高清概述

　　從2009年開始，各監(jiān)控?cái)z像機(jī)廠商開始向市場推出高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)，由于安防行業(yè)目前還沒有高清攝像機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此更多的是采用了高清電視標(biāo)準(zhǔn)的部分指標(biāo)。

　　ATSC標(biāo)準(zhǔn) (Advanced Television Systems Committee)中定義了18種數(shù)字電視格式，其中分辨率為720×576的格式屬于標(biāo)清電視，分辨率為1280×720和1920×1080的格式屬于高清電視，這就是通常說的720p、1080i與1080p，其中i代表隔行掃描，p代表逐行掃描，這三種格式都采用16：9的寬屏幕。1080i的格式，實(shí)際上是采用1920×540的隔行掃描的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橹鹦袙呙璨⒉粚⒁粠譃榻惶娴膾呙杈€，所以可提供更高的圖像質(zhì)量。因此，720p能提供比1080i更小的損失和更好的圖像，而1080p是這18種格式中圖像質(zhì)量最好的格式。

　　目前安防行業(yè)內(nèi)所說的高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)主要是指分辨率為720p與1080p兩種格式的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，其畫面寬高比定義為16∶9。

　　與傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一樣，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)同樣由前端攝像機(jī)、傳輸設(shè)備、顯示設(shè)備、存儲設(shè)備、管理平臺構(gòu)成。由于前端攝像機(jī)的高清化與網(wǎng)絡(luò)化，使得傳輸、顯示、存儲以及管理平臺的技術(shù)與實(shí)現(xiàn)發(fā)生了重大變革，從而改變了安防行業(yè)的整體結(jié)構(gòu)與布局。大量的IT硬件、軟件廠商、運(yùn)營商紛紛進(jìn)入到安防行業(yè)，他們帶來的全新理念同時也影響了安防行業(yè)的發(fā)展。

　　高清視頻監(jiān)控的發(fā)展，起源于高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)，高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)的技術(shù)在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中至關(guān)重要。 [nextpage]

　　高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)技術(shù)要素

　　畫面寬高比

　　不論是720p還是1080p，其畫面寬高比都是16∶9，從圖1對比可以看出，在大部分場景，16∶9畫面在獲得更寬的監(jiān)控范圍同時，還顯著地減少了無用圖像。

　　掃描方式

　　720p與1080p，意味著高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用逐行掃描方式。對于移動目標(biāo)的圖像采集，相對隔行掃描，逐行掃描可以獲得更好的動態(tài)圖像，從圖2對比可以看出，對于快速移動的目標(biāo)，隔行掃描將產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。

　　敏感元件與靈敏度

　　敏感元件是攝像機(jī)最為核心的部件，在模擬攝像機(jī)以及標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，最為廣泛使用的敏感元件是CCD。CCD的特點(diǎn)是靈敏度高，但響應(yīng)速度較低，不適用于高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用的高分辨率逐行掃描方式，因此高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)普遍采用CMOS敏感元件。

　　對于相同尺寸的敏感元件，像素越高，意味著每個像素的進(jìn)光量越少，因此目前高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)的突出問題是清晰度提高，靈敏度降低。幸運(yùn)的是，目前致力于CMOS研究的廠商已經(jīng)研發(fā)出720p與1080p專用的CMOS器件，其靈敏度性能已經(jīng)與CCD接近(敏感元件的整體發(fā)展趨勢可參見圖4)。

　　色彩還原

　　需要特別注意的是，高清電視與高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)在圖像內(nèi)容處理上有很大的不同。高清電視強(qiáng)調(diào)整體的視覺沖擊力，除了在圖像分辨率上比標(biāo)清有很大的提升外，其色彩也更加豐富、艷麗、細(xì)膩，圖像層次感強(qiáng)，根據(jù)SMPTE 292M高清電視標(biāo)準(zhǔn)及SMPTE 274M高清電視標(biāo)準(zhǔn)，其色差信號占總帶寬的一半。

　　而高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)則強(qiáng)調(diào)目標(biāo)的可識別性，即大幅度提升了圖像的分辨率，而相對弱化對色彩的處理，這樣處理的優(yōu)勢是在保證畫面的分辨率與可識別性的同時，視頻信號的碼流得到了很好的控制。

　　圖像壓縮技術(shù)

　　目前在高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)中被廣泛采用的圖像壓縮技術(shù)有MJPG、MPEG-4、H.264三種方式，圖3是這三種壓縮方式帶寬占用情況。每種壓縮方式有不同的特點(diǎn)，如MJPG能獲得最高的單幅畫面質(zhì)量，且對攝像機(jī)本身的處理平臺要求也較低，但對連續(xù)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(jī)本身的處理平臺要求也最高。

　　為適應(yīng)各種不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用需求，比較高端的高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)都配備強(qiáng)大的MJPG、MPEG-4、H.264三編碼引擎，同時具有靈活的雙碼流功能。

　　前端智能化

　　隨著監(jiān)控的高清化發(fā)展，圖像更清晰、更細(xì)致，高清也意味著海量數(shù)據(jù)，這些海量數(shù)據(jù)的傳輸、顯示、處理、存儲是一個很大的挑戰(zhàn)。此外，目前的監(jiān)控系統(tǒng)，更多的是依賴于監(jiān)視人員，存在很多無法解決的問題，是被動式的監(jiān)控。因此，必須利用智能視頻分析的手段，將以往被動監(jiān)控變更為主動監(jiān)控，真正做到24小時全天候監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，防范于未然。[nextpage]

