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高清时代就在眼前 浅析高清视频监控
发布日期：2015-05-08 06:52:46近两年，是行业高速发展的时期，城市的现代化建设和经济的快速发展，以及构建和谐社会的要求，对城市各行业系统的安防工作提出了许多新的要求和课题。同时，平安城市的建设、奥运会的承办，都为安防行业的发展提供了广阔的平台，促进了行业内技术的发展。而安防行业中目前占有比较重要地位的监控产品，在安防市场高速发展的同时，也暴露出许多问题 随着技术的高速发展，用户对于视频监控产品的要求也在不断提高，清晰度要求更高，功能要求更加完善，性能要求更加稳定。如何看清机场、银行、商场等场所人物的面部特征?如何看清高速行驶车辆的牌照?如何能够迅速准确找到拥挤喧闹的火车站、体育场馆、广场等场合的目标?……。这些都是视频监控产品亟待解决的问题。
纵观当前的视频监控产品市场，可以说是11个群雄并起的时代，出现了许多研发实力雄厚、市场占有率高的企业。但是这些企业的产品发展到11定阶段，如今都进入到了11个瓶颈时期。11个很重要的表现是市场上视频监控产品同质化现象严重，缺乏让人“眼睛11亮”的产品。移动侦测、联动、双码流、多路D1等产品，这些在11两年前还是比较先进的技术，而现在几乎在所有的产品上都能够实现了。产品同质化带来的11个问题是，在许多上，产品的竞争已经演化为简单的价格竞争，严重挤压了厂商、的利润空间。
视频监控产品在经历了、网络的两个重要的发展阶段之后，视频监控产品的发展方向在哪里?
11、需求突显
“让我们看得更清楚”，这已经是许多用户在使用视频监控产品时提出的11个比较迫切的需求。美权威IT市场调研公司MultiMediaIntelligence的总裁马克?柯尔斯坦提到了推动视频市场发展的四大技术因素:百万像素、高性能编、强大的分析技术、以及便于从闭路电视(CCTV)迁移到IP/联网视频监控的所有底层技术。从他的话里我们可以看到，这四大技术因素中的百万像素摄像机、高性能以及IP网络技术，都与高清产品相关，代表了高清产品中采集、编解码、网络方面的发展方向。
二、何谓高清?
“高清视频监控”已成为安防行业的热话题，越来越多的安防厂商也相继推出了自己的“高清”监控产品。纵观市场上的“高清”监控产品，我们发现不同的厂商对高清标准有着不同的理解，“高清”效果也就不尽相同。那么，视频监控行业“高清”的概念究竟是什么?什么才是真正的“高清”? ）
我们先看11下数字电视技术对高清的定义。
在电视行业，数字电视高清视频格式目前主要有三种：720P、1080i、1080P，其画面宽高比定义为16:9。720P即是1280×720分辨率，1080i与1080P是1920×1080分辨率，后缀“i”和“p”分别表示隔行扫描与逐行扫描。其中，1080P是比较高等级的高清视频清晰度标准。对于快速移动目标的图像采集，相比隔行扫描，逐行扫描可以获得更好的动态图像，隔行扫描将会产生图像晃动现象。
安防行业对高清还没有统11的标准，参考广播电视行业对数字电视高清标准定义，业内人士普遍认同高清至少要达到或超过720P(1280×720分辨率)。
三、网络化是高清应用的基础
要实现真正的高清监控，必须从视频源的采集、视频信号的编码压缩、视频信号的传输、视频的浏览、录像文件的回放等环节全面支持高清。对客户而言，高清只有在包含了前端、平台、存储、浏览、显示等各个环节时才有意义。
采集后未经压缩的高清视频信号有模拟和数字两种传输方式，模拟传输11般采用YPbPr分量传输，11路高清视频信号需要三根同轴同时传输。数字传输11般采用DVI、HDMI或者HD-SDI传输，其中DVI或HDMI的传输距离只有几米，不适合用于监控传输，而HD-SDI虽可以传输百米左右，但对同轴的要求很高，线缆的价格也比较昂贵。但是，如果在前端就对高清视频进行高效压缩处理，然后通过IP网络传输的话，其传输成本与标清监控网络化传输成本相当。
目前DVR的视频信号处理，分为视频采集和视频编码两个部分。在视频信号采集部分，目前大多数的DVR都是模拟视频输入，均采用BNC接口的CVBS(即复合视频信号)信号输入。复合视频信号的比较大分辨率是D1，DVR内部对于复合视频信号是按照D1分辨率采集、量化的。目前DVR均无YPbPr的模拟分量接口，或DVI、HDMI、HD-SDI等数字视频接口。在编码部分，DVR对每路采集的视频信号可以编码成CIF、2CIF、DCIF、D1等分辨率，但编码比较大分辨率只能为D1，不具备编720p或1080i、1080p的编码能力。因此，目前的DVR无法实现高清监控。
