網(wǎng)絡(luò )攝像機的選擇與困惑

　　網(wǎng)絡(luò )視頻監控正以驚人的速度在發(fā)展，大有取代模擬視頻監控之勢。同時(shí)，越來(lái)越多的客戶(hù)也表現出對IP數字監控的青睞。那么在選擇網(wǎng)絡(luò )攝像機時(shí)，需要注意哪些因素呢?這便是本文所要討論的。

　　文/深圳市朗馳欣創(chuàng )科技有限公司

　　網(wǎng)絡(luò )攝像機伴隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展飛速成長(cháng)，它可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將影像傳至地球另一端，且遠端的瀏覽者不需要任何專(zhuān)業(yè)軟件，只要標準的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器(如Microsoft IE或Netscape)，即可監視其影像，并能進(jìn)行錄像。

　　回頭展望視頻監控，曾經(jīng)歷了從低清晰度的模擬視頻監控發(fā)展到現在的高清晰數字監控。雖然，目前數字監控還沒(méi)有能完全取代模擬視頻，但是網(wǎng)絡(luò )視頻監控已以非常驚人的速度發(fā)展著(zhù)。同時(shí)，越來(lái)越多的客戶(hù)在對今后監控設備的采購表現出選擇IP數字設備的傾向。那么，在選擇網(wǎng)絡(luò )攝像機時(shí)需要注意些什么要素呢?下面將就這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

　　如何選擇IP攝像機

　　成像質(zhì)量

　　成像質(zhì)量是攝像機的靈魂，是需關(guān)注的重要指標之一。好的成像質(zhì)量來(lái)自于鏡頭和成像器件。攝像機鏡頭的成像質(zhì)量好壞將影響成像器件輸出的信號質(zhì)量。我們可以將鏡頭比喻是人的眼睛，而成像器件就是視網(wǎng)膜。

　　1、鏡頭

　　鏡頭種類(lèi)繁多，但是即使同一類(lèi)型的鏡頭，其成像質(zhì)量也有著(zhù)很大的差異，這主要是由于材質(zhì)、加工精度和鏡片結構的不同等因素造成的，同時(shí)也導致不同檔次的鏡頭價(jià)格從幾十元到幾萬(wàn)元的巨大差異，比較著(zhù)名的如四片三組式天塞鏡頭、六片四組式雙高斯鏡頭。一個(gè)好的鏡頭，在分辨率、明銳度、光圈系數等方面都會(huì )有很好的表現，對各種像差的校正也比較好，但同時(shí)其價(jià)格也會(huì )高幾倍甚至上百倍。

　　像差是影響圖像質(zhì)量的重要方面，常見(jiàn)的像差有如下六種：球差、慧差、色差、像散、場(chǎng)曲、畸變。因此目前常用的鏡頭都是多片多組鏡片加多層鍍膜構成，其目的就是為了解決像差問(wèn)題，使得成像更清晰銳利、色彩逼真。

　　2、CCD還是CMOS

　　CCD和CMOS在制造上的主要區別是CCD是集成在半導體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱(chēng)做金屬氧化物的半導體材料上，工作原理沒(méi)有本質(zhì)的區別。

　　從制造工藝上說(shuō)CCD制造工藝較復雜，只有少數幾個(gè)廠(chǎng)商，如索尼、松下、夏普等掌握這種技術(shù)，因此CCD攝像機的價(jià)格會(huì )相對比較貴。事實(shí)上經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，目前CCD和高級CMOS的實(shí)際效果的差距已經(jīng)非常小了。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD，所以很多低檔攝像頭生產(chǎn)廠(chǎng)商采用普通CMOS感光元件作為核心組件。

　　成像方面，在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準確。而普通CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，普通CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定差距。但由于低廉的價(jià)格以及高度的整合性，因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應用。

　　目前，許多低檔入門(mén)型的攝像機使用廉價(jià)的低檔CMOS芯片，成像質(zhì)量比較差。普及型、高級型及專(zhuān)業(yè)型攝像機使用不同檔次的CCD，個(gè)別專(zhuān)業(yè)型或準專(zhuān)業(yè)型數碼相機使用高級的CMOS芯片。代表成像技術(shù)未來(lái)發(fā)展的X3芯片實(shí)際也是一種CMOS芯片。