　　目前的智能視頻實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種。

　　1、后端智能

　　后端處理(圖5)，需要把高幀率、高分辨率的圖像全部送到后端的服務(wù)器進(jìn)行處理。這對網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和服務(wù)器提出了非常高的要求，需要高額的投資，而且延時更大，處理效率比較低，系統(tǒng)的伸縮性較差。并且，由于分析的數(shù)據(jù)是壓縮后的數(shù)據(jù)，因此準(zhǔn)確性相應(yīng)降低，如果受傳輸制約而降低傳輸帶寬，準(zhǔn)確性將進(jìn)一步降低。

　　2、前端智能

　　即前端的智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實(shí)時的進(jìn)行智能處理，這是基于壓縮前的最高品質(zhì)圖像進(jìn)行的實(shí)時處理，因此效率更高，實(shí)時性更好，準(zhǔn)確性更高。從圖6可以看到，前端智能的方式對后端的傳輸、存儲、顯示不會產(chǎn)生影響，是分布式的處理架構(gòu)，以此構(gòu)成的系統(tǒng)伸縮性較高，系統(tǒng)的擴(kuò)容也不需要付出較大的成本。

　　由于把所有的智能視頻分析功能都放到前端，因此對攝像機(jī)本身的處理能力要求相當(dāng)高，目前只有個別高端的廠商的高端產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)前端智能功能。

　　反篡改技術(shù)

　　自從網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控誕生，監(jiān)控視頻的安全性就成為一個重大的問題。

　　反篡改技術(shù)是基于公共密鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(PKI)的數(shù)字簽名技術(shù)。

　　通過為每部攝像機(jī)創(chuàng)建一個數(shù)字證書，并對該攝像機(jī)制作的所有圖像，應(yīng)用元數(shù)據(jù)形式的數(shù)字簽名，使用此方法可以保證一部攝像機(jī)制作的圖像，僅對該攝像機(jī)來說是唯一的圖像。

　　當(dāng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)遭受黑客攻擊的時候，系統(tǒng)將自動發(fā)現(xiàn)被篡改并產(chǎn)生報警，從而保證整個系統(tǒng)的安全性。

　　PoE技術(shù)

　　PoE技術(shù)的應(yīng)用大大簡化了視頻安防系統(tǒng)的布線、安裝與調(diào)試工作，PoE供電可提供12.95W的功率，因此目前市面上銷售的大部分網(wǎng)絡(luò)槍機(jī)與半球都支持PoE供電。但市面上正在銷售的網(wǎng)絡(luò)球機(jī)，由于功率太大，無法實(shí)現(xiàn)PoE供電，仍然需要另外敷設(shè)電源電纜。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的hPoE標(biāo)準(zhǔn)將提供更高的功率，從而滿足網(wǎng)絡(luò)球機(jī)的供電要求。從各大攝像機(jī)生產(chǎn)廠商的新產(chǎn)品發(fā)布會看來，支持hPoE的網(wǎng)絡(luò)快球即將于近期上市。

　　標(biāo)準(zhǔn)化與開放性

　　由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，多級系統(tǒng)、多站點(diǎn)、多區(qū)域非常普遍，同時同一系統(tǒng)里不同廠商的產(chǎn)品共存、新老產(chǎn)品共存也經(jīng)常出現(xiàn)，因此網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化變得越來越重要。標(biāo)準(zhǔn)化的目的是使得不同廠商的產(chǎn)品能互聯(lián)互通，這樣客戶才能真正享受到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控帶來的靈活高效。

　　由Sony、AXIS和Bosch聯(lián)合發(fā)起的ONVIF的目的就是推動網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性，目前已有103個參與成員。

　　ONVIF規(guī)范描述了網(wǎng)絡(luò)視頻模型、接口、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)交換方式，為網(wǎng)絡(luò)視頻發(fā)送設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端的通訊定義了標(biāo)準(zhǔn)流程。通過使用這些接口，使得使用不同廠商的視頻發(fā)送設(shè)備來組建一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)成為可能。

　　ONVIF規(guī)范接口功能涵蓋設(shè)備的自動發(fā)現(xiàn)、設(shè)備的管理配置、事件處理、PTZ控制、視頻分析及實(shí)時音、視頻流處理。[nextpage]

　　模擬攝像機(jī)的傳統(tǒng)功能

　　模擬攝像機(jī)的許多功能，如寬動態(tài)、日夜轉(zhuǎn)換、白平衡、降噪、伽瑪校正等功能，是在視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展的過程中逐步產(chǎn)生、提升的，對應(yīng)于不同的應(yīng)用場景，高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)同樣也應(yīng)該具備這些功能。這也正是傳統(tǒng)攝像機(jī)生產(chǎn)廠商的技術(shù)優(yōu)勢。

　　其它功能

　　其它如語音報警、數(shù)字防抖、FTP、Email、DDNS、存儲插槽、無線網(wǎng)絡(luò)等功能，在某些特定場景與應(yīng)用下也可以解決客戶的許多實(shí)際問題。

　　結(jié)語

　　技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步是為了解決用戶不斷涌現(xiàn)的新需求、新應(yīng)用服務(wù)的。只有真正深入研究用戶的需求，并不斷地將新技術(shù)與應(yīng)用相結(jié)合，從而滿足并拓展用戶的需求的產(chǎn)品才會有生命力，高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)也是如此。

　　一場高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)的競爭序幕即將拉開，我們將拭目以待。