TV市場正迅速向高清電視（HDTV）發(fā)展。這種變化顯著改善了圖像質(zhì)量和色彩保真度。與傳統(tǒng)模擬TV相比，HDTV的分辨率最高可達(dá)到前者的五倍，線性分辨率可達(dá)到前者的兩倍。此外，HDTV還具有寬屏格式和DVD質(zhì)量音頻。
HDTV消費(fèi)市場的增長同樣非?？臁?007年，HDTV在美國家庭的普及率約為 35%。據(jù)估計，85%的觀眾到2012年家里都將擁有一臺HDTV電視機(jī)。實(shí)際上，目前生產(chǎn)的所有電視幾乎都是高清電視。當(dāng)今的兩個最重要HDTV 標(biāo)準(zhǔn)是SMPTE296M和SMPTE274M，它們由SMPTE（美國電影電視工程師協(xié)會）定義。
一、HDTV對視頻監(jiān)控市場的影響
隨著客戶紛紛要求更高圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這種發(fā)展現(xiàn)在開始影響視頻監(jiān)控市場。這種更清晰、更逼真的圖像正是監(jiān)控行業(yè)長期苦苦追尋的，尤其是在那些具有移動對象或精確識別至關(guān)重要的應(yīng)用中。
值得注意的是，百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以滿足其中的一些要求。然而，“百萬像素”概念并不是一個公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，而只是行業(yè)采用的一個最佳實(shí)踐，它具體指數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的圖像傳感器元素的數(shù)量。由于高分辨率往往伴隨著大量的圖像數(shù)據(jù)，這常常會影響幀速率。因此，僅僅有百萬像素攝像機(jī)還不能保證高圖像質(zhì)量。
相比之下，滿足任何給定HDTV標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一定能夠提供某種分辨率、幀速率和色彩保真度，從而始終確保視頻質(zhì)量。
二、HDTV的發(fā)展歷程
HDTV與傳統(tǒng)模擬TV的根本差異就在于在每個屏幕中構(gòu)成圖像信息的像素數(shù)量。在20世紀(jì)下半葉，兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)著市場，即PAL和NTSC。
PAL（逐行倒相）出現(xiàn)在歐洲和亞洲大部分地區(qū)。它是這樣一個系統(tǒng)，當(dāng)頻率在50Hz時達(dá)到576電視線 (TVL)，幀速率達(dá)到25幀/秒（fps）。北美和中美以及亞洲一些地區(qū)選擇 NTSC（美國國家電視系統(tǒng)委員會）。該系統(tǒng)在60Hz（30fps）時能夠廣播480電視線。
高分辨率電視的歷史可以追溯到1958年。蘇聯(lián)軍隊率先開發(fā)能夠提供極其清晰和生動圖像的技術(shù)。他們的電視會議，即Тransformator系統(tǒng)能夠產(chǎn)生包含1125線分辨率的圖像。10年后，日本廣播公司NHK開發(fā)了第一個商用系統(tǒng)。
漫長的發(fā)展過程并不是因為人們的淡漠或公眾需求的缺乏。相反，HDTV和顯著提高的圖像質(zhì)量極大地激發(fā)著全球消費(fèi)者的興趣。行業(yè)也逐漸認(rèn)識到日益增長的大眾市場的潛力。然而要滿足這些需求，仍要解決一個問題：更高效的壓縮技術(shù)將不可避免地廣播大量隨HDTV而來的數(shù)據(jù)。例如，在美國實(shí)驗的HDTV系統(tǒng)曾因它們的高帶寬要求而被拒絕。一般地，早期的廣播系統(tǒng)要求的帶寬是標(biāo)準(zhǔn)清晰度廣播所要求帶寬的兩到四倍，只有通過衛(wèi)星傳送才能實(shí)現(xiàn)。人們不久就發(fā)現(xiàn)，成功的HDTV標(biāo)準(zhǔn)需要更好的效率。人們還了解到，只有數(shù)字系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)想要的結(jié)果，但類似系統(tǒng)還沒有開發(fā)。
