高清网络视频监控系统几种传输方式的应用

黄日财 广东建设职业技术学院

随着计算机网络技术及芯片技术的高速发展，高清网络视频监控系统已经成为了现视频监控系统的主流。同时，高清网络视频监控系统的传输方式也由最初的同轴电缆、双绞线及光纤等传输逐渐升级换代。视频监控前端系统的代表设备-摄像头也由模拟升级为数字高清，甚至达到了4K清晰度水平。

从模拟时代的“看得到”到数字时代的“看得清”，再到大数据时代的“看得懂”视频内容检索发展历史，视频监控系统中的传输方式均扮演着重要角色。高清视频监控系统的传输方式种类多，但其主要作用基本上都是完成视频音频信号、控制信号等通过不同标准的物理信号传输至控制机房中心，完成前端系统与终端系统的数据互通。信号传输的稳定与否决定了整个高清视频监控系统的显示、存储、内容检索分析等质量的关键因素。

1.高清网络视频监控系统的主要传输方式及特点

随着高清网络视频监控系统前端设备、终端设备的升级换代，其传输方式也跟随着升级换代，不同的传输方式有不同的特点，但其基本上有以下几种传输模式：

1.1 同轴电缆传输

现阶段的同轴电缆传输与旧模拟视频监控系统的传输介质是一样的，均是通过视频同轴电缆传输视频信号（物流接口为BNC）。但旧模拟视频监控系统采用同轴电缆传输信号为模拟视频信号，其多为75Ω宽带电缆。

与数字视频监控系统同期发展中，同轴高清视频监控系统也占高清视频监控市场一大份额。同轴高清视频监控系统的传输方式亦是采用同轴电缆进行视频信号传输。从本质上讲，同轴高清是一种模拟信号传输技术，其技术的核心是利用传输芯片（TX发送芯片和RX接收芯片）提升数据传输距离。与同属同轴高清的HDCVI、HDTVI、AHD其实原理并没太大差别，主要在于产品传输芯片的不同和产品性能的差异化竞争。以同轴高清技术其中具有代表性的HDCVI（高清复合视频接口）为例，HDCVI是一种基于同轴电缆的高清视频传输规范，HDCVI技术的视频传输距离及视频分辨率优于模拟系统的信号传输。

HDCVI最大优点是其通过同轴电缆点对点可传输百万像素级高清视频，同时具备无延时，低损耗、高可靠性的视频传输特点。

高清视频领域中，HD-SDI摄像头是采用高清数字分量串行接口进行非压缩式传输，是一种实时无压缩的高清广电级传输摄像头。

图1 监控系统拓扑图

1.2 双绞线传输

模拟视频监控系统中，双绞线传输模拟视频信号的工作原理是利用差分信号传输原理。在模拟监控系统中可以采用双绞线传输，其传输距离可从0-2000米不等，同时该传输方式具备抗干扰性能强，可靠性高特点（相对同轴电缆传输模拟视频信号而言）具体见图2所示。

双绞线传输模拟视频信号传输距离优于同轴电缆，线缆施工方面，1根超五类的双绞线可传输4路视频信号。当双绞线传输器采用两端有源双绞线传输器时，传输距离可增加至2000米，同时可对视频信号进行调整，以满足色彩及白平衡等实际项目环境需求。

双绞线传输器也可用于同轴高清视频监控系统中传输同轴高清视频信号，传输方式和结构特点与图2一致，传输距离在0-1000米左右。双绞线传输器可采用五类、超五类及六类双绞线进行信号传输。

图2 ：单路双绞线传输器传输方式示意图

高清网络视频监控系统中，采用标准以太网信号传输，常用超五类或六类双绞线传输，其遵循计算机网络TCP/IP相关协议规定，具备有传输带宽小，成本低、组网方便等特点；因此，该传输方式也是高清网络视频监控系统的主要传输方式。

网络传输视频信号是经过压缩处理的，视频的画质及实时性会有所下降，同时，网络组网方式本身安全性存在一定隐患，系统也容易受到非法攻击及入侵。

1.3 光纤传输

光纤传输是现高清网络视频监控系统长距离传输的主流传输方式。光在光纤中传播主要是依据全反射原理。在传输介质方面，光纤可分为单模和多模光纤，多模光纤的芯的直径有50μm和62.5μm两种，大致与人的头发的粗细相当；单模光纤的芯直径为8μm～10μm，常用的是9/125μm。

多模光纤允许不同模式的光于一根光纤上传输，在10Mbps及100Mbps的以太网中，多模光纤最长可支持2000米的传输距离，而于1GpS千兆网中，多模光纤最高可支持550米的传输距离，在10Gps万兆网中，多模光纤OM3可到300米，OM4可达500米。

单模光纤只能传一种模式的光纤。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，在100Mbps以太网或1G千兆网，单模光纤可超过5000m传输。

9/125μm指光纤的纤核为9μm，包层为125μm，同时是单模光纤的一个重要的特征；50/125μm指光纤的纤核为50μm，包层为125μm，50/125μm是多模光纤的一个重要的特征。采用光纤传输视频信号目前解决长距离传输的主要方式，同时其高速率、大带宽、抗干扰、不收雷电等干扰，也使得光纤传输成为未来最佳传输方式的首选。

2 4K甚至8K发展前期

4K，正如电影中莱坞大片的分辨率标准。其分辨率为4096×2160像素，随着4K高清的发展，安防领域的4K产品也在逐渐向4K甚至8K发展。对于视频监控整体清晰度的提升，高清4k视频监控系统急需完整的4K前端采集、传输、存储及显示的全套解决方案。未来发展趋势如何？

对于安防摄像头而已，4K高清清晰度的网络摄像头至少配置800万像素水准，目前能提供该标准的主流的摄像头厂家不多。对4K的分辨率的视频，对视频采集压缩、传输、带宽也有更高的要求。例如，1路4K分辨率的IPC，在帧率为25FPS、H.265编码类型、7680Kbps的码率环境下，需要10.8M左右的带宽，同时，不间断存储1小时的录像，需要3.6GB左右的硬盘存储容量。同时，伴随着4K的视频采集、传输系统，需要更强的后端解码和显示能力，例如需要比现在更强大的计算处理能力的4K高清解码器对视频信号进行解码、需要更加清晰细致的4K高清监视器来无损呈现监控画面。就目前的监控领域的芯片性价比及存储能力等而言，4K高清监控成本显然是较为昂贵的。

但是，随着人们对视频清晰度及人工智能的要求，高清视频监控伴也随着人工智能算法技术的发展而升级及换代，4K高清监控终究是未来发展的趋势，也是未来的主流。随着技术及芯片的发展，越来越高分辨率视频采集、越来越无损的低带宽传输、越来越无损的高压缩率的存储技术、越来越清晰的无损显示技术等都会成为高清视频监控的标配。