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视频监控系统中的分辩率知识分享

发布部门:技术部   发布人:广聚电子   发布日期:2014-04-23   阅读次数:3339

    QCIF全称Quarter Common Intermediate Format。QCIF是常用的标准化图像格式。在H.323协议簇中,规定了视频采集设备的标准采集分辨率QCIF = 176×144像素。
    CIF是常用的标准化图像格式(Common Intermediate Format)。在H.323协议簇中,规定了视频采集设备的标准采集分辨率CIF = 320×288像素。
    D1是数字电视系统显示格式的标准,采集分辨率D1=720x576像素。

一、DCIF分辨率的视频图像来历:
    将奇、偶两个HALF D1,经反隔行变换,组成一个D1(720*576),D1作边界处理,变成4CIF(704×576),4CIF经水平3/4缩小、垂直2/3缩小,转换成528×384,528×384的像素数正好是CIF像素数的两倍,为了与常说的2CIF(704*288)区分,我们称之为DOUBLE CIF,简称DCIF。(显然,DCIF在水平和垂直两个方向上,比Half D1更加均衡。) CIF格式具有如下特性:
  (1) 电视图像的空间分辨率为家用录像系统(Video Home System,VHS)的分辨率, 即352×288。
  (2) 使用非隔行扫描(non-interlaced scan)。
  (3) 使用NTSC帧速率,电视图像的最大帧速率为30 000/1001≈29.97幅/秒。
  (4) 使用1/2的PAL水平分辨率,即288线。
  (5) 对亮度和两个色差信号(Y、Cb和Cr)分量分别进行编码,它们的取值范围同ITU-R BT.601。即黑色=16,白色=235,色差的最大值等于240,最小值等于16。
    下面为5种CIF 图像格式的参数说明。参数次序为“图象格式 亮度取样的象素个数(dx) 亮度取样的行数 (dy) 色度取样的象素个数(dx/2) 色度取样的行数(dy/2)”。
    目前监控行业中主要使用QCIF(176×144)、CIF(352×288)、HALF D1(704×288)、D1(704×576)等几种分辨率,CIF录像分辨率是主流分辨率,绝大部分产品都采用CIF分辨率。目前市场接受CIF分辨率,主要理由有四点: 
  1、目前数码监控要求视频码流不能太高;
  2、视频传输带宽也有限制;
  3、使用HALF D1、D1分辨率可以提高清晰度,满足高质量的要求,但是以高码流为代价的。在现阶段,出现了众多D1的产品,但市场份额非常小; 
  4、采用CIF分辨率,信噪比在32db以上,一般用户是可以接受的,但不是理想的视频图像质量。目前业内人士正在尝试用HALF D1来寻求CIF、D1之间的平衡。但随着单块硬盘的容量达到750GB甚至1000GB,而国内的大部分DVR已经可以做到连接8块1000GB的硬盘,故D1逐渐会变成时常的主流。

二、为什么选用DCIF分辨率?
    数字化监控行业对数字监控产品提出两项要求:首先要求数据量低,保证系统能够长时间录像和稳定实时的网络传输;其次要求回放图像清晰度高,满足对细节的要求。而DCIF分辨率在目前的软硬件平台上,能很好的满足以上两项要求。 Half D1分辨率已被部分产品采用,用来解决CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点。但由于他相对于CIF只是水平分辨率的提升,图像质量提高不是特别明显,但码流增加很大。
    经过对大量视频信号进行测试,基于目前的视频压缩算法,DCIF分辨率比Half D1能更好解决CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点,用来解决CIF和4CIF,特别是在512Kbps码率之间,能获得稳定的高质量图像,满足用户对较高图像质量的要求,为视频编码提供更好的选择。
    CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点分辨率,静态回放分辨率理论上最高可达360TVline的图像质量,超过模拟监控中标准VHS磁带录像机280TVline的图像水平,达到公安部安防行业视频标准二级和三级项目的清晰度要求,满足绝大部分视频监控的要求。
    D1分为以下5种规格:
    D1:480i格式(525i):720×480(水平480线,隔行扫描),和NTSC模拟电视清晰度相同,行频为15.25kHz,相当于我们所说的4CIF(720×576)。
    D2:480P格式(525p):720×480(水平480线,逐行扫描),较D1隔行扫描要清晰不少,和逐行扫描DVD规格相同,行频为31.5kHz
    D3:1080i格式(1125i):1920×1080(水平1080线,隔行扫描),高清放松采用最多的一种分辨率,分辨率为1920×1080i/60Hz,行频为33.75kHz
    D4:720p格式(750p):1280×720(水平720线,逐行扫描),虽然分辨率较D3要低,但是因为逐行扫描,市面上更多人感觉相对于1080I(实际逐次540线)视觉效果更加清晰。不过个人感觉来说,在最大分辨率达到1920×1080的情况下,D3要比D4感觉更加清晰,尤其是文字表现力上,分辨率为1280×720p/60Hz,行频为45kHz
D5:1080p格式(1125p):1920×1080(水平1080线,逐行扫描),目前民用高清视频的最高标准,分辨率为1920×1080P/60Hz,行频为67.5KHZ。
    其中D1和D2标准是我们一般模拟电视的最高标准,并不能称的上高清晰,D3的1080i标准是高清晰电视的基本标准,它可以兼容720p格式,而D5的1080P只是专业上的标准,并不是民用级别的,上面所给出的60HZ只是理想状态下的场频,而它的行频为67.5KHZ,目前还没有如此高行频的电视问世,实际在专业领域里1080P的场频只有24HZ,25HZ和30HZ。

