高清時(shí)代淺析高清視頻監控

        近兩年，是安防行業(yè)高速發(fā)展的時(shí)期，城市的現代化建設和經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及構建和諧社會(huì )的要求，對城市各行業(yè)系統的安防監控工作提出了許多新的要求和課題。同時(shí)，平安城市的建設、奧運會(huì )的承辦，都為安防行業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的平臺，促進(jìn)了行業(yè)內技術(shù)的發(fā)展。而安防行業(yè)中目前占有非常重要地位的視頻監控產(chǎn)品，在安防市場(chǎng)高速發(fā)展的同時(shí)，也暴露出許多問(wèn)題。  
 
　　隨著(zhù)視頻監控技術(shù)的高速發(fā)展，用戶(hù)對于視頻監控產(chǎn)品的要求也在不斷提高，清晰度要求更高，功能要求更加完善，性能要求更加穩定。如何看清機場(chǎng)、銀行、商場(chǎng)等場(chǎng)所人物的面部特征?如何看清高速行駛車(chē)輛的牌照?如何能夠迅速準確找到擁擠喧鬧的火車(chē)站、體育場(chǎng)館、廣場(chǎng)等場(chǎng)合的目標?……。這些都是視頻監控產(chǎn)品亟待解決的問(wèn)題。 

　　縱觀(guān)當前的視頻監控產(chǎn)品市場(chǎng)，可以說(shuō)是一個(gè)群雄并起的時(shí)代，出現了許多研發(fā)實(shí)力雄厚、市場(chǎng)占有率高的企業(yè)。但是這些企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展到一定階段，如今都進(jìn)入到了一個(gè)瓶頸時(shí)期。一個(gè)很重要的表現是市場(chǎng)上視頻監控產(chǎn)品同質(zhì)化現象嚴重，缺乏讓人“眼睛一亮”的產(chǎn)品。移動(dòng)偵測、聯(lián)動(dòng)報警、雙碼流、多路D1等產(chǎn)品，這些在一兩年前還是非常先進(jìn)的技術(shù)，而現在幾乎在所有的產(chǎn)品上都能夠實(shí)現了。產(chǎn)品同質(zhì)化帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題是，在許多項目上，產(chǎn)品的競爭已經(jīng)演化為簡(jiǎn)單的價(jià)格競爭，嚴重擠壓了廠(chǎng)商、工程商的利潤空間。 

　　視頻監控產(chǎn)品在經(jīng)歷了數字、網(wǎng)絡(luò )的兩個(gè)重要的發(fā)展階段之后，視頻監控產(chǎn)品的發(fā)展方向在哪里? 

　　一、高清需求突顯 

　　“讓我們看得更清楚”，這已經(jīng)是許多用戶(hù)在使用視頻監控產(chǎn)品時(shí)提出的一個(gè)非常迫切的需求。美國權威IT市場(chǎng)調研公司MultiMediaIntelligence的總裁馬克•柯?tīng)査固固岬搅送苿?dòng)視頻監控設備市場(chǎng)發(fā)展的四大技術(shù)因素:百萬(wàn)像素攝像機、高性能編解碼器、強大的分析技術(shù)、以及便于從閉路電視(CCTV)遷移到IP/聯(lián)網(wǎng)視頻監控的所有底層技術(shù)。從他的話(huà)里我們可以看到，這四大技術(shù)因素中的百萬(wàn)像素攝像機、高性能編解碼器以及IP網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，都與高清產(chǎn)品相關(guān)，代表了高清產(chǎn)品中采集、編解碼、網(wǎng)絡(luò )傳輸方面的發(fā)展方向。 

　　二、何謂高清? 

　　“高清視頻監控”已成為安防行業(yè)的熱門(mén)話(huà)題，越來(lái)越多的安防廠(chǎng)商也相繼推出了自己的“高清”監控產(chǎn)品?？v觀(guān)市場(chǎng)上的“高清”監控產(chǎn)品，我們發(fā)現不同的廠(chǎng)商對高清標準有著(zhù)不同的理解，“高清”效果也就不盡相同。那么，視頻監控行業(yè)“高清”的概念究竟是什么?什么才是真正的“高清”? 

