未來(lái)視頻監控之巨星：高清網(wǎng)絡(luò )攝像機

　　隨著(zhù)社會(huì )不斷進(jìn)步，經(jīng)濟快速發(fā)展和技術(shù)突飛猛進(jìn)，公共秩序安全、生產(chǎn)安全、財產(chǎn)安全等越來(lái)越受到人們的重視，從而使以視頻信息為特征的視頻監控更廣泛地被應用在各行業(yè)領(lǐng)域，從傳統的安防監控向管理和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)監控發(fā)展，從室內到無(wú)人值守特定場(chǎng)合應用的監控。

　　傳統的監控模式已不能滿(mǎn)足政府“平安城市”、金融系統、高等教育、監管、監獄、文博等行業(yè)對安防的需求，而擁有網(wǎng)絡(luò )化、智能化、數字化、遠程化特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統則成為新的應用趨勢，并形成一個(gè)高效、安全、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )視頻監控體系。

　　在網(wǎng)絡(luò )視頻監控系統中，H.264編碼壓縮算法得以成功推廣，隨著(zhù)用戶(hù)的逐步認可、價(jià)格的降低及功能的完善，必然迎來(lái)高清網(wǎng)絡(luò )攝像機主導未來(lái)視頻監控領(lǐng)域的時(shí)代。

　　第一部分 高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的發(fā)展歷史

　　一、高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機的描述：

　　在這個(gè)“高清”橫行的時(shí)代，隨處可以看見(jiàn)冠以高清“頭銜”的產(chǎn)品，那到底什么是高清?什么又是百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機呢?

　　1、高清的釋義：

　　目前，高清 的定義只出現在廣電行業(yè)，按照有關(guān)的標準，一般顯示比例為16:9，至少能解析1080i(分辨率1920×1080)的數字信號，或掃描線(xiàn)數垂直和水平方向都必須達到720P的數字信號，只有滿(mǎn)足或超到以上標準的產(chǎn)品才能被歸類(lèi)為高清產(chǎn)品。

　　2、高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機的定義：

　　高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機是指能按大于12FPS 連續采集最大分辨率大720P(1280×720)，甚至超過(guò)Full HD(1080P，分辨率1920×1080)到更高的2048×1536畫(huà)面的網(wǎng)絡(luò )攝像機。滿(mǎn)足上文高清定義中提及的高清指標掃描線(xiàn)數垂直和水平方向都達到720P數字信號要求，可被理解為高清產(chǎn)品中百萬(wàn)像素級別。

　　3、高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的運行特征：

　　高清網(wǎng)絡(luò )攝像機 是高質(zhì)量成像監控系統的源頭，直接將視頻進(jìn)行數字采集(實(shí)際高端的數字傳感器(CCD\CMOS)才是，現在市面上大都是模擬采集)，高清編碼壓縮并IP封裝(即通過(guò)網(wǎng)絡(luò )模塊，把模擬信號壓縮成數字信號)，然后利用IP網(wǎng)絡(luò )來(lái)承載高清視頻流，實(shí)現高清的實(shí)時(shí)監控、錄像、回放、轉發(fā)的工作;其視頻芯片為百萬(wàn)像素的CCD及COMS傳感器(目前主流攝像機的CCD傳感器像素多為44萬(wàn)像素)，可以獲得更多的視頻信息，監控畫(huà)面更清晰、自然流暢。

　　二、天視達高清 百萬(wàn)像素 網(wǎng)絡(luò )攝像機的優(yōu)勢：

　　一般百萬(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：

　　1、高清晰度，采用百萬(wàn)像素級傳感器，能獲得更多的視頻信息，一般可達1280 ×720 、1920 ×1080 、1280 ×1024 、1392 ×1024 、1628 ×1236 甚至2048 ×1536 的分辨率。(在監控領(lǐng)域，前兩種分辨率以治安監控的視頻錄像為主，后幾種以道路抓拍為主。實(shí)際項目應用中，因系統造價(jià)和效果要求也將1920×1080即常說(shuō)的1080P 用于道路抓拍。)