三、QCIF,CIF,4CIF,D1,720P,1080I,1080P 分辩率、清晰度及其应用
    现在市场有很多摄像头、口腔内窥镜,像素标称相差甚多,这是恶劣竞争的结果。我们在坚持着事实求是时,却时常受到客户的怀疑,当然现在也有更多用户逐渐成熟起来,懂得分辨真假。如很多厂家称目前PAL/NSTC信号输出的口腔内窥镜有200、300、500万像素,专业人士明白一旦是PAL/NSTC信号输出,就意味着它是模拟信号,属于D1的分辨率,最多也就720X576,等于多少像素大家一看便知,请看下面内容:
  1、sub-QCIF 128×96
    目前监控行业中主要使用Qcif(176×144)、CIF(352×288)、HALF D1(704×288)、D1(704×576)等几种分辨率。 
  2、QCIF全称Quarter common intermediate format.
    在H.323协议簇中,规定了视频采集设备的标准采集分辨率.QCIF = 176×144像素.
  3、CIF(Common Intermediate Format).
    在H.323协议簇中,规定了视频采集设备的标准采集分辨率.CIF = 352×288像素
    CIF格式具有如下特性:
    (1) 电视图像的空间分辨率为家用录像系统(Video Home System,VHS)的分辨率,即352×288.
    (2) 使用非隔行扫描(non-interlaced scan).
    (3) 使用NTSC帧速率,电视图像的最大帧速率为30 000/1001≈29.97幅/秒.
    (4) 使用1/2的PAL水平分辨率,即288线.
    (5) 对亮度和两个色差信号(Y、Cb和Cr)分量分别进行编码,它们的取值范围同ITU-R BT.601.即黑色=16,白色=235,色差的最大值等于240,最小值等于16.下面为5种CIF 图像格式的参数说明.参数次序为“图象格式 亮度取样的象素个数(dx) 亮度取样的行数 (dy) 色度取样的象素个数(dx/2) 色度取样的行数(dy/2)”
    CIF录像分辨率是主流分辨率,绝大部分产品都采用CIF分辨率。市场接受CIF分辨率,主要理由有四点: 
    (1) 目前数码监控要求视频码流不能太高;
    (2) 视频传输带宽也有限制;
    (3) 使用HALF D1、D1分辨率可以提高清晰度,满足高质量的要求,但是以高码流为代价. 4、采用CIF分辨率,信噪比在32db以上,一般用户是可以接受的,但不是理想的视频图像质量.
  4、4CIF 704×576 (即我们经常说的D1)
    什么是D1? 做闭路电视监控系统这一行久了,大家都以为D1是硬盘录像机显示、录像、回放的分辨率,实际上不是的,D1是数字电视系统显示格式的标准,共分为以下5种规格: D1:480i格式(525i):720×576(480?)(水平480线,隔行扫描),和NTSC模拟电视清晰度相同,525条垂直扫描线,483条可见垂直扫描线,4:3 或16:9,隔行/60Hz,行频为15.25KHz,相当于我们所说的4CIF(704×576)。
    D2:480P格式(525p):720×576(480?)(水平480线,逐行扫描),较D1隔行扫描要清晰不少,和逐行扫描DVD规格相同,525条垂直扫描线,480条可见垂直扫描线,4:3 或 16:9,分辨率为640×480(?),逐行/60Hz,行频为31.5KHz。
    D3:1080i格式(1125i):1920×1080(水平1080线,隔行扫描),是标准数字电视显示模式,1125条垂直扫描线,1080条可见垂直扫描线,16:9,分辨率为1920×1080,隔行/60Hz,行频为33.75KHz。
    D4:720p格式(750p):1280×720(水平720线,逐行扫描),是标准数字电视显示模式,750条垂直扫描线,720条可见垂直扫描线,16:9,分辨率为1280×720,逐行/60Hz,行频为45KHz。
    虽然分辨率较D3要低,但是因为逐行扫描,市面上更多人感觉相对于1080I(实际逐次540线)视觉效果更加清晰.不过个人感觉来说,在最大分辨率达到1920×1080的情况下,D3要比D4感觉更加清晰,尤其是文字表现力上,分辨率为1280×720p/60Hz,行频为45kHz。
