模拟摄像机(CVBS,CVI,AHD,TVI,XVI)

在安防视频监控领域,模拟和数字,网络是相伴相生的。早期的安防摄像机都是模拟的(Analog),所谓模拟,是指它们模拟了表示声音、图像信息的物理量,将被拍摄目标的光信号转换为电信号,模拟信号的波形模拟着信息的变化。被拍摄物体的不同亮度对应于不同的亮度值,摄像机电子管中的电流会发生相应的变化。模拟信号就是利用这种电流的变化来表示或者模拟所拍摄的图像,记录下它们的光学特征,然后通过调制和解调,将信号传输给接收机,显示在屏幕上,还原成原来的光学图像。

常见的模拟摄像机按照分辨率可分为模拟标清摄像机和模拟高清摄像机。模拟摄像机一般使用BNC接头作为视频输出的接头。

CVBS摄像机

模拟标清摄像机也称为CVBS摄像机,所谓CVBS是指Composite Video Broadcast Signal,即复合同步视频广播信号。它以模拟波形来传输数据。复合视频中包含色差(色调和饱和度)和亮度(光亮)信息,并将它们同步在消隐脉冲中,用同一信号传输。

CVBS摄像机使用TVLine(电视行,电视线)来衡量分辨图像的能力。早期的CVBS模拟摄像机可以通过BNC头接入模拟监视器直接显示视频图像,而这种模拟监视器上图像的清晰度实际上就是相邻黑白水平线条的细致程度。所以模拟摄像机的清晰度的衡量单位也叫电视线,也称电视行(即TVLine),有时也称清晰度为解析度。模拟摄像机的解析度一般通过ISO12233图卡(Chart)来测试,并借助第三方工具,如ImaTest、HYRes、iSeetest等软件来读出实际数值。比如650线,意味着这个摄像机能最高能分辨测试图卡上标注为650数值附近的线条。

CVBS摄像机方案众多,每一个方案的核心是DSP和sensor两部分。早期的DSP方案主要有Sony的SS-1(2163), SS-11(3141/2),SS-11X(4103),SS-HQ1(3172), SS-2,Effio-E(SS4),Effio-P,Effio-A,Effio-V等。松下以D5为主D4,D5 MN673276,韩国的三星,NEXTCHIP处理器,台湾A-NOVA的ADP系列等。而sesnor主要也以Sony,松下,三星为主。以上不同的DSP和sensor组合可以设计出不同的摄像机方案。

Effio系列成为Sony在模拟标清监控摄像机时代最后的绝唱。 “Effio”是”Enhanced Features and Fine Image Processor”(增强功能和精细图像处理器)首字母缩写。Effio系列的最大解析度大约在750线-800线左右。这也是曾经模拟标清摄像机的最高解析能力。一个典型的Effio方案的摄像机的有效像素是976(水平)x 582(垂直),所以又被称为960H摄像机(水平方向有效像素大于960)。

Effio系列的推出时间大约是2009年,到2012年推出Effio-P方案。之后Sony将主要研发精力放在了CMOS上面,模拟标清摄像机也逐渐走到了尽头。

模拟高清摄像机

Sony放弃CCD,将主要精力转向CMOS是因为相同分辨率条件下,CMOS的成本要低很多,而且分辨率越高,成本差距越大,这意味着CCD不适合高分辨率的安防摄像机。安防摄像机走向高清,首先必须淘汰的就是CCD传感器。

CVI

首先站出来的是大华,其在2012年推出了名为HDCVI的模拟高清摄像机,这是一款革命性的产品。

HDCVI(High Definition Composite Video Interface)简称CVI,即高清复合视频接口,是一种基于同轴电缆的高清视频传输规范,采用模拟调制技术传输逐行扫描的高清视频。

HDCVI的主要技术特点是:

  • 使用同轴电缆传输模拟高清视频。距离可达300-500米;
  • 分辨率1280*720以上;
  • 可以同时传输音频,控制信号,报警信号等;
  • 视频没有编码,视频传输零延时;