　　2、圖象顯示質(zhì)量更高，能夠更好地捕捉細節。

　　3、逐行掃描CCD/COMS(高端的數字CMOS才具備逐行掃描，其價(jià)格甚至比CCD的還貴)讓畫(huà)面更清晰、自然流暢，方便集成智能分析功能。

　　4、可支持HDTV的寬屏輸出模式(16:9)，HDTV實(shí)現了圖像質(zhì)量的一個(gè)巨大飛躍，這意味著(zhù)更清晰的圖像、更好的色彩保真度和寬屏格式。

　　NTSC 和HDTV的不同屏幕縱橫比

　　5、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，節省線(xiàn)纜、安裝、維護費用。

　　三、高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的發(fā)展歷程和趨勢：

　　閉路監控系統是隨著(zhù)電視和攝像機的出現發(fā)展壯大起來(lái)的，在這短短幾十年的發(fā)展歷程中，從二十世紀七、八十年代開(kāi)始，隨著(zhù)新技術(shù)革命的興起，微處理器進(jìn)一步普及和發(fā)展起來(lái)，從黑白攝像機的誕生，到現在的高清晰攝像機的推出，攝像機的線(xiàn)數從380線(xiàn)發(fā)展到目前最新的高清晰攝像機線(xiàn)數可以達到上千線(xiàn)數。

　　在視頻監控領(lǐng)域，也發(fā)展到現在的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機階段，這里的高清視頻就是HDTV(即High Definision TV)。隨著(zhù)國際市場(chǎng)和國內市場(chǎng)對于監控系統的普及和大量使用，人們對圖像的要求越來(lái)越高，從最開(kāi)始的能看到圖像，到現在的要清晰的圖像，到今后的能進(jìn)行處理分析的高清晰圖像。因此在技術(shù)方面隨著(zhù)高清產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和用戶(hù)對高清晰影像的需求，Full HD已成為高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢。

　　第二部分 高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的類(lèi)型

　　一、感光芯片（Sensor）的重要性：

　　攝像機感光芯片(Sensor)分為CCD和CMOS。攝像機的清晰度取決于Sensor性能，CCD與CMOS兩種感光芯片相比，CCD傳感器在靈敏度、噪聲控制、高質(zhì)量圖像輸出、動(dòng)態(tài)影像表現方面都要優(yōu)于COMS 。

　　CMOS攝像機的最大特點(diǎn)，是可在圖像傳感器同一芯片上，集成所有攝像機功能電路的單芯片攝像機。CMOS攝像機與CCD攝像機相比，具有集成度高、體積小、功耗低、幀速高、讀取速度快、制作工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。但CMOS攝像機又存在固定模式噪點(diǎn)影響圖像質(zhì)量，在相同尺寸情況下CMOS攝像機的靈敏度不如CCD攝像機的缺點(diǎn)。

　　二、 高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機 傳輸、編碼壓縮方式：

　　1、現今，高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機的信號傳輸一般有2種：一種為Mono/RAW傳輸，直接通過(guò)模數轉換器芯片轉換成數字信號不進(jìn)行任何壓縮編碼在網(wǎng)絡(luò )上傳輸，直接將數據傳輸給計算機并借助計算機的處理手段在計算機中顯示出來(lái);另外一種為編碼傳輸。

　　2、現今網(wǎng)絡(luò )攝像機編碼壓縮方式主要有：

　?、?、JPEG、MJPEG

　?、?、JPEG壓縮技術(shù)是所有圖像壓縮技術(shù)的基礎，適合靜態(tài)圖像的壓縮，直接處理整個(gè)畫(huà)面，壓縮倍數為20-80倍，分辨率沒(méi)有選擇的余地。

　?、?、MJPEG(Motion JPEG)是在JPEG基礎發(fā)展起來(lái)的動(dòng)態(tài)圖像壓縮技術(shù)，只單獨對某一幀進(jìn)行壓縮，而基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化。后來(lái)出現了多層式JPEG(ML-JPEG)壓縮技術(shù)，采取漸層式技術(shù)，先傳輸低解析的圖檔，然后再補送更細節的壓縮資料，使畫(huà)面品質(zhì)改善。

