高清视频传输方案-HDCVI技术解析

    什么是HDCVI?

    2012年11月，浙江大华技术股份有限公司发布了具有自主知识产权的同轴高清传输接口技术HDCVI。HDCVI技术是一种基于已有SYV75-3或SYV75-5同轴电缆的高清视频传输方法，能够在低成本和较低质量的同轴电缆上实现超长距离高清视频信号的可靠传输。相比较HD-SDI子系统在实际应用中对传输介质的高要求，HDCVI可以适应长距离、低成本的传输介质以及复杂的部署场合。

    HDCVI在调制方面采用基带调制与正交调幅调制技术，将视频调制为同轴百万高清电信号再进行传输，也因此得名HDCVI，即高清复合视频接口。该技术避免CVBS的色度串扰现象，将亮度和色度信号进行彻底分离，进一步提升画面品质。

    HDCVI包括1920H和1280H两种规范，兼容标准的1080P和720P的分辨率，并使用针对性的自动信号补偿专利技术，保证长距离传输下极低的信号畸变。HDCVI技术同样采用同轴百万高清摄像机加DVR的系统组合，以DVR作为节点设备，配合摄像机采用星型拓扑部署，摄像机与DVR间使用同轴线缆点对点传输。根据传输线缆，在500米点对点传输距离以内可以使用75-3、75-5等同轴线缆传输，超过500米传输距离可以使用75-5等级以上的同轴线缆传输。点对点的传输线缆中途可以使用连接器或是焊接接驳。实际施工阶段，HDCVI产品安装、布线、接线与模拟标清产品的施工完全一致，其在户外、室内施工均无特殊要求，对外界有较强的抗干扰能力。

    为了实现多信号共缆传输，HDCVI在消隐区中同时嵌入了音频信号与双向数据通信信号。音频信号复合于行消隐中，以增加与视频信号的同步性，并通过自动补偿技术，最高支持44.1kHz采样率。正向和反向数据信道复合于帧消隐中，通过双向传输控制信号，实现接收端和发送端之间传输信息，支持如相机变焦、云台转动、实时报警等控制命令。其中正向发送数据由于发送时刻和电信号波特率可预测，且接收端具备高性能的自动补偿技术，可以支持较高的传输波特率。而反向发送数据由于存在阻抗匹配和信道传输不确定性的影响因素，信号频率较低且每次发送的数据量有限，因此支持的波特率较低。当然，反向信道也采用了自动补偿技术，对电信号的远距离传输信号进行一定的恢复。

    因此HDCVI是一种低成本、长距离、无延时、高效率、抗干扰且易实施的百万像素级高清视频传输技术。

    HDCVI实现的载体--HDCVI芯片

    2013年8月浙江大华技术股份有限公司正式推出基于HDCVI技术的芯片解决方案。本次推出的芯片解决方案分为发送芯片（TX）和接收芯片(RX)两部分，分别应用于前端HDCVI同轴百万高清摄像机和后端HDCVI同轴百万高清DVR，也可扩展至中间的光端机，分配器及矩阵等设备。

    图1所示为HDCVI发送芯片（TX）典型应用图。TX芯片在数据接口上面采用BT1120/BT656数字视频接口、I2S音频接口、I2C配置接口，标准的数据和配置接口使TX芯片可以适配市场上各种信号的ISP芯片和音频芯片，使HDCVI同轴百万高清摄像机的整机方案非常灵活。同轴输出方面TX芯片除了支持HDCVI格式外还兼容传统CVBS格式。在分辨率和帧率方面TX芯片支持HDCVI协议的所有分辨率和帧率: 1280H@25fps/30fps/50fps/60fps和1920H@25fps/30fps。