　　綜上所述，CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論，但就目前而言，在監控攝像機領(lǐng)域中普遍使用的CCD芯片的攝像機成像質(zhì)量要好一些。

　　3、模擬還是數字

　　CCD攝像機按照輸出信號分為模擬攝像機和數字攝像機。如果攝像機CCD板輸出的是模擬信號，那么在攝像機電路上其實(shí)對CCD傳來(lái)的電信號進(jìn)行了一次模擬編碼輸出，視頻編碼模塊在數字壓縮前先要對CCD板路傳來(lái)的模擬信號重新進(jìn)行數字化，然后才能壓縮輸出。這樣無(wú)形中就多出了一對沒(méi)有必要的D/A-A/D轉換過(guò)程。而在這個(gè)過(guò)程中多出的一對轉換會(huì )帶來(lái)無(wú)謂的信號損失。同時(shí)，由于模擬攝像機的掃描方式是隔行掃描的，還存在奇數場(chǎng)與偶數場(chǎng)之間的鋸齒問(wèn)題，數字輸出的CCD可以選擇逐行掃描的輸出方式，清晰度又提高了一個(gè)層次。因此在選擇IP攝像機的時(shí)候盡可能選擇數字逐行掃描、信號直接壓縮編碼的IP攝像機(盡管成本上略有提升)。

　　壓縮方式

　　IP攝像機和視頻服務(wù)器作為視頻網(wǎng)絡(luò )應用的新型產(chǎn)品，適應網(wǎng)絡(luò )傳輸的要求也必然成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要因素，而這其中視頻圖像的技術(shù)又成為關(guān)鍵。

　　在IP視頻發(fā)展的初期有相當一部分國內外IP攝像機和視頻服務(wù)器都是采用JPEG、Motion-JPEG壓縮技術(shù)。JPEG、M-JPEG采用的是幀內壓縮方式，圖像清晰、穩定，適用于視頻編輯，而且可以靈活設置每路的視頻清晰度和壓縮幀數。另外，因其壓縮后的格式可以讀取單一畫(huà)面，因此可以任意剪接，特別適用于安防取證的用途。但是由于其對網(wǎng)絡(luò )帶寬的要求過(guò)高，因此無(wú)法在帶寬相對較窄的互聯(lián)網(wǎng)上傳輸。最近幾年出現了MPEG-4和H.264壓縮標準，而分辨率也從原來(lái)的CIF發(fā)展到了現在的300萬(wàn)像素超高清晰度。

　　但是有一點(diǎn)需要提醒注意，在歐美M-JPEG是司法認可的視頻證據格式，而壓縮效率高的MPEG-4H.264并沒(méi)有得到司法證據認可。盡管如此，MPEG-4H.264的壓縮標準還是得到了廣大用戶(hù)的認可和好評。

　　1、M-JPEG

　　M-JPEG的主要缺點(diǎn)是壓縮效率低，M-JPEG算法是根據每一幀圖像的內容進(jìn)行壓縮，而不是根據相鄰幀圖像之間的差異來(lái)進(jìn)行壓縮，因此造成了大量冗余信息被重復存儲。目前流行的M-JPEG技術(shù)最大壓縮也只能做到每幀3K字節，但如果采用如此的壓縮比，視頻質(zhì)量會(huì )嚴重降低。即使是丟幀傳輸或錄像，也將耗費大量的網(wǎng)絡(luò )帶寬和硬盤(pán)空間，尤其在攝像機較多時(shí)，它的數據傳輸量和存儲量是十分驚人的。在碼流比較低的情況下M-JPEG的圖像質(zhì)量要明顯低于MPEG-4壓縮模式。

　　因此除了在局域網(wǎng)內，或者廣域網(wǎng)不要求實(shí)時(shí)、很少存儲的前提下，才考慮使用M-JPEG的壓縮模式。

　　2、MPEG-4H.264

　　MPEG-4H.264是專(zhuān)為音視頻信息在因特網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸音/視頻訊號而制定的最新MPEG標準。它利用很窄的帶寬，通過(guò)幀重建技術(shù)，壓縮和傳輸數據，以求以最少的數據獲得最佳的圖像質(zhì)量，通過(guò)動(dòng)態(tài)地監測圖像每個(gè)區域的變化，按對象的空間和時(shí)間特征來(lái)調整壓縮方法，從而可以獲得比M-JPEG更大的壓縮比、更低的壓縮碼流和低帶寬下更佳的圖像質(zhì)量，是目前全球公認的優(yōu)秀的壓縮算法之一。MPEG-4基于場(chǎng)景描述面向帶寬設計的壓縮算法，使得在視頻監控領(lǐng)域中有以下幾個(gè)巨大的優(yōu)勢：錄像存儲量大大降低、錄像清晰度得到保障、錄像幀數可調、網(wǎng)絡(luò )傳輸更加方便。