隨著MPEG 壓縮標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，20世紀(jì)90年代初取得了第一次重大突破。MPEG 壓縮標(biāo)準(zhǔn)基于NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗室巡航導(dǎo)彈開發(fā)的圖像識別研究。隨后在1993年，又出現(xiàn)了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步刺激了這方面的開發(fā)。MPEG 與國際電信聯(lián)盟（ITU）的視頻編碼專家組的合作項目最終產(chǎn)生了 H.264 標(biāo)準(zhǔn)，也稱為MPEG-4Part10/AVC。這種壓縮技術(shù)不僅使HDTV廣播成為可能，從經(jīng)濟(jì)角度看也更加可行。
三、HDTV的工作原理
由于分辨率是標(biāo)準(zhǔn)模擬TV分辨率的5倍，HDTV實(shí)現(xiàn)了圖像質(zhì)量的一個巨大飛躍。這意味著更清晰的圖像、更好的色彩保真度和寬屏格式，即16:9比例。
NTSC和HDTV的不同屏幕縱橫比
HDTV廣播系統(tǒng)采用三個主要參數(shù)進(jìn)行識別：幀大小、掃描系統(tǒng)和幀速率。
幀大小。幀大小指水平像素數(shù)與垂直像素數(shù)的乘積，如1280x720或1920x1080。水平像素數(shù)經(jīng)常忽略，因此它暗含在上下文中。因此，不同系統(tǒng)通常指720或1080，然后再加上字母i或p（根據(jù)所采用的掃描方式）。傳統(tǒng)電視通常以704x576i或704x480i進(jìn)行廣播，HDTV上的可視信息是它的2-5倍。
掃描。有兩種掃描技術(shù)：隔行掃描和逐行掃描，分別用字母i和p加以識別。隔行掃描最初是以一種在不消耗額外帶寬的情況下提高視頻信號的圖像質(zhì)量的方法引入的，并很快在傳統(tǒng)的模擬電視機(jī)中得到普及。簡單地說，這種技術(shù)把每個幀分為兩個所謂的場。 掃描從左上角開始，一直掃描到右下角，跳過途中的每個交替行。因此，隔行視頻的信號帶寬只有原來的二分之一，從而實(shí)現(xiàn)了更高的刷新速率，減少閃爍，改進(jìn)移動圖像。
然而，隔行視頻也有一些不足。例如，如果物體移動的很快，當(dāng)捕捉每個單獨(dú)場時，它們將處于不同位置。 這可能導(dǎo)致所謂的移動偽象。 通常，這些偽象是看不見的，然而如果視頻的顯示速度比視頻捕捉的速度慢，或者作為靜止幀顯示時，它們才會出現(xiàn)。另一個可能的問題稱為行間抖動，當(dāng)圖像中包含的垂直細(xì)節(jié)大小接近于這種視頻格式的水平分辨率時就會出現(xiàn)這個問題。使用逐行掃描可以避免這些限制。這種技術(shù)以單幀捕捉、傳輸和顯示圖像中的所有行。 逐行進(jìn)行掃描，從上到下。換句話說，捕捉的圖像不是像隔行掃描那樣分成獨(dú)立的場，因此實(shí)際上沒有“閃爍”效果。
在監(jiān)控應(yīng)用中，這對瀏覽移動圖像（如正在跑動的人或正在移動的車輛）中的細(xì)節(jié)非常重要。這種技術(shù)的另一個優(yōu)勢就是可以使用單幀來制作paper copies，質(zhì)量幾乎同照片一樣。例如，如果材料被作為法院的證據(jù)，這就顯得至關(guān)重要。當(dāng)然，這些潛在優(yōu)點(diǎn)必須與逐行掃描的更多帶寬要求進(jìn)行權(quán)衡。
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左側(cè)，全幅JPEG圖像（704x576像素）來自使用隔行掃描的模擬攝像機(jī)。右側(cè)，全幅JPEG 圖像（640x480像素）來自使用逐行掃描技術(shù)的安訊士網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。兩個攝像機(jī)使用同類鏡頭，而且車速也相同，即20km/h(15mph)。 兩幅圖的背景都非常清晰。然而，只有在使用逐行掃描技術(shù)的圖像中才能看見駕駛員。
幀速率。幀速率定義為每秒的圖像幀數(shù)量（fps）。對于隔行掃描系統(tǒng)，這一數(shù)量通常指場率，這意味著幀數(shù)量通常是場數(shù)量的兩倍，因為每幀是兩個場。
歷史上，最棘手的一個問題是關(guān)于適合的幀/場刷新速率的。世界各國曾分為支持25/50fps和支持30/60fps的兩大陣營，這很大程度上是因為電源供給的頻率，這反過來又影響了圖像穩(wěn)定性。盡管如此，兩個系統(tǒng)都遵從HDTV，因此也滿足視頻監(jiān)控的全幀速率要求。
四、HDTV標(biāo)準(zhǔn)化