    图1 HDCVI发送芯片（TX）应用图

    从应用框图上看，采用TX芯片的同轴百万高清摄像机方案非常简洁，而且TX芯片采用MQFN封装技术芯片尺寸非常小，适合各种型号的摄像机。

    图2所示为HDCVI接收芯片（RX）典型应用图。支持4路HDCVI模拟高清输入和4路数字视频输出；支持HDCVI协议的所有制式和分辨率；支持I2S音频输出和多片音频级联输出；支持I2C配置接口 ；支持模拟视频输入通道和数字输出通道的灵活映射；各通道制式独立；支持支持亮度、对比度、锐度、色调、饱和度等视频参数可配置；支持双向控制信号传输；各通道内置独立的均衡器。

    图2 HDCVI接收芯片（RX）应用图

    从应用框图看，RX芯片和现有的模拟DVR中所使用的视频AD芯片的接口完全一致，因此在整机方案上可以无缝对接传统模拟DVR。内置的均衡器使DVR端可接收500米长距离传输的高清视频信号。

    所以TX和RX芯片的发布可以让整机厂商在原有摄像机和DVR方案上做非常小的修改就可以实现HDCVI方案，必将加速高清视频监控的普及。

    HDCVI的优势

    根据HDCVI的技术特点和性能，对比HD-SDI技术，HDCVI在同轴电缆传输高清视频领域非常具有竞争优势。首先，HDCVI与HD-SDI两种传输技术都可以传输720P和1080P有效分辨率的高清视频，但在传输距离上HDCVI具备明显的天生优势。HD-SDI目前在传输介质较好的环境下只能传输100米。HDCVI目前在使用75-3的线缆时，可以至少传输500米，且极低信号畸变；使用75-5或是更好的线缆时，传输距离可以进一步延升，同时也能保证传输视频的质量。其二，HD-SDI抗干扰能力较差，尤其是存在高频辐射的环境，比如手机、无线路由器等。较强的高频无线电磁辐射对HD-SDI的干扰，导致视频数据出现高的误码率，表现为图像异常、花屏、无法锁定等。HDCVI采用低频同轴高清调制技术，从技术原理的本质上就避免了高频无线电磁辐射的干扰，即便是在强干扰源环境下，HDCVI依然能够保证高质量的图像传输。其三，HD-SDI在实际施工中，对于布线环境选择、施工方式都有严格的要求，主要表现为对于安装的线缆质量高要求；不允许中途接驳的要求；连接端子的焊接质量要求；安装路径低辐射要求等。这些都对施工人员素质、施工成本、安装和维护的复杂度、线路走线设计提出很高的要求。HDCVI技术沿袭模拟标清的施工要求和走线规范，普通弱电施工人员就可以快速部署高清监控子系统。

    HDCVI与主流的网络高清摄像机比较，HDCVI同样表现出安防行业应用的优势。首先HDCVI采用点对点传输，保证信号传输的可靠性。IPC采用以太网传输技术，传输路径经过网络路由、交换等，存在网络抖动、丢包等风险。为了适应网络环境保证视频的流畅性，往往采取视频缓冲技术，目前较好的网络环境点对点传能保证控制在300ms以内，在网络较差的环境下，延时现象更为严重。HDCVI技术在点对点传输过程中不存在延时，高清视频源从摄像机到后端设备预览过程没有经过编码解码，图像完全保持原始效果，提供用户更完美的视觉效果。其二，目前的模拟标清设备的升级换代也可以无缝切换到HDCVI的产品，通过更换摄像机和DVR即可实现全面高清监控的需求。模拟标清设备的施工、部署方式是最为广泛采用，是工程商、施工人员目前在安防工程建设里主要采用的系统，HDCVI技术沿袭模拟标清的传输方式，在施工和部署上最容易被广大用户接受并快速开展实施。相比IPC的施工，类似IT建设，对施工人员、拓扑设计、流量设计、节点设备选型都有较高要求。其三，HDCVI系统的使用方式与标清系统完全一致，同轴百万像素高清摄像机加DVR部署系统设备间即插即用，以DVR交互操作为主。相比IPC的使用，往往需要对摄像机进行设置、初始化操作等，此外还存在网络协议兼容性问题导致的通信或配置异常风险。即便是Onvif等标准化协议的应用，IPC加NVR系统的推广，其易用程度仍无法与模拟系统相媲美。

