網絡高清攝像機引領著監控攝像機的未來 安防, 監控

zhineng

高清，顧名思義是指高清晰度，英文縮寫是HD（HighDefinition）。清晰度的分辨率有很多種，而目前安防行業內所說的高清監控攝像機主要指分辨率為720P與1080P兩種格式的數字攝像機，其畫面寬高比定義為16:9。720P即是1280*720分辨率，而1080P則是1920*1080，其中后綴“P”代表的是逐行掃描。對于移動目標的圖像采集，相對隔行掃描，逐行掃描可以獲得更好的動態圖像，不會產生拖尾，因此對安防監控應用來說逐行掃描更加適合。從下圖可以看出高清圖像和傳統的標清圖像的區別。
    一、高清定義

    相對于傳統的4:3圖像比例，高清圖像的16:9格式更適合安防監控的應用。監控場景往往是需要對大范圍橫向區域進行監看，比如高速公路收費站、鐵路沿線、體育場館出入檢票口等，這些場所的特點都是以橫向排列的方式出現在畫面中，而畫面頂部的天空和底部的路面往往是我們不關心的內容。所以16:9的畫面可以去除這些不重要的區域，而增大我們關心的監控目標的面積。以往要用好幾支模擬攝像機橫向排列才能監控的區域現在只要一只高清網絡攝像機就可以覆蓋，不僅提高了清晰度，也節省了成本。索尼作為高清監控的領導者，在今年將會推出全線高清產品，包括720P高清和1080P全高清。產品形態涵蓋槍機、紅外槍機、半球、紅外防暴半球、室內/室外快球等。

    二、高品質圖像

    圖像品質是監控最基本也是最重要的要求，離開了圖像品質這一點再談其他的功能特性都是舍本逐末。監控場景千差萬別，這就要求監控攝像機能適應各種場景的復雜光線，獲得出色的圖像品質。圖像品質包含的內容非常多，主要有以下幾點：

    1）色彩還原。攝像機是否能真實還原實際場景的圖像顏色，白平衡是否準確，是否存在偏暖或偏冷；

    2）動態效果。移動物體邊緣是否清晰，是否有拖尾；

    3）低照度表現。在低光環境下攝像機能否獲得明亮的圖像，靈敏度是否出色；

    4）寬動態。在光線明暗對比強烈的場景中攝像機能否兼顧亮區和暗區，動態范圍是否足夠大；

    5）對焦準確性。攝像機能否在各種光照條件下精確對焦，不出現失焦或對焦猶豫反復的情況。

    沒有先進的技術作保障，要實現優秀的圖像效果是不可能的，而索尼正是具備深厚研發實力的企業，這保證了高品質的圖像效果。索尼是業內唯一能同時提供監控攝像機各個主要部件的廠商，包括感光器件CCD/CMOS、圖像處理芯片DSP、攝像機模塊、及成品攝像機，形成了完整的產品線。同時索尼在日本和中國都設有研發中心，實現了世界最新的技術與中國實際需求同步。

    感光器件是攝像機最為核心的部件，在模擬攝像機以及標清網絡攝像機中，最為廣泛使用的是CCD，而CCD長期以來都在市場上有著很好的表現，出貨量遙遙領先。進入高清監控時代以后，CMOS逐漸被人們所認識。CCD的特點是靈敏度高，但響應速度較低，不適用于高清監控攝像機采用的高分辨率逐行掃描方式，因此高清監控攝像機普遍采用CMOS感光器件。

對于相同尺寸的感光器件，像素越高，意味著每個像素的進光量越少，因此目前高清監控攝像機的突出問題是清晰度提高，靈敏度降低。幸運的是，目前已經研發出720P與1080P專用的CMOS器件，其靈敏度性能已經與CCD接近。
    在推出的高清產品中，為了提升圖像效果，包括靈敏度和寬動態，特別開發了一項新的功能——View-DR。這個功能實際上包含了三項先進技術：針對安防監控研發的專業高靈敏度ExmorCMOS、多次曝光寬動態技術、可視性增強（VE）技術。一般來說寬動態打開后靈敏度是會降低的，但通過開啟這個功能，不僅寬動態范圍超過120dB，達到超寬動態的驚人效果，而且相比傳統寬動態靈敏度提升了2倍，同時對比度也增加4倍，使圖像效果在低光和明暗對比強烈的環境中得到極大增強和改善。

    在高清監控攝像機噪點控制方面，索尼也有獨特的技術，即超級動態降噪技術（XDNR）。傳統的降噪技術往往在噪點控制和移動物體拖尾兩方面難以兼顧，噪點降低了但移動物體就會有拖尾，而移動物體邊緣清晰了那噪點就會增加。高清攝像機的超級動態降噪技術正是平衡了這兩者的關系，在降低噪點的同時也能保證移動物體的邊緣清晰不拖尾（如下圖所示）。這對于安防監控來說是非常關鍵的，因為安防主要就是關注移動物體如人、車等。

    三、高效網絡傳輸

    網絡傳輸的性能對于網絡攝像機特別是高清機型來說是非常重要的。因為高清攝像機比普通標清攝像機發送的圖像分辨率更大、信息更多，客觀上對網絡提出了更高的要求。很多方面的問題諸如最大分辨率對帶寬的影響、有幾種編碼方式、有幾種碼流可選、是否實時、是否支持無線網絡等等都需要考慮。