HDCVI的发展历程

  • 2012年,CVI 1.0。CVI技术发布。
  • 2013-2014年,CVI2.0。完成CVI解决方案。
  • 2015-2016年,CVI3.0。2K HD产品推出,CVI产品完全适配,智能功能。
  • 2017年,CVI4.0。4K UHD CVI产品推出,PoC技术,广播质量的音频传输。
  • 2018年,CVI5.0。AI功能,星光全彩CVI产品。
  • 2019年,CVI6.0。4K实时CVI产品,增强型AI功能,AI编码,双向音频对讲。

AHD

2012年大华的CVI产品是一个很成功的模拟高清摄像机产品,之后陆续有很多安防摄像机芯片厂商进入这一领域。比如韩国的Nextchip,在2013年推出了名为AHD的模拟高清摄像机方案,并在2014年的安博会上推出了AHD2.0版本。

AHD即Analog HD,模拟高清,技术原理和大华的HDCVI基本一样。采用Y/C信号分离(亮度信号和色度信号分离)和模拟滤波技术,降噪技术,可以实现高清视频信号在同轴电缆上传输。

类似于CVI的版本形式,AHD陆续有AHD1.0,2.0,3.0,4.0版本推出。同时按照不同的分辨率划分为AHD-L(720P),AHD-M(130万),AHD-H(1080P),AHD-Q(3百万),AHD-G(4百万),AHD-U(5百万),AHD-Y(8百万)。

按照设计规划,AHD应该和CVI一样,可以支持双向音频,报警,控制信号传输,PoC等功能。可惜的是推出AHD4.0 8百万方案以后,Nextchip将研发的重点转向了车载摄像机领域,很多功能没有继续完善。其官网上应用于安防领域的AHD芯片链接似乎已经被移除了。

TVI

HD-TVI是High Definition Transport Video Interface的缩写,即高清传输视频接口,技术标准由Techpoint公司在2014年推出。TVI产品主要由海康威视在推动,其用意在于与大华的HDCVI产品竞争。TVI的技术特点和CVI基本完全一致,前端摄像机芯片由传统的ISP芯片+TVI发射芯片组成,后端DVR需要有专门的TVI接收芯片。

TVI标准从1.0到目前最新的5.0,支持视频,音频,PTZ控制信号同轴传输等。

作为CVI的追随者,TVI无论从摄像机效果,产品种类,还是市场占有率等各方面都明显落后于前者。

XVI

前面提到,Nextchip公司似乎停止了对安防领域AHD芯片方案的研发,作为之前AHD方案的主要推动者,雄迈于2016年推出了AHD的替代方案–XVI。XVI,应该就是Xiongmai Video Interface的缩写。XVI方案继承了AHD的所有特点,并做了进一步的发展和完善。比如更好的支持了同轴控制功能,支持了报警功能,人形侦测,人脸识别(需配合后端DVR),同时还创造性的提出了同轴摄像机升级功能(虽然用处不大)。

XVI发展历程:

  • XVI 1.0。支持H.264编码算法,预览支持XVI图像增强功能。
  • XVI 2.0。录像图像增强,色彩还原更真实,图像效果显著提升,尤其针对暗光环境。
  • XVI 3.0。支持H.265/H.265X编码,传统帧累积功能。
  • XVI 4.0。新增传统人形检测智能分析功能。
  • XVI 5.0。新增加AI图像增强功能、AI人形检测、AI人脸检测等智能功能。

总体上看,CVI图像效果最好,产品,功能最丰富。虽然大华开放了HDCVI标准,也对外售卖CVI摄像机芯片,但专门生产销售HDCVI产品的第三方厂商(尤其是CVI DVR厂商)还是屈指可数,影响了HDCVI产品的市场占有率。

AHD摄像机方案因为将ISP和AHD发射芯片二合一了,所以相对于CVI和TVI,有成本优势。目前主要提供AHD方案芯片的厂商是Nextchip和Fullhan,能生产和提供AHD前端摄像机方案和后端AHD DVR的厂商很多,其在低端市场占有率很高。然后前面提到Nextchip停止了AHD方案芯片在安防领域的进一步研发,AHD的市场逐渐被XVI取代。

参考资料:

  1. Nextchip AHD芯片
  2. 维基百科:CCTV
  3. 维基百科:Optical resolution
  4. 大华CVI技术
  5. 雄迈XVI技术
  6. Techpoint
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谈笑有鸿儒,
往来无白丁。

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