　　我們先看一下數字電視技術(shù)對高清的定義。 

　　在廣播電視行業(yè)，數字電視高清視頻格式目前主要有三種：720P、1080i、1080P，其畫(huà)面寬高比定義為16:9。720P即是1280×720分辨率，1080i與1080P是1920×1080分辨率，后綴“i”和“p”分別表示隔行掃描與逐行掃描。其中，1080P是最高等級的高清視頻清晰度標準。對于快速移動(dòng)目標的圖像采集，相比隔行掃描，逐行掃描可以獲得更好的動(dòng)態(tài)圖像，隔行掃描將會(huì )產(chǎn)生圖像晃動(dòng)現象。 

　　安防行業(yè)對高清還沒(méi)有統一的標準，參考廣播電視行業(yè)對數字電視高清標準定義，業(yè)內人士普遍認同高清至少要達到或超過(guò)720P(1280×720分辨率)。 

　　三、網(wǎng)絡(luò )化是高清應用的基礎 

　　要實(shí)現真正的高清監控，必須從視頻源的采集、視頻信號的編碼壓縮、視頻信號的傳輸、視頻的瀏覽、錄像文件的回放等環(huán)節全面支持高清。對客戶(hù)而言，高清只有在包含了前端、平臺、存儲、瀏覽、顯示等各個(gè)環(huán)節時(shí)才有意義。 

　　采集后未經(jīng)壓縮的高清視頻信號有模擬和數字兩種傳輸方式，模擬傳輸一般采用YPbPr分量傳輸，一路高清視頻信號需要三根同軸線(xiàn)纜同時(shí)傳輸。數字傳輸一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸，其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米，不適合用于監控傳輸，而HD-SDI雖可以傳輸百米左右，但對同軸電纜的要求很高，線(xiàn)纜的價(jià)格也非常昂貴。但是，如果在前端就對高清視頻進(jìn)行高效壓縮處理，然后通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳輸的話(huà)，其傳輸成本與標清監控網(wǎng)絡(luò )化傳輸成本相當。 

　　目前DVR的視頻信號處理，分為視頻采集和視頻編碼兩個(gè)部分。在視頻信號采集部分，目前大多數的DVR都是模擬視頻輸入，均采用BNC接口的CVBS(即復合視頻信號)信號輸入。復合視頻信號的最大分辨率是D1，DVR內部對于復合視頻信號是按照D1分辨率采集、量化的。目前DVR均無(wú)YPbPr的模擬分量接口，或DVI、HDMI、HD-SDI等數字視頻接口。在編碼部分，DVR對每路采集的視頻信號可以編碼成CIF、2CIF、DCIF、D1等分辨率，但編碼最大分辨率只能為D1，不具備編720p或1080i、1080p的編碼能力。因此，目前的DVR無(wú)法實(shí)現高清監控。 

　　可見(jiàn)，要實(shí)現高清監控，得從整個(gè)監控系統考慮高清，而網(wǎng)絡(luò )化是高清監控系統應用的基礎。 

　　四、高清網(wǎng)絡(luò )攝像機是高清監控的前提 

　　模擬產(chǎn)品與數字化的高清產(chǎn)品相比，存在著(zhù)許多設計上的缺陷，使得它在目前的技術(shù)架構上很難在分辨率、幀率等方面有大的提高。拿清晰度來(lái)說(shuō)，現有的CCTV模擬監控系統，攝像機采集垂直分辨率，PAL制式下625掃描線(xiàn)，現有的超高清產(chǎn)品所達到的540、600線(xiàn)基本已到模擬系統的極限。而網(wǎng)絡(luò )攝像機還沒(méi)有上限(百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機可以輕松看到1000線(xiàn)以上)。所以目前市場(chǎng)上用于監控的高清攝像機均是網(wǎng)絡(luò )攝像機。 

　　高清網(wǎng)絡(luò )攝像機是指能按大于12FPS 連續采集最大分辨率大于720P(1280*720)，甚至達到或超過(guò)1080P(分辨率1920*1080)的網(wǎng)絡(luò )攝像機。滿(mǎn)足上面高清定義中720P標準時(shí)，可被理解為百萬(wàn)像素級別，因此我們也稱(chēng)高清網(wǎng)絡(luò )攝像機為百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機，百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機較傳統模擬攝像機、普通網(wǎng)絡(luò )攝像機具如下優(yōu)勢： 

　　采用百萬(wàn)像素傳感器，能獲得更多的視頻信息，一般可達1280×1024、1392×1024、1628×1236甚至2048×1536的分辨率;

　　采用百萬(wàn)像素鏡頭，在同樣的環(huán)境中測試普通鏡頭與百萬(wàn)像素鏡頭，百萬(wàn)像素鏡頭可以更好地配合百萬(wàn)像素傳感器，獲取到更清晰的圖像。 

　　圖象顯示質(zhì)量更高，能夠更好地捕捉細節; 

　　逐行掃描CCD/COMS動(dòng)態(tài)畫(huà)面表現更流暢; 

　　可支持HDTV的寬屏輸出模式(16:9); 