　　網(wǎng)絡(luò )模式

　　從網(wǎng)絡(luò )攝像機接入網(wǎng)絡(luò )的模式可以分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)三種;按照線(xiàn)路接入模式又可分為有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)兩大類(lèi)。一般一路CIF圖像在MPEG-4/H.264壓縮模式下僅僅需要200K左右的帶寬就可以達到實(shí)時(shí)傳輸、錄像。用戶(hù)在選擇IP攝像機的時(shí)候應該根據自己需要攝像機的數量，需要同時(shí)遠程監看、錄像的數量，綜合計算網(wǎng)絡(luò )帶寬需求。在局域網(wǎng)下，基本上可以不用考慮線(xiàn)路帶寬問(wèn)題，只需要考慮交換機的吞吐量，選擇足夠的交換機背板帶寬即可。城域網(wǎng)下，例如電信全球眼，電信部門(mén)預留了足夠帶寬的線(xiàn)路。而在廣域網(wǎng)上最大的問(wèn)題在于上行帶寬問(wèn)題，國內現在可以提供的ADSL上行帶寬目前只有512K左右，因此使用成本是用戶(hù)必須考慮的問(wèn)題之一。

　　攝像機功能

　　從今年的幾次展會(huì )上可以清楚地體現出產(chǎn)品細分的趨勢，IP攝像機不再局限于桌上型和槍機型，隨著(zhù)IP攝像機技術(shù)的成熟和用戶(hù)需求的日益強烈，IP攝像機也繁衍出了很多種類(lèi)，并逐步走向細分市場(chǎng)?，F在市場(chǎng)上幾乎所有傳統攝像機的形式都已經(jīng)有對應的IP攝像機，而且針對網(wǎng)絡(luò )傳輸特點(diǎn)還有更多的衍生品種。比如說(shuō)：紅外日夜兩用型IP攝像機、快速球型IP攝像機、勻速球型IP攝像機、云臺控制一體化IP攝像機，還有支持無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、支持SD卡存儲、USB存儲、網(wǎng)絡(luò )供電(POE)等等特殊功能的IP攝像機。未來(lái)隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，IP攝像機的發(fā)展空間將無(wú)法估量。

　　隨著(zhù)市場(chǎng)成熟程度的不斷提高，IP攝像機的功能也越來(lái)越豐富，用戶(hù)在明確了自己目前需要的基本功能后，就可以到市場(chǎng)上去對號入座尋找相應的產(chǎn)品了。比如說(shuō)，用ADSL方式直接接入一個(gè)IP攝像機，而且這條線(xiàn)路不需要和任何人共享數據，那么就可以考慮使用帶pppOE、DDNS功能的 IP攝像機，它可以直接連接ADSL MODEM接入互聯(lián)網(wǎng)。

　　高清晰畫(huà)面

　　隨著(zhù)CCD價(jià)格的快速下降，以及算法的提升，IP攝像機無(wú)疑會(huì )快速達到百萬(wàn)像素，甚至三百萬(wàn)像素的分辨率。高清晰化將徹底擺脫普通模擬攝像機在圖像上的優(yōu)勢地位，成為監控的新標準之一。然而目前百萬(wàn)像素IP攝像機的價(jià)格高企，以及存儲壓縮方式的滯后，高清晰化的代價(jià)是非常巨大的，這樣的數據在目前的互聯(lián)網(wǎng)上無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸，如果需要壓縮錄像也是個(gè)很麻煩的事情，需要更大的硬盤(pán)空間，需要更高級的硬件設備。