　?、?、MPEG-4

　　MPEG-4主要應用于三個(gè)領(lǐng)域，數字電視、交互式的圖形應用(包括內容上的合成技術(shù))、交互式多媒體領(lǐng)域。國內外大部分百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機產(chǎn)品一般使用MJPEG/MPEG-4視頻流編碼傳輸，MPEG4在網(wǎng)絡(luò )視頻監控應用中的優(yōu)勢主要包括以下幾方面：

　?、?、節約存儲空間 ：視音頻全同步40M--120M/路/小時(shí)，是同質(zhì)量的MPEG1或MJPEG的1/10;節省存儲硬盤(pán)成本投入以及后期的硬盤(pán)更換費用。

　?、?、占用網(wǎng)絡(luò )傳輸帶寬少 ：由于壓縮比是同質(zhì)量的MPEG1和MJEPG的十倍多，所以網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)占用的帶寬是同質(zhì)量的MPEG1和MJEPG的1/10。如在64K的帶寬上，MPEG1和MJEPG平均只能傳1/2幀，而MPEG4可以傳5--7幀，將大幅度節省了傳輸線(xiàn)路租用費。

　?、?、錯誤恢復能力強 ：當網(wǎng)絡(luò )傳輸有誤碼或丟包現象時(shí)，MPEG4受的影響很小并且能夠迅速恢復。如在誤碼達到1%時(shí)，MPEG1已經(jīng)無(wú)法播放，而MPEG4只會(huì )有輕微的邊緣模糊再如當網(wǎng)絡(luò )傳輸由瞬間丟包現象時(shí)，MPEG1恢復至少需要10多秒，而MPEG4只需要1～3秒。

　?、?、圖像質(zhì)量高 ：可以達到接近DVD的效果。

　?、?、可變帶寬 ：網(wǎng)絡(luò )輸出速率從56K--384K可調。

　?、?、H.264：當今主流視頻壓縮格式 。

　　H.264是由國際電信聯(lián)盟(iTU-T)所制定的新一代的視頻壓縮格式。H.264最具價(jià)值的部分是更高的數據壓縮比。在同等的圖像質(zhì)量，H.264的數據壓縮比能比當前DVD系統中使用的MPEG-2高2～3倍，比MPEG-4高1.5～2倍。正因為如此，經(jīng)過(guò)H.264壓縮的視頻數據，在網(wǎng)絡(luò )傳輸過(guò)程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟。目前H.264已經(jīng)獲得DVD Forum與Blu-ray Disc Association采納，成為新一代HD DVD的標準，不過(guò)H.264解碼算法更復雜，計算要求比WMA-HD還要高。

　　第三部分 高清網(wǎng)絡(luò )攝像機選型注意事項

　　一、安防監控鏡頭的選擇：

　　視頻監控系統中，百萬(wàn)像素高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的鏡頭選擇也非常重要。安防監控鏡頭的種類(lèi)多種多樣，規格也多的讓人眼花繚亂，在監控項目中選擇一款合適的鏡頭是十分重要的。在高清網(wǎng)絡(luò )攝像機鏡頭選擇中，下面推薦手動(dòng)和自動(dòng)兩款光圈鏡頭：

　　1、手動(dòng)光圈鏡頭：

　　規格：Computar鏡頭，M1214-MP ，2/3" Cmount, 12mm/F1.4。

　　2、自動(dòng)光圈鏡頭：

　　規格：富士能Fujinon，DV3.4X3.8SA-SA1L ，1/2" Cmount, 3.8～13mm/F1.4，YV4.3 ×2.8SA-SA2L ，1/3" CS mount，2.8～12mm/F1.4。