    目前主流的壓縮格式有三種，分別是JPEG、MPEG-4、H.264。JPEG是單幀圖片的壓縮，單張圖片的效果最佳，但占用的網絡帶寬資源較大；MPEG-4和H.264是幀與幀之間的連續壓縮，這是指如果監控的目標圖像沒有變化或變化不大時，攝像機傳輸的數據非常小，這樣就能避免重復傳輸占用帶寬。其中目前最流行的壓縮格式H.264的壓縮效率最高。這三種壓縮方式各有優缺點，不能簡單地說哪種更好，只能根據用戶實際使用的需求來選擇。H.264雖然壓縮效率最高，但其對后端服務器和管理軟件的解碼能力和資源耗費也最大；JPEG雖然占用帶寬最高，但作為存儲格式的圖像品質是最好的，對于后期調查取證來說能得到最清晰的圖像；MPEG-4格式通用性最強，各個品牌和型號對其支持最好，同時對后端軟件系統解碼資源的占用也相對較低。所以這三種編碼方式各有所長，要根據實際應用來選擇。

    另外，輸出碼流是否穩定也成為影響網絡傳輸的重要因素。如果碼流不穩，造成占用帶寬突然增大會造成哪些問題呢？最主要有三個方面的問題：圖像出現丟幀，遺漏重要圖像信息；網絡阻塞引起癱瘓；網絡架構和存儲資源在設計時不得不考慮更多冗余造成浪費。索尼高清網絡攝像機在設計時特別考慮到了這個方面，可以使碼流控制在持續穩定的水平。下圖是索尼與市場同類產品的碼流對比，從上部的波形圖可以看出左邊的波形變化是比較大的，而右邊索尼機型的波形相對穩定在中心直線區域內，而從下部的柱形圖可以看出，在監控場景發生重大變化時，索尼碼流（綠柱）基本持平，而其他某品牌機型碼流則變化達到了16倍。

這個變化非常大，極容易引起網絡不穩、圖像丟幀。
    四、兼容性和標準化

    在整個安防系統中，監控只是其中的一部分，還有眾多其他的子系統構成了完整的安防系統，如門禁、入侵探測、資產跟蹤、信息安全、訪客管理、消防報警等等，系統眾多，品牌更是層出不窮。要使整個系統順利協調工作，就要求產品必須要有良好的兼容性和標準化的設計。

    網絡攝像機在接口方面有著良好的兼容性，并且采用標準化規格。比如下圖中索尼高清槍式攝像機的接口非常豐富，這對于整合到標準的系統中正常工作是非常重要的。

    兼容性的另一方面也體現在軟件管理平臺對于不同品牌、不同型號監控攝像機的支持上。很多品牌的管理平臺只支持本品牌的攝像機，而不支持其他品牌的機器。為了解決以上這些兼容性問題，索尼和安迅士、博世共同發起建立一個名叫ONVIF的標準。其目的就是推動網絡攝像機的標準化和互操作性，截至2009年9月底已有103個參與成員。ONVIF規范描述了網絡視頻模型、接口、數據類型和數據交換方式，為網絡視頻發送設備與網絡視頻客戶端的通訊定義了標準流程，通過使用這些接口，使得使用不同廠商的視頻發送設備來組建一個統一的網絡視頻系統成為可能。而這一重要的網絡攝像機架構正在高清攝像機上開始推廣和發展，未來的高清攝像機必然也會以此標準來進行開發和生產。

    此外，為了滿足不同項目特定的需求，廣泛開展與第三方軟件開發公司的合作，即ISV合作伙伴計劃。通過把網絡攝像機的SDK開發包開放給這些軟件系統公司，產品能靈活整合到各個不同的平臺軟件中，即使用戶的需求千差萬別，也能針對不同的需求開發不同功能以滿足實際應用。下圖是與索尼有合作伙伴關系的主要公司。

    五、安全性與穩定性

    由于安防監控對保密的特殊要求，數據安全已越來越被用戶重視了。如果沒有可靠的數據安全技術做保障，那作為高度機密的監控錄像就有可能被篡改或者刪除。針對這個需求，企業還特別開發了一系列保障數據安全的技術，比如802.11x安全認證功能、多級用戶管理體系、IP地址過濾功能、本地存儲功能等等，這些功能的綜合使用能確保攝像機采集的圖像能安全地傳輸到后端并存儲及回放。

    攝像機的穩定性和耐用性也是必須要考慮的因素。因為監控攝像機安裝的環境非常復雜，各種惡劣環境都有可能遇到。如果攝像機本身適應環境的能力不強，那安裝到惡劣環境中就非常容易出故障而不能工作。索尼產品定位于專業級應用，設計時已經充分考慮各種使用條件，從而能在各種應用場所正常工作。比如室外機型都滿足防塵防水的IP66標準；一般工作溫度都在-40～50度，適應極端溫度環境；帶有防破壞的堅固性外殼，甚至透明罩部分都能承受750公斤的撞擊力；標配內置多個散熱風扇和加熱器，在不同溫度下自動開啟工作，等等。種種這些設計使索尼產品在市場上獲得了良好的口碑。

    結語

    網絡高清監控正以成熟的技術和合理的價格逐漸進入增長期和普及階段，已經被越來越多的用戶所接受，目前也出現了不少成功應用的案例。

來源：慧聰安防網