MPEG-1壓縮標(biāo)準(zhǔn)的引入為數(shù)字TV奠定了基礎(chǔ)，并且刺激了現(xiàn)代TV標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍內(nèi)的開發(fā)。當(dāng)今，最重要的HDTV標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)是美國電影電視工程師協(xié)會（SMPTE）。該組織是電影、電視、視頻和多媒體的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)和權(quán)威實(shí)踐領(lǐng)域公認(rèn)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，目前已定義了兩個最重要的標(biāo)準(zhǔn)：SMPTE296M與SMPTE274M。
從根本上說，SMPTE296M定義了采用逐行掃描的1280x720像素分辨率，而SMPTE274M定義了采用隔行或逐行掃描的1920x1080像素分辨率。有了諸如MPEG-2與H.264的數(shù)字壓縮方法，一條模擬TV頻道的帶寬足以傳輸高達(dá)5個常規(guī)數(shù)字TV頻道，或使用逐行掃描的兩個HDTV頻道。
五、HDTV格式
HDTV通常采用16:9的寬屏縱橫比，以及帶有逐行掃描的1920像素水平分辨率。因此，這就實(shí)現(xiàn)了2073600(1920x1080)像素的幀分辨率。幀速率可以變化，而且在字母p后指定，例如：1080p30或1080p50。其他HDTV格式為1080i與720p。屏幕縱橫比對所有三種格式都是一樣的，即16:9。1080i用隔行掃描顯示1920x1080行，而720p用逐行掃描顯示1280x720(921600)像素。
六、HDTV在視頻監(jiān)控中的優(yōu)勢
采用逐行掃描時，具有HDTV性能的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了真色彩表示和清晰的圖像，即使對象快速移動。這使得HDTV成為那些需要更多圖像細(xì)節(jié)的監(jiān)控場所最具吸引力的一個解決方案，如零售店、機(jī)場、入境護(hù)照檢查、娛樂場和高速公路。
這種質(zhì)量發(fā)展是人們一直苦苦追尋的目標(biāo)，然而直到視頻壓縮技術(shù)發(fā)展到一定水平時才得以實(shí)現(xiàn)。H.264標(biāo)準(zhǔn)是一個需要許可證才能使用的開放標(biāo)準(zhǔn)，可降低數(shù)字音頻文件的大小，同時不會影響圖像質(zhì)量。與MotionJPEG格式相比，數(shù)字音頻文件的大小可減小80%，而與 MPEG-4Part2相比，可減 50%。由于其靈活性以及帶寬和存儲的經(jīng)濟(jì)性，H.264有望比以前的壓縮標(biāo)準(zhǔn)采用范圍更廣泛。
毫無疑問，H.264是在視頻監(jiān)控中引入HDTV的先決條件。同時，有效的壓縮實(shí)現(xiàn)了高分辨率、高幀速率和16:9屏幕縱橫比。
HDTV基于方塊像素，類似于計算機(jī)屏幕，因此來自網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品的HDTV視頻既可以在HDTV屏幕上顯示，也可以在標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)監(jiān)視器上顯示。然而，在逐行掃描HDTV視頻中，當(dāng)視頻由計算機(jī)處理或在計算機(jī)屏幕上顯示時，不需要應(yīng)用轉(zhuǎn)換或去隔行技術(shù)。
七、結(jié)論
高清電視帶來的圖像質(zhì)量改進(jìn)已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，并且?guī)砹藰O大消費(fèi)市場需求。類似趨勢也同樣出現(xiàn)在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控市場中。符合HDTV的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)能夠提供遵從國際標(biāo)準(zhǔn)的分辨率、色彩表示、16:9屏幕縱橫比和幀速率，使其成為那些需要高質(zhì)量圖像的監(jiān)控環(huán)境的極具吸引力的解決方案。
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