模拟与数字摄像机技术对比

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[导读]安防视频监控系统主要涉及两大类产品,前端摄像机和后端录像机,我们通过模拟与数字摄像机的技术对比来看看它们的优缺点。

  手机、数码相机与摄像机都早已进入百万像素数字高清时代,有的甚至已达到千万像素级别,并且得到大量应用与普及,而安防视频监控却依然处于半数字半模拟监控阶段,严重滞后现代电子与计算机科技发展步伐。数字监控是安防视频监控技术发展的必然趋势,2013年1月1日起,上海等地要求新建安防视频监控系统均应采用数字系统,可以预见就在最近一至二年里,模拟监控将被数字监控技术大范围取代。

  安防视频监控系统主要涉及两大类产品,前端摄像机和后端录像机,我们通过模拟与数字摄像机的技术对比来看看它们的优缺点:

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  一、模拟与数字摄像机技术对比

  1.1扫描方式

  模拟摄像机采用隔行扫描,由不同时刻的奇场与偶场画面合成一个画面时,画面中的运动物体容易产生锯齿、闪烁等不良反应,为了消除锯齿,必须做软件反交错图像处理,同时也会导致画质损伤,画面清晰度降低。而数字摄像机采用逐行扫描,不需要反交错处理。假如开车的就是盗车贼,那么快速运动的状况下,隔行扫描根本无法录下盗贼的任何特征。

  1.2分辨率与解析度

  模拟摄像机早期受制于PAL/NTSC技术本身的限制,分辨率一般为4CIF或D1(即PAL制下的720×576或NTSC制下的720×480像素),最高像素仅仅为40万像素的水平。“后模拟时代”960H技术是由Techwell和Sony共同定义和开发的一套准高清解决方案,虽说分辨率为PAL制下960×576或NTSC制下960×480,相对传统的D1整体画面清晰度提升了30%,但其要求的带宽是36M,在传输的问题上会遇到瓶颈,效果会打折扣,性价比并不高。模拟高清有着众多的解决方案,例如HDCVI、HDTVI、AHD、ccHDtv等,分辨率等同于720P或1080P,对于可以继续沿用原有模拟系统的同轴电缆用户来说,有着较大的吸引力,但同时其存储的码流也会提升,后端存储压力不断上涨,硬盘容量需求增大,旧的模拟传输系统可能无法完全承载。

  数字摄像机可以实现百万像素甚至更高的分辨率,720P高清、1080P全高清已不再是热点,现已进入4K时代(3840×2160),随着H.265等相关新技术的发展,在提高数字摄像机像素的同时,又增强了画面的垂直分辨率,使得画面的细节和层次更加精准,同时配合广角监控专用镜头,能够实现对更大监控范围的覆盖、显示更多画面细部特征,观看体验更好。

  1.3AD(模数)转换

  模拟摄像机前端感光器输出模拟信号,接着转化成数字信号,以便进行色彩与亮度处理,接着再将数字信号转化成模拟信号输出,当到达DVR等后端设备时,由视频采集芯片将模拟信号转成数字信号,模拟系统总共发生了3次AD/DA转换,每次转换都会导致画质受损。

  现在数字摄像机较多使用CMOS感光器,该感光器内置了AD转换,光信号进入,数字信号输出,仅有这一次AD转换,之后再也没有反复的AD/DA转换,所以数字摄像机的画质受损小。

  现阶段CMOS感光器技术再次取得突破性进展,光照灵敏度提升了5倍以上,已经达到或接近了CCD的照度性能,同时分辨率也高达500万像素以上,并且CMOS在其成本、集成度与功耗等方面的优势则比CCD更胜一筹,可以预见,CMOS感光器将取代CCD而成为市场主流。

  1.4色彩还原度

  模拟摄像机输出的视频为复合模拟视频信号,其中包含了亮度信号与色彩信号,由于两种信号在同一个频段里,当复合视频传输给视频采集芯片时,视频采集芯片除了做AD/DA转换,还要做亮色分离(梳妆滤波),由于难以完全分离亮度与色彩信号,导致传统模拟视频监控容易出现色彩渗透与杂色现象。数字摄像机没有亮色分离的烦恼,色彩可以做到更加逼真。

  1.5抗干扰与信噪比

  模拟摄像机视频从CCD传感器一出来就是模拟信号,而模拟信号无论是在摄像机内部,还是输出后的传输过程中,都可能受到不同程度的干扰,从而产生波纹与噪点,同时模拟摄像机在可见光或红外光偏弱时,雪花噪点非常严重,不仅画质受影响,而且大大增加了码流。数字摄像机输出的是数字信号,不容易受到干扰,可以做到噪点小,画面更干净,同时也节省了码流与硬盘空间。

  传统模拟市场因为CCTV标准核心技术被日本控制,导致日本相关的芯片公司基本上垄断了摄像机市场,他们既做芯片,又生产与销售高端市场摄像机,还利用其拥有的专利技术控制了中国大部分中低端市场。目前的标清模拟产品,除了芯片、传感器仍为外企掌控,而国内企业同质化竞争激烈,价格战爆发,利润越来越微薄。为了谋利,难免偷工减料降低成本,以应对价格战,质量进一步下降。而960H方案,已基本是国内企业的竞争;HDCVI、HDTVI高清模拟技术等更是海康威视、大华股份等国内企业的寡头垄断及自建联盟。