　　二、選購鏡頭時(shí)注意的因素

　　1、選購時(shí)要防假貨。

　　2、要與攝像機匹配，特別是光通量F值的匹配，使攝像機靈敏度能達到預期效果。

　　3、百萬(wàn)像素攝像機一般都要選購匹配的對應百萬(wàn)像素鏡頭。

　　4、看外觀(guān)材質(zhì)，是否與CMOS/CCD規格和接口匹配，看鍍膜是否好，看鏡片類(lèi)型(球面/非球面)。

　　5、應用環(huán)境考慮，鏡片類(lèi)型涉及到選廣角鏡頭、標準鏡頭、長(cháng)焦鏡頭、變焦鏡頭、定焦鏡頭。

　　6、親自測試一下鏡頭品質(zhì)。

　　三、天視達高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機選購要點(diǎn)：

　　從當前國內市場(chǎng)推出的高清百萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò )攝像機來(lái)看，采用的壓縮方式主要以MJPEG/MPEG4和H.264為主，而在其帶寬、傳輸速率方面沒(méi)有更加明確的量化數據，使得用戶(hù)雖然了解其超高的圖象質(zhì)量，但仍然對其在如此高圖象質(zhì)量下的圖像連續性和傳輸所需的帶寬產(chǎn)生疑惑。因此這類(lèi)產(chǎn)品在選擇時(shí)需要注意如下幾點(diǎn)：

　　1、確切了解高質(zhì)量圖像下的實(shí)際帶寬、傳輸速率等量化指標，并針對項目建設的網(wǎng)絡(luò )資源進(jìn)行科學(xué)評估。

　　2、采用CCD還是COMS感光芯片?若CCD芯片方案，其采用何種(單通道/多通道)“輸出平衡”技術(shù)，幀速率是否滿(mǎn)足實(shí)際需求。

　　3、光學(xué)鏡頭的配合問(wèn)題，必須配套使用工業(yè)級百萬(wàn)鏡頭否則無(wú)法體現出攝像機的高清畫(huà)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)。

　　4、充分考察此類(lèi)產(chǎn)品在低照度環(huán)境下的實(shí)際表現，尤其是廠(chǎng)商采用何種技術(shù)來(lái)補償低照度下的成像。

　　5、考察此類(lèi)產(chǎn)品的軟件功能。

　　第四部分 高清網(wǎng)絡(luò )攝像機應用

　　從用戶(hù)角度看，城市治安監控、交通、機場(chǎng)、金融等行業(yè)的用戶(hù)，他們對高清視頻圖像有著(zhù)迫切的需求，而針對建設投資的成本用戶(hù)是有心理準備的，用戶(hù)擔心的不是資金問(wèn)題，而是廠(chǎng)商提供的高清系統能否達到用戶(hù)的期望要求。

