比同軸電纜要廉價(jià)得多，而且大多數(shù)建筑物已為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)部署了 CAT5，攝像機(jī)可以接入使用。此外，使用更智能的攝像機(jī)也意味著可實(shí)現(xiàn)更高層次的可靠性，同時(shí)降低操作人員總數(shù)以及費(fèi)用。

互操作性與兼容性

　　數(shù)碼攝像機(jī)還將開(kāi)放視頻市場(chǎng)，使競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。許多模擬系統(tǒng)采用專有設(shè)備，這就是說(shuō)您只能從單一一家公司購(gòu)買攝像機(jī)?；谕ㄓ靡曨l標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)碼攝像機(jī)將為系統(tǒng)帶來(lái)靈活性，這樣就可向網(wǎng)絡(luò)添加任何攝像機(jī)。因此，兼容性就成了軟件問(wèn)題而不是硬件問(wèn)題。換言之，重要的不是攝像機(jī)是否采用某種專有輸出信號(hào)，而是主控軟件是否能識(shí)別攝像機(jī)。

　　最后，我們不用再購(gòu)買放在控制間的昂貴模擬管理控制臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)上的任何 PC(當(dāng)然，應(yīng)獲得適當(dāng)許可與密碼)都能查看并控制任何攝像機(jī)。

　　但是，公司可能已經(jīng)花了大量投資購(gòu)買模擬攝像機(jī)，還不準(zhǔn)備完全重新配備監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向數(shù)字化過(guò)渡。幸運(yùn)的是，您也可分階段實(shí)施數(shù)字技術(shù)。可能第一步是將廉價(jià)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器或編碼器添加到模擬攝像機(jī)上。這使得公司能夠繼續(xù)使用已經(jīng)購(gòu)買的攝像機(jī)。編碼器還可以提供許多智能攝像機(jī)所具備的功能。第一步的另一個(gè)可能選擇是用數(shù)字設(shè)備替換控制室的模擬設(shè)備。這樣，所有模擬信號(hào)進(jìn)入控制室時(shí)就都轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而避免影響大部分現(xiàn)有的模擬系統(tǒng)。上述兩種情況中，公司都能立即利用數(shù)字視頻的優(yōu)勢(shì)。

　　現(xiàn)在我們能夠獲得數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。舉例而言，TI與法國(guó)視頻與信號(hào)處理軟硬件解決方案供應(yīng)商 ATEME 提供的因特網(wǎng)協(xié)議視頻安全 (VSIP) 開(kāi)發(fā)平臺(tái)以 DM642 數(shù)字媒體處理器為基礎(chǔ)，為開(kāi)發(fā)智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)提供了完整的軟硬件平臺(tái)。盡管該平臺(tái)是為開(kāi)發(fā)智能攝像機(jī)的工程師設(shè)計(jì)的，但它也是一個(gè)完整的子系統(tǒng)，可以連接至網(wǎng)絡(luò)以演示數(shù)字視頻的功能。

　　數(shù)字視頻已經(jīng)開(kāi)始改變我們處理安全問(wèn)題的方式。今后幾年整個(gè)視頻市場(chǎng)的增長(zhǎng)預(yù)計(jì)為15%，而其中數(shù)字部分的增長(zhǎng)預(yù)計(jì)將達(dá) 45%(J.P. Freeman Co. “2003 年全球 CCTV 與數(shù)字視頻監(jiān)視市場(chǎng)”報(bào)告)。這并不是說(shuō)模擬視頻有很多問(wèn)題與障礙，而是數(shù)字技術(shù)提供了更多的功能，讓攝像機(jī)變得更智能化，這將實(shí)現(xiàn)僅靠模擬系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。數(shù)字技術(shù)還為設(shè)計(jì)帶來(lái)了靈活性，不僅有望大幅降低視頻系統(tǒng)的總成本，而且還促進(jìn)不同廠商組件之間的互操作性。