　　覆蓋面更廣，相同監視區域可以替代原有的多個(gè)固定點(diǎn)攝像機和一個(gè)全方位攝像機。 

　　攝像機的清晰度取決于傳感器性能，CCD與CMOS兩種感光元件相比，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪點(diǎn)控制、高質(zhì)量圖像輸出、動(dòng)態(tài)影像表現方面都要優(yōu)于COMS，所以模擬攝像機與標清網(wǎng)絡(luò )攝像機大多選擇CCD作為感光元件。但CCD的響應速度較低，不適用于高清監控攝像機采用的高分辨率逐行掃描方式，因此高清網(wǎng)絡(luò )攝像機普遍采用CMOS感光元件。 

　　圖像壓縮格式直接決定了對傳輸網(wǎng)絡(luò )、錄像存儲、后端處理的要求，也很大程度影響著(zhù)圖像品質(zhì)。目前在高清網(wǎng)絡(luò )攝像機中被廣泛采用的圖像壓縮技術(shù)有JPEG/MPEG-4/H.264三種方式，每種壓縮方式有不同的特點(diǎn)。如JPEG能獲得最高的單幅畫(huà)面質(zhì)量，且對攝像機本身的處理平臺要求也較低，但對連續圖像壓縮占用帶寬最大;H.264可以獲得最高的壓縮比，但對攝像機本身處理平臺要求也最高。為適應各種不同的應用需求和網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，比較高端的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機都同時(shí)具備這三種編碼能力及雙碼流、多碼流功能。
 
　　五、高清監控面臨的問(wèn)題 

　　高清網(wǎng)絡(luò )攝像機使圖像清晰度有了質(zhì)的飛躍，但是也給高清監控系統帶來(lái)了一系列現實(shí)的問(wèn)題：

　　網(wǎng)絡(luò )帶寬緊張：分辨率越大、清晰度超高，意味著(zhù)在進(jìn)行數據傳輸的時(shí)候碼流也會(huì )增大，增加網(wǎng)絡(luò )帶寬壓力。

　　存儲空間龐大：數據流量的翻倍，增大了錄像容量，給網(wǎng)絡(luò )存儲帶來(lái)壓力。

　　對中心控制、管理軟件和硬件性能的要求成倍增長(cháng);

　　對于記錄視頻圖像的管理和事后分析的工作量也將成倍增長(cháng);

　　投資成本高昂。

　　因此，在追求高畫(huà)質(zhì)的同時(shí)，我們也要為客戶(hù)考慮解決以上問(wèn)題。

　　六、高清監控按需應用 

　　上述高清監控面臨的技術(shù)挑戰可以通過(guò)應用來(lái)解決。根據目前的現狀，用戶(hù)不應該盲目追求高清。如果所有前端監控點(diǎn)都使用高清網(wǎng)絡(luò )攝像機，且全部采用實(shí)時(shí)高清傳輸的話(huà)，對后端的存儲和傳輸會(huì )造成很大壓力，并造成成本和效率的浪費。所以，應根據用戶(hù)的需求設計適合的解決方案，比如在高危場(chǎng)所設計安裝高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機，正常情況下只采用普通分辨率(CIF、D1)來(lái)傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像，而在報警條件發(fā)生時(shí)以高像素的JPEG形式傳輸高分辨率的圖像，以便于事后放大觀(guān)看，掌控細節。這樣就可以大大緩解網(wǎng)絡(luò )壓力、存儲壓力、降低投資成本等。

　　目前市面上出現了三碼流高清網(wǎng)絡(luò )攝像機，支持JPEG/MPEG-4/H.264三種不同的視頻壓縮格式，可以根據客戶(hù)實(shí)際情況設置這三種碼流。比如：將較低碼流的H.264視頻壓縮格式的D1圖像傳向遠端給客戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監看，同時(shí)將百萬(wàn)像素的H.264視頻壓縮格式實(shí)時(shí)圖像傳入存儲服務(wù)器進(jìn)行錄像，另外還可以在報警的時(shí)候傳輸百萬(wàn)像素的JPEG圖像，便于事后進(jìn)行放大確認，尋找可疑對象等。

      總之，我們要遵循以下原則：在平時(shí)傳輸占用帶寬較小的實(shí)時(shí)圖像，而在關(guān)鍵時(shí)候傳輸圖像效果好的高清圖像。

　　七、結束語(yǔ)

　　高清監控應用的時(shí)代，正在向我們撲面而來(lái)!開(kāi)放、標準是推動(dòng)高清發(fā)展的催化劑。全高清監控應用的普及還有很長(cháng)一段路要走。聯(lián)特微將在年底推出自己的200萬(wàn)像素的網(wǎng)絡(luò )攝像機，走進(jìn)高清時(shí)代。