　　一、網(wǎng)絡(luò )新技術(shù)的發(fā)展為百萬(wàn)像素高清傳輸提供帶寬保證

　　平安城市、金融聯(lián)網(wǎng)監控等項目都采用自建光纖網(wǎng)絡(luò )或局域網(wǎng)絡(luò )實(shí)現1000M帶寬網(wǎng)絡(luò )。這種千兆帶寬資源，在前端安裝上述200路720P百萬(wàn)像素全實(shí)時(shí)高清攝像機(按每路錄像占用3Mbps計算)，占用總帶寬資源60%～80%(實(shí)際項目中不可能出現200路720P同時(shí)解碼上墻，涉及解碼上墻的造價(jià)，多用CIF格式按點(diǎn)數的50%～100%解碼上墻或1/5～1/3點(diǎn)數解碼上墻)，所以千兆網(wǎng)是完全可以有效支持的。而在網(wǎng)絡(luò )高清項目應用時(shí)，多在關(guān)鍵區域監控點(diǎn)安裝百萬(wàn)像素高清攝像機，其它監控點(diǎn)采用基于標準H.264壓縮算法的Full D1標清網(wǎng)絡(luò )攝像機或傳統的模擬+編碼器模式接入。如銀行金庫、重要交通路口卡口或大門(mén)、事故或案件多發(fā)地段可以配置百萬(wàn)像素高清攝像機，這樣關(guān)鍵通道、重點(diǎn)場(chǎng)所的現場(chǎng)事態(tài)都有高清圖像可調取。采用百萬(wàn)像素高清加標清的混合組網(wǎng)方式，既可節約設備成本，也可有效節省網(wǎng)絡(luò )帶寬資源，系統的實(shí)用性和經(jīng)濟性?xún)烧呖梢酝昝澜Y合，充分滿(mǎn)足了用戶(hù)的性?xún)r(jià)比需求。(注：實(shí)質(zhì)一條千兆光纖穩定運行帶寬也就大概400M，過(guò)高如500M，600M就會(huì )容易導致網(wǎng)絡(luò )故障，上述200路720P到后端核心交換機實(shí)際帶寬可達到650M-800M，此處說(shuō)的千兆網(wǎng)能承載實(shí)際是通過(guò)2-10條千兆到一臺核心交換機而承載。而實(shí)際項目也不可能出現200路720P就只有一條千兆光纖的情況，技術(shù)、工程師也不可能這樣設計傳輸。若上述200路換成1080P，錄像帶寬按5M甚至是高標準6M每路計算時(shí)，整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò )帶寬設計就幾乎需要翻一番，而成本也幾乎是翻一翻，這也就是現在為何市場(chǎng)上1080P叫得響，但實(shí)際項目中只有政府投資的治安監控類(lèi)特別是道路違章抓拍這一帶有盈利性質(zhì)的項目才用得廣的最大原因。)

　　至于公網(wǎng)傳輸，百萬(wàn)像素高清網(wǎng)絡(luò )攝像機都支持雙碼流技術(shù)，如支持1080P+720P+D1+CIF全實(shí)時(shí)雙碼流，從而在本地可以采用720P\1080P高清應用，遠程時(shí)則以D1+CIF方式供遠程用戶(hù)調用。也就是說(shuō)，雖然目前的ADSL廣域網(wǎng)技術(shù)對百萬(wàn)像素高清網(wǎng)絡(luò )攝像機尚不能大規模支持，但通過(guò)雙碼流等技術(shù)可以滿(mǎn)足本地與遠程用戶(hù)的不同需求。

　　二、海量存儲技術(shù)的發(fā)展讓存儲不再是百萬(wàn)像素高清的應用瓶頸：

　　按前所述，基于標準H.264壓縮技術(shù)的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機 ，一路720P高清全實(shí)時(shí)圖像的碼流是3Mbps，錄像一小時(shí)需要的存儲空間大約是1.35G左右(若是1080P，視頻錄像通常按5Mbps計算，一小時(shí)需要2.25G);通常，用戶(hù)會(huì )問(wèn)，一支百萬(wàn)像素攝像機就需要這么大的存儲空間，有多支百萬(wàn)像素怎了得?而實(shí)質(zhì)上一支百萬(wàn)像素的高清攝像機可以替代多個(gè)普通攝像機。而高分辨率的圖像質(zhì)量，視頻的存儲將變得更有價(jià)值(治安型的監控系統，最終起到作用的90%都是靠高清晰的回放錄像)。

　　對于高清網(wǎng)絡(luò )攝像機 的高清圖像記錄就需要網(wǎng)絡(luò )存儲系統(包括存儲服務(wù)器和存儲設備)。存儲服務(wù)器和存儲設備最主要的連接方式有DAS直連方式、NAS網(wǎng)絡(luò )硬盤(pán)方式、SAN(FCSAN和IPSAN)存儲區域網(wǎng)絡(luò )，其中IPSAN方式采用IP架構的以太網(wǎng)絡(luò )傳輸，具備良好的擴展性、共享性和較低的分攤應用成本，是目前大中型集中監控存儲主要采用的技術(shù)之一。另一方面，IT上使用的主流數據硬盤(pán)容量已經(jīng)TB級以上，2TB的數據硬盤(pán)價(jià)格已經(jīng)平民化(按每小時(shí)數據量1.35G計算，1TB(實(shí)際可用約920G)的數據硬盤(pán)大約可存儲720P的視頻圖像680小時(shí)或者680路攝像機錄像1個(gè)小時(shí)的數據)。

