網絡高清攝像機引領著監(jiān)控攝像機的未來

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(yè)內所說的高清監(jiān)控攝像機主要指分辨率為720P與1080P兩種格式的數(shù)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(tài)圖像，不會產生拖尾，因此對安防監(jiān)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(tǒng)的標清圖像的區(qū)別。

    一、高清定義

    相對于傳統(tǒng)的4:3圖像比例，高清圖像的16:9格式更適合安防監(jiān)控的應用。監(jiān)控場景往往是需要對大范圍橫向區(qū)域進行監(jiān)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(xiàn)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(qū)域，而增大我們關心的監(jiān)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(jiān)控的區(qū)域現(xiàn)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(jié)省了成本。索尼作為高清監(jiān)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(tài)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(jiān)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(jiān)控場景千差萬別，這就要求監(jiān)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(tài)效果。移動物體邊緣是否清晰，是否有拖尾；

    3）低照度表現(xiàn)。在低光環(huán)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(tài)。在光線明暗對比強烈的場景中攝像機能否兼顧亮區(qū)和暗區(qū)，動態(tài)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(xiàn)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(xiàn)優(yōu)秀的圖像效果是不可能的，而索尼正是具備深厚研發(fā)實力的企業(yè)，這保證了高品質的圖像效果。索尼是業(yè)內唯一能同時提供監(jiān)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(fā)中心，實現(xiàn)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(xiàn)，出貨量遙遙領先。進入高清監(jiān)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(jiān)控攝像機采用的高分辨率逐行掃描方式，因此高清監(jiān)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(jiān)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(fā)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(tài)，特別開發(fā)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(jiān)控研發(fā)的專業(yè)高靈敏度ExmorCMOS、多次曝光寬動態(tài)技術、可視性增強（VE）技術。一般來說寬動態(tài)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(tài)范圍超過120dB，達到超寬動態(tài)的驚人效果，而且相比傳統(tǒng)寬動態(tài)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(huán)境中得到極大增強和改善。

    在高清監(jiān)控攝像機噪點控制方面，索尼也有獨特的技術，即超級動態(tài)降噪技術（XDNR）。傳統(tǒng)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(tài)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(jiān)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?shù)男阅軐τ诰W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(fā)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(xù)壓縮，這是指如果監(jiān)控的目標圖像沒有變化或變化不大時，攝像機傳輸?shù)臄?shù)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(yōu)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(tǒng)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(wěn)定也成為影響網絡傳輸?shù)闹匾蛩亍Ｈ绻a流不穩(wěn)，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(xiàn)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(xù)穩(wěn)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(wěn)定在中心直線區(qū)域內，而從下部的柱形圖可以看出，在監(jiān)控場景發(fā)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(wěn)、圖像丟幀。

    四、兼容性和標準化

    在整個安防系統(tǒng)中，監(jiān)控只是其中的一部分，還有眾多其他的子系統(tǒng)構成了完整的安防系統(tǒng)，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(tǒng)眾多，品牌更是層出不窮。要使整個系統(tǒng)順利協(xié)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(guī)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(tǒng)中正常工作是非常重要的。

    兼容性的另一方面也體現(xiàn)在軟件管理平臺對于不同品牌、不同型號監(jiān)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(fā)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(guī)范描述了網絡視頻模型、接口、數(shù)據類型和數(shù)據交換方式，為網絡視頻發(fā)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(fā)送設備來組建一個統(tǒng)一的網絡視頻系統(tǒng)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(fā)展，未來的高清攝像機必然也會以此標準來進行開發(fā)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(fā)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(fā)包開放給這些軟件系統(tǒng)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(fā)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(wěn)定性

    由于安防監(jiān)控對保密的特殊要求，數(shù)據安全已越來越被用戶重視了。如果沒有可靠的數(shù)據安全技術做保障，那作為高度機密的監(jiān)控錄像就有可能被篡改或者刪除。針對這個需求，企業(yè)還特別開發(fā)了一系列保障數(shù)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?shù)胶蠖瞬⒋鎯盎胤拧?

    攝像機的穩(wěn)定性和耐用性也是必須要考慮的因素。因為監(jiān)控攝像機安裝的環(huán)境非常復雜，各種惡劣環(huán)境都有可能遇到。如果攝像機本身適應環(huán)境的能力不強，那安裝到惡劣環(huán)境中就非常容易出故障而不能工作。索尼產品定位于專業(yè)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(huán)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(jiān)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(xiàn)了不少成功應用的案例。

2011/3/24/8:25來源：慧聰安防網作者：索尼中國專業(yè)系統(tǒng)集團 文軍