    D5:1080p格式(1125p):1920×1080(水平1080线,逐行扫描),目前民用高清视频的最高标准,分辨率为1920×1080P/60Hz,行频为67.5KHZ. 是标准数字电视显示模式,1125条垂直扫描线,1080条可见垂直扫描线,16:9,专业格式。60HZ只是理想状态下的场频,而它的行频为67.5KHZ,在专业领域里1080P的场频只有24HZ,25HZ和30HZ.电影是以每秒24幅的方式播放胶片的。以1080p/24Hz方式拍摄的数字图像可以无损失的传送到DLP/D-ILA等数字电影投影机上,以电影格式播放。1080p/24Hz是为电影准备的一种格式。如果采用1080p/25Hz格式拍摄高清晰度内容,则可以方便地将每一帧完整的1080p图像拆成两帧隔行扫描的1080i图像。这样1080p/25Hz格式就变成了1080i/50Hz的图像,方便应用于欧洲和中国这些原PAL制国家的数字高清晰度电视。同理,1080p/30Hz上也可以在拍摄完毕后方便地转换为1080i/60Hz的图像,方便应用于美国ATS和日本ISDB等原NTSC制模拟电视国家。
    其中D1和D2标准是我们一般模拟电视的最高标准,并不能称的上高清晰,D3的1080i标准是高清晰电视的基本标准,它可以兼容720p格式,需要指出的一点是,D端子是日本独有的特殊接口,国内电视不带这种接口的,最多的是色差接口,而色差接口最多支持到D4,理论上肯定没有HDMI(纯数字信号,支持到1080P)的最高清晰度高,但在1920:1080以下分辨率的电视机上,一般也没有很大差别. 1080P,就是能够显示1920*1080的节目,但是电视机本身并不具有1920*1080的物理分辨率,只是把1920*1080的图像经过处理降低到电视实际的物理分辨率后,显示出来。32英寸的液晶电视物理分辨率为1366*768,但是说明书上可能标明的是1080P,就是把1920*1080的图像处理成1366*768的显示出来。这个1080P是最高分辨率或显示分辨率,只代表这个电视机可以接收1920*1080的信号,但是显示的时候就不是1920*1080了。 FULL HD 就是能够完全显示1920*1080像素或者说物理分辨率达到1920*1080的平板电视机。如果收看HDTV节目,要想达到最佳效果,需要使用FULL HD电视。需要注意的是,FULL HD和先前很多厂家宣传的1080P并不是同样的概念。
  5、DCIF:528×384经过研究发现一种更为有效的监控视频编码分辨率(DCIF),其像素为528×384.DCIF分辨率的是视频图像来历是将奇、偶两个HALF D1,经反隔行变换,组成一个D1(720*576),D1作边界处理,变成4CIF(704×576),4CIF经水平3/4缩小、垂直2/3缩小,转换成528×384.
  6、16CIF 1408×1152
    国内主流的硬盘录像机(DVR,Digital Video Recording)采用什么分辨率?怎样计算硬盘容
量?
    国内主流的硬盘录像机采用两种分辨率:CIF和4CIF(D1),分为两种型号.
    硬盘录像机常见的路数有1路、4路、8路和16路.最大可以连接8块2000GB的硬盘 如果采用CIF分辨率,通常计算编码为H.264的硬盘录像机的录像的硬盘容量为180MB~320MB/小时,如果是D1的分辨率每小时录像需要的硬盘容量为720MB~1500MB/小时. 528×384的像素数正好是CIF像素数的两倍,为了与常说的2CIF(704*288)区分,我们称之为DOUBLE CIF,简称DCIF.显然,DCIF在水平和垂直两个方向上,比Half D1更加均衡.

四、为什么选用DCIF分辨率?
    数字化监控行业对数字监控产品提出两项要求:
    首先要求数据量低,保证系统能够长时间录像和稳定实时的网络传输;
    其次要求回放图像清晰度高,满足对细节的要求. 
    DCIF分辨率在目前的软硬件平台上,能很好的满足以上两项要求. Half D1分辨率已被部分产品采用,用来解决CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点.但由于他相对于CIF只是水平分辨率的提升,图像质量提高不是特别明显,但码流增加很大.基于目前的视频压缩算法,DCIF分辨率比Half D1能更好解决CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点,用来解决CIF和4CIF,特别是在512Kbps码率之间,能获得稳定的高质量图像, 解决CIF清晰度不够高和D1存储量高、价格高昂的缺点,静态回放分辨率理论上最高可达360TVline的图像质量,超过模拟监控中标准VHS磁带录像机280TVline的图像水平,达到公安部安防行业视频标准二级和三级项目的清晰度要求,满足绝大部分视频监控的要求。

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