  数字时代目前还没有形成统一的技术标准,日本公司虽然有能力做出数字高清摄像机成品方案,但是在高清NVR、混合DVR、高清解码器等一系列后端成品方案方面优势不明显;反观国内海康威视、大华股份、宇视科技等企业在这方面做的相当不错,已挤身世界安防名牌厂商前列。更重要的是,数字时代CMOS将取代CCD,而CMOS技术不是日本的强项,安防监控行业技术被日本垄断的局面将在数字时代被打破。

  二、模拟与数字解决方案对比

  现在安防监控行业内有少部分公司,以模拟摄像机的价格低于数字摄像机等理由,不愿意或是不积极给客户提供和推荐数字监控的解决方案,导致现在模拟监控产品仍占据了更多的市场份额。的确,现阶段数字摄像机的价格要高于模拟摄像机,但随着产业和技术不断的发展,根据摩尔定律,数字摄像机的价格一定会和模拟摄像机持平甚至更低,同时在项目总体成本上,数字监控整体解决方案比模拟监控整体解决方案具有较大的优势,其主要表现在以下几个方面:

  2.1系统布线

  模拟监控解决方案如果集成了云台控制与声音等,那么在布线方面就非常繁琐,视频线、音频线、电源线和控制线都是独立必需的,布线工作量大、布线复杂,所以布线成本高。

  而数字监控解决方案则可以采用一根网线将视频线、音频线、电源线和控制线四合为一传输,布线简单,而且还可以通过交换机汇总,进一步减少线材用量,大大降低了布线成本与难度,同时数字监控解决方案可以采用无线交换机、无线路由器(带桥接功能)等设备实现不布线传输,无线与微波传输(典型应用:电梯无线监控),使数字监控解决方案更加灵活方便,节省线材与施工。

  模拟监控解决方案线材用量大,自然施工复杂,施工周期长,同时维护困难,要花费更多的施工人力成本和维护成本。数字监控解决方案线材用量小,布线简单,施工周期短,节省了施工成本,同时维护轻松,维护成本较低。

  2.2传输介质

  模拟监控解决方案传输介质一般选用同轴电缆,在小范围的监控系统中,由于传输距离很近,使用同轴电缆直接传送监控图像对图像质量的损伤不大,能满足实际要求。当传输距离达到200米左右时,图像质量将会明显下降,特别是色彩变得暗淡,有失真感,同时同轴电缆本身受气候变化影响大,图像质量受到一定影响,同轴电缆较粗,在应用时布线不太方便。在工程实际中,为了延长传输距离,要使用同轴放大器,虽然对视频信号具有一定的放大,并且还能通过均衡调整对不同频率成分分别进行不同大小的补偿,但传输距离还是有限,还存在着调整困难的缺点。虽然现在市场上也出现了2000米的同轴视频传输设备,能解决个别远距离的图像传输问题,但是造价稍高,不适宜大型监控系统的普遍采用。数字监控解决方案传输介质一般选用双绞线,是因为它具有抗干扰能力强、传输距离远、布线容易、可靠性高、价格低廉、取材方便等许多优点。

  2.3节约设备成本

  当远距离传输时,模拟监控解决方案通常采用昂贵的光端机,光端机将模拟信号转化为数字信号,然后再由数字信号转为模拟信号,不仅图像质量受到损伤,同时光端机的价格会随着接入的监控路数增加而不断提高。而采用数字监控解决方案,则可以用廉价的光纤收发器代替昂贵的光端机,光纤收发器不随路数增加而增加费用,传输成本较低。数字视频监控在监控中心无需安装视频分配器和矩阵类等设备,所有相关功能都由软件平台实现,相对来说简化了系统组成,再加上数字高清视频像素高、画质,在宽范围监控等应用中,一个数字高清摄像机常常可以顶替多个模拟摄像机,不仅节省摄像机数量及成本,而且还省去了与之配套的线材、传输设备、施工等费用。

  2.4抗干扰防护

  传统模拟摄像机输出的信号为模拟信号,长距离传输容易衰减,并且易受到电磁干扰,图像质量受影响,容易出现视频模糊和波纹等现象。而数字高清摄像机则以数字信号方式传输,传输过程中抗电磁干扰强,视频传输损伤相对模拟系统要小许多,省去了抗干扰防护设备与措施费用。

  2.5远程监控与智能分析

  在传统的模拟监控系统中,只能在有限的范围内在线实时观看,且一般只能有一个监控中心点,难以实现多监控点的远程监控等,当出现问题时需要花大量时间观看录像带才能找到现场记录。而在数字视频监控系统中,利用计算机建立的索引,在几分钟内就能找到相应的现场记录,同时轻松实现多监控点的远程监控,无论身处何处,只要能上网就能对即时查看前端视频。

  由于对视频图像进行了数字化,所以可以充分利用计算机的快速处理能力,对其进行压缩、分析、存储和显示,通过视频的智能分析,发现监控画面中的异常情况,并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息,从而能够更加有效地协助安全人员处理危机,并最大限度地降低误报和漏报现象。未来的监控市场发展在于智能分析,而且是在高清监控的基础上智能分析才能发挥得淋漓尽致。

  近几年,视频监控技术伴随着计算机、网络、存储、芯片、物联网、云计算、大数据等技术的发展而迅速发展,从早期的模拟视频监控,到现在的数字视频网络监控,智能视频监控技术和高清视频监控技术,以及刚刚发展的云视频监控等,产品一直不断升级、系统结构不断变化、功能不断完善,应用领域也在一直不断扩展。可以预见的是,在经历了模拟手机、模拟电视之后,我们即将告别模拟监控时代,大跨步迈入高清数字监控时代!

编辑:Eve
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