　　制約IP攝像機的因素

　　因素之一：帶寬

　　IP攝像機在視頻網(wǎng)絡(luò )應用方面遇到的最大的瓶頸之一就是傳輸帶寬。盡管目前IP攝像機已經(jīng)有了H.264壓縮、動(dòng)態(tài)碼流等數據流量控制技術(shù)，但不可否認的是要獲得更高的成像質(zhì)量就一定需要更高的網(wǎng)絡(luò )帶寬，按照目前的壓縮技術(shù)傳輸百萬(wàn)像素的影像，在局域網(wǎng)上是沒(méi)有問(wèn)題的。但是目前的廣域網(wǎng)傳輸方式中：ADSL受技術(shù)限制，上行實(shí)際帶寬一般都在512K左右;數據專(zhuān)線(xiàn)或者光纖的成本的確偏高。ADSL的上行帶寬僅僅只能傳輸一路質(zhì)量勉強的D1實(shí)時(shí)影像，但隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，IP攝像機普及百萬(wàn)像素已經(jīng)近在咫尺，傳輸成為困擾IP影像的一個(gè)大問(wèn)題，因為我們不可能為每個(gè)攝像機安裝局域網(wǎng)或者光纖。

　　解決之道

　　隨著(zhù)新技術(shù)應用和網(wǎng)絡(luò )寬帶接入方式的不斷革新，類(lèi)似ADSL2+、VDSL2等新技術(shù)的普及應用，上行帶寬最高可達到26M，網(wǎng)絡(luò )上行帶寬問(wèn)題將得到改善，IP攝像機的民用化市場(chǎng)就有可能啟動(dòng)，屆時(shí)IP攝像機的監控職能的概念可能會(huì )有所模糊，人們將在更廣泛的意義上應用IP攝像機。

　　因素之二：成本

　　IP攝像機雖然在多路方案、遠程方案中設備整體造價(jià)要優(yōu)于傳統監控方式，但是在小范圍內，在標準清晰度要求下，造價(jià)還是要高于傳統攝像機加DVR的方式。這只是計算了前端攝像機和錄像設備方面成本的區別，如果涉及到遠程方式，在A(yíng)DSL線(xiàn)路無(wú)法滿(mǎn)足的高清晰傳輸時(shí)，專(zhuān)線(xiàn)或者光纖寬帶的租金等，將會(huì )造成高額的使用成本。這將直接影響客戶(hù)是否選擇IP攝像機。

　　解決之道

　　似乎這個(gè)問(wèn)題目前正在突破中，隨產(chǎn)量高速增加，IP攝像機的成本會(huì )繼續下降，網(wǎng)絡(luò )成本也在逐步下降。因此網(wǎng)絡(luò )攝像機的使用成本問(wèn)題將不復存在，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )攝像機的高清時(shí)代到來(lái)，性?xún)r(jià)比也將奠定網(wǎng)絡(luò )攝像機的優(yōu)勢地位。

　　因素之三：清晰度認識的誤區

　　目前傳統攝像機分辨率是704×576，換算出來(lái)就40多萬(wàn)像素，分辨率不算高，甚至趕不上一個(gè)好點(diǎn)的手機攝像頭。受傳統模擬技術(shù)與設備的限制，普通攝像機分辨率上升的空間極為有限。目前很多廠(chǎng)家的IP攝像機基本上沿用了傳統的攝像機CCD，取得攝像機CCD的模擬信號輸出給視頻壓縮模塊轉成網(wǎng)絡(luò )信號，這樣經(jīng)過(guò)兩次轉換，圖像質(zhì)量不但受到模擬信號質(zhì)量的影響，壓縮效率也低很多。

　　很多人從直觀(guān)上感受，還是覺(jué)得模擬攝像機比IP攝像機清晰，其實(shí)這個(gè)問(wèn)題很復雜，涉及很多因素，如CCD質(zhì)量、鏡頭質(zhì)量、壓縮編碼方式、顯示回放方式等等。要說(shuō)清這個(gè)清晰度的差別，就先要了解一下，在什么情況下模擬攝像機比IP攝像機清晰。IP攝像機對圖像是帶壓縮的，IP攝像機在碼流低的情況下圖像效果的確是不夠清楚的，但那是不公平的對比，因為模擬攝像機是不對圖像做壓縮的，而且也不能利用公共網(wǎng)絡(luò )遠距離傳輸的。但是IP攝像機在1M甚至更高的碼流下，和模擬攝像機在顯示的效果基本上沒(méi)有區別。