　　三、液晶顯示器成為高清視頻監控新寵

　　監控行業(yè)的高清沒(méi)有自己的標準，因此目前天視達高清網(wǎng)絡(luò )攝像機 廠(chǎng)商均參照廣電HDTV技術(shù)標準。國際上公認的關(guān)于高清的標準有兩條：視頻垂直分辨率720p或1080i;視頻寬縱比為16:9。在過(guò)去的幾年，受消費電子市場(chǎng)的推動(dòng)，再加上CRT電視向液晶和等離子電視屏幕轉變，HDTV取得了巨大的成功。目前市場(chǎng)上主流的液晶顯示器尺寸是21.5″、24″，分辨率可達1920×1080，可以點(diǎn)對點(diǎn)兼容16:9格式的720P和1080P全高清視頻顯示。而液晶電視的主流尺寸是42″，也是1080P高清的標準顯示尺寸。這些液晶顯示器和液晶電視具有YPbPr、HDMI等高清接口，符合高清網(wǎng)絡(luò )攝像機視頻顯示的要求。對于用戶(hù)比較關(guān)注的液晶顯示響應時(shí)間，一些主流廠(chǎng)商的面板更可以達到5ms，甚至更高的2ms，完全足以應付25fps～30fps的圖像刷新需求。

　　可喜的是，安防高清液晶監視器也緊隨其后，獲得了飛速的發(fā)展。一些基于DID技術(shù)的LCD液晶顯示屏具備超輕薄、低功耗、高對比度、無(wú)閃爍、低成本等優(yōu)點(diǎn)，推動(dòng)了它在安防監控領(lǐng)域的應用，尤其目前一些大型項目的指揮中心電視墻等普遍采用。由此可見(jiàn)，高清視頻監控在顯示方面已經(jīng)不存在瓶頸。

　　四、標準的H.264壓縮技術(shù)提升視頻管理中心平臺兼容能力：

　　目前在國內監控市場(chǎng)上的多數監控平臺系統都是基于傳統的DVR和NVS(或DVS)基礎架構。很多人認為這些平臺要兼容百萬(wàn)像素級的圖像管理需要花費巨大的開(kāi)銷(xiāo)。其實(shí)不然，高清與否只是對數據量和圖像解碼能力提出了更高的要求，影響更多的是前端編解碼設備、網(wǎng)絡(luò )帶寬和存儲設備。從某種意義上說(shuō)，平臺對高清的支持能力與平臺的架構有關(guān)，系統架構越好的產(chǎn)品，在新產(chǎn)品接入上花的代價(jià)也就越小。此外某些IP攝像機廠(chǎng)商也可配套提供高清視頻監控管理平臺。

　　現階段主流壓縮技術(shù)是標準H.264壓縮算法，采用此種算法不但畫(huà)質(zhì)較好，碼流較低，更為重要的是，標準H.264格式的錄像文件可使用標準解碼器解碼播放(如：暴風(fēng)影音、VLC、MPC、KMPlayer等)，設備通用性和兼容性有很大提高。從某種意義上可以說(shuō)，標準的H.264可解決困擾整個(gè)安防界的錄像數據文件兼容性問(wèn)題。

　　對于用戶(hù)普遍關(guān)心的高清視頻圖像解碼能力問(wèn)題，目前普通雙核PC機基本可以解碼4路720P(30fps，3Mbps碼流)或1路1080P(30fps，6Mbps碼流)。而現在已經(jīng)有主流IP攝像機廠(chǎng)商配套提供的1080P、720P、FullD1全兼容硬件解碼器，從而實(shí)現管理中心平臺控制的高清視頻解碼輸出。此外主流IP攝像機廠(chǎng)商最新技術(shù)已經(jīng)可以利用顯卡硬件解碼核心在一臺PC機上完成多路高清實(shí)時(shí)視頻的解碼顯示。