    此外，由于HDCVI使用多信号共缆传输技术，使用一条同轴电缆视频完成传视频和音频信号和双向数据传输，实现音视频同步传输以及反向发送控制信号，如云台转动、变倍控制等，进一步降低了施工安装的复杂程度。

    更为重要的是，由于HDCVI技术不仅兼顾实用价值，适应长距离、无延时、强干扰的传输方式以及复杂的部署场合，更具有低成本、高性价比的竞争优势。基于HDCVI技术的高清视频监控系统将保持与原模拟标清系统相当的成本，以同等的系统成本，体验到高清监控的魅力。

    表1：常见的监控技术对比

    系统解决方案

    HDCVI高清解决方案，主要采用HDCVI技术的DVR和同轴百万高清摄像机组成基础子系统。以DVR、NVS作为汇聚的节点设备，配合同轴百万高清摄像机采用星型拓扑部署。HDCVI技术的视频监控系统不仅在使用方式和安装方式上与模拟标清摄像机系统保持一致，用户操作也拥有同样的交互体验，传输介质更可以直接沿用标清系统中的同轴电缆、连接器等。施工部署人员无需额外学习大量专业的装配知识，对于线缆品质、连接工艺也均无特殊要求，完全继承了模拟标清系统的各项优点。新建工程在部署时不存在需要新培训的过程，改建工程可轻松实现基于原有系统的平滑过渡、无缝升级。

    HDCVI技术的产品对于用户而言，根据监控场景选择合适的摄像机；根据监控点数量选择足够接入通道的DVR；根据预定的录像时间选择合适容量的硬盘，便可以搭建高清监控系统。整个选型过程以及后续的安装、调试工作与传统标清时代的模拟监控系统几乎一致。唯一的区别在于硬盘容量的选取，考虑到高清视频监控时，视频码流较D1明显增大。以1280H格式的同轴百万高清监控系统为例，每一路产生相当于720P的编码数据，是D1时代的2倍以上，在选取硬盘时，就需要采用同等倍数的硬盘容量。

    HDCVI技术可以传输500米的高清视频信号，要求在设计系统时，摄像机与DVR之间的距离应不大于这个范围。在这个覆盖范围内，非常适合16路及以下的视频监控点的典型应用。在超过HDCVI传输范围的应用模型下，建议使用多台DVR组网方式搭建的典型应用，其中每台DVR覆盖有效距离内的监控点，且尽量平均每台DVR的接入数量。

    HDCVI新增的功能也给同轴百万高清系统带来新的特性，表现在音频、报警器等辅助视频监控设备的部署方案。距离摄像机较近，离DVR较远的音频监控设备、报警器，可以就近连接到摄像机上，利用HDCVI技术通过同轴电缆发送到DVR上，从而简化施工部署方案。

    技术发展趋势

    HDCVI传输技术目前已实现全功能应用，基于HDCVI技术的产品需要更广泛应用，通过体验技术已有优势和功能特性，进一步探索挖掘技术提升的需求。作为新兴的技术，在满足厂商和用户的好奇心外，更需要在实践中得到用户的认可。经过市场化的快速推进，这项新技术必将成长壮大，有望成为安防行业的高清视频传输标准之一。

    HDCVI技术的普及应用离不开产品的多样性和系统的完备性，作为新生的技术标准，需要厂家通过不懈努力，研发更多具有竞争力的产品。以系统化应用和极高的性价比，加速百万像素级高清视频监控的普及进度，完成模拟监控产业的结构化升级。

    结语

    在高清监控的发展趋势下，HDCVI高清监控解决方案是模拟监控系统升级的最佳选择。面对高清网络监控系统和HD-SDI监控系统的竞争，HDCVI技术将以更低的成本和贴近安防应用的优势，成为高清监控市场的一个重要成员。随着更多厂商的参与、新技术的提升与配套产品的完善，将推动技术和市场生态环境良性发展，加快安防行业全面转向高清监控。