　　就兩種成像方式而言，單從回放方式上就存在著(zhù)根本的區別，如果用模擬監視器和攝像機直接連接看圖像，中間幾乎沒(méi)有任何轉換，全是模擬信號，的確很清楚;但是IP攝像機要顯示的時(shí)候必須通過(guò)解碼器，轉換成模擬信號，這樣就等于多做了模擬到數字，再從數字到模擬的轉換，無(wú)疑會(huì )增加信號的損失。如果是采用純數字高清的IP攝像機(1080P)在數字接口的高清液晶顯示器上顯示的效果，我想是沒(méi)有一個(gè)模擬攝像機能比的(如目前的高清數字電視)。因為IP攝像機的最大優(yōu)勢就在于它在技術(shù)上幾乎可以不受分辨率的限制，所以從長(cháng)遠來(lái)看IP攝像機的清晰度隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )帶寬的變化將不再成為問(wèn)題，而且隨著(zhù)高清時(shí)代的到來(lái)，704×576的D1圖像標準將不再風(fēng)光。

　　解決之道

　　1、突破模擬信號這個(gè)中間環(huán)節，實(shí)現攝像機CCD數字信號直接到網(wǎng)絡(luò )信號的轉換，即能提高壓縮效率又能大幅提升畫(huà)面品質(zhì)。

　　2、百萬(wàn)像素高分辨率，網(wǎng)絡(luò )視頻編碼技術(shù)上目前已經(jīng)出現了高分辨率的編碼格式，可以實(shí)現1080P甚至更高分辨率的影像尺寸?；蛟S只有百萬(wàn)像素成為標準的時(shí)候，IP攝像機才能真正突破清晰度的爭論，沖出模擬攝像機的重圍。

　　因素之四：無(wú)線(xiàn)的代價(jià)

　　任何攝像機在遇到超出線(xiàn)路覆蓋地區的監控時(shí)，都會(huì )遇到一個(gè)問(wèn)題，那就是遠程傳輸問(wèn)題，一般在數十千米數量級的距離上一般都會(huì )選擇無(wú)線(xiàn)方式，光一對傳輸距離在20千米的寬帶傳輸設備的價(jià)格就在數萬(wàn)元，因此這絕對不是一個(gè)最佳的解決之道，只能是無(wú)奈之下的選擇。而目前我們能用到的無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)是屬于2.5G的無(wú)線(xiàn)通訊方式，標稱(chēng)傳輸最快的CDMA帶寬，理論值也不過(guò)區區150Kb左右，而實(shí)際傳輸效率更是大打折扣，一般只能達到64Kb左右的實(shí)際傳輸帶寬。在這樣窄的帶寬下連一路CIF圖像都無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)的傳輸。

　　解決之道

　　在廣域無(wú)線(xiàn)接入方式下，似乎我們能夠期盼的只有3G通信的發(fā)牌，3G通信模式下將提供上行2M的帶寬，數十公里范圍內的接入，全國絕大多數地域的覆蓋。如果3G的接入成本隨著(zhù)應用的廣泛迅速降低到一定程度，那將對現行的網(wǎng)絡(luò )視頻監控傳輸方案產(chǎn)生深遠的影響。沒(méi)有了線(xiàn)的束縛，又加上帶寬的優(yōu)勢，3G時(shí)代的來(lái)臨將會(huì )顛覆目前的傳統監控組網(wǎng)方式。

　　結語(yǔ)

　　IP攝像機的優(yōu)點(diǎn)在于遠程視頻監控方面的技術(shù)優(yōu)勢，從而擴大了圖像監控的應用范圍，強化了視頻圖像在遠程管理、視頻資料共享等方面的重要性。但是提到IP攝像機的選擇與瓶頸問(wèn)題時(shí)，談的最多的就是：IP攝像機和視頻服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò )帶寬、圖像質(zhì)量、延時(shí)、軟件系統的兼容性和價(jià)格等問(wèn)題，這些問(wèn)題有些已經(jīng)得到改進(jìn)，但有些還沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的突破。

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )基礎設備的不斷更新，網(wǎng)絡(luò )視頻技術(shù)日臻完善并得到越來(lái)越多的認可，2008年奧運會(huì )、2010世博會(huì )的舉辦，僅僅在中國大陸地區就將營(yíng)造出一個(gè)巨大的安防監控市場(chǎng)，而IP攝像機作為集新一代攝像機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)于一身的寵兒，將獲得無(wú)法估量的發(fā)展與進(jìn)步。