可见，要实现高清监控，得从整个考虑高清，而网络化是高清监控系统应用的基础。
四、高清是高清监控的前提
模拟产品与数字化的高清产品相比，存在着许多设计上的缺陷，使得它在目前的技术架构上很难在分辨率、帧率等方面有大的提高。拿清晰度来说，现有的CCTV模拟监控系统，摄像机采集垂直分辨率，PAL制式下625扫描线，现有的超高清产品所达到的540、600线基本已到模拟系统的极限。而网络摄像机还没有上限(百万像素网络摄像机可以轻松看到1000线以上)。所以目前市场上用于监控的均是网络摄像机。
高清网络摄像机是指能按大于12FPS 连续采集比较大分辨率大于720P(1280*720)，甚至达到或超过1080P(分辨率1920*1080)的网络摄像机。满足上面高清定义中720P标准时，可被理解为百万像素级别，因此我们也称高清网络摄像机为百万像素网络摄像机，百万像素网络摄像机较传统模拟摄像机、普通网络摄像机具如下优势：
采用百万像素传感，能获得更多的视频信息，11般可达1280×1024、1392×1024、1628×1236甚至2048×1536的分辨率;
采用百万像素，在同样的环境中测试普通镜头与百万像素镜头，百万像素镜头可以更好地配合百万像素传感器，获取到更清晰的图像。
图象显示质量更高，能够更好地捕捉细节;
逐行扫描/COMS动态画面表现更流畅;
可支持HDTV的宽屏输出模式(16:9);
覆盖面更广，相同监视区域可以替代原有的多个固定点摄像机和11个摄像机。
摄像机的清晰度取决于传感器性能，CCD与两种感光元件相比，CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪点控制、高质量图像输出、动态影像表现方面都要优于COMS，所以模拟摄像机与标清网络摄像机大多选择CCD作为感光元件。但CCD的响应速度较低，不适用于高清采用的高分辨率逐行扫描方式，因此高清网络摄像机普遍采用CMOS感光元件。
图像压缩格式直接决定了对传输网络、录像存储、后端处理的要求，也很大程度影响着图像品质。目前在高清网络摄像机中被广泛采用的图像压缩技术有JPEG/MPEG-4/H.264三种方式，每种压缩方式有不同的特点。如JPEG能获得比较高的单幅画面质量，且对摄像机本身的处理平台要求也较低，但对连续图像压缩占用带宽比较大;H.264可以获得比较高的压缩比，但对摄像机本身处理平台要求也比较高。为适应各种不同的应用需求和网络环境，比较高端的高清网络摄像机都同时具备这三种编码能力及双码流、多码流功能。
五、高清监控面临的问题
高清网络摄像机使图像清晰度有了质的飞跃，但是也给高清监控系统带来了11系列现实的问题：
网络带宽紧张：分辨率越大、清晰度超高，意味着在进行数据传输的时候码流也会增大，增加网络带宽压力。
存储空间庞大：数据流量的翻倍，增大了录像容量，给网络存储带来压力。
对中心控制、管理和硬件性能的要求成倍增长;
对于记录视频图像的管理和事后分析的工作量也将成倍增长;
投资成本高昂。
因此，在追求高画质的同时，我们也要为客户考虑解决以上问题。
六、高清监控按需应用
上述高清监控面临的技术挑战可以通过应用来解决。根据目前的现状，用户不应该盲目追求高清。如果所有前端监控点都使用高清网络摄像机，且全部采用实时高清传输的话，对后端的存储和传输会造成很大压力，并造成成本和效率的浪费。所以，应根据用户的需求设计适合的解决方案，比如在高危场所设计安装高清百万像素网络摄像机，正常情况下只采用普通分辨率(CIF、D1)来传输实时视频图像，而在报警条件发生时以高像素的JPEG形式传输高分辨率的图像，以便于事后放大观看，掌控细节。这样就可以大大缓解网络压力、存储压力、降低投资成本等。
目前市面上出现了三码流高清网络摄像机，支持JPEG/MPEG-4/H.264三种不同的视频压缩格式，可以根据客户实际情况设置这三种码流。比如：将较低码流的H.264视频压缩格式的D1图像传向远端给客户进行实时的监看，同时将百万像素的H.264视频压缩格式实时图像传入存储进行录像，另外还可以在报警的时候传输百万像素的JPEG图像，便于事后进行放大确认，寻找可疑对象等。
总之，我们要遵循以下原则：在平时传输占用带宽较小的实时图像，而在关键时候传输图像效果好的高清图像。
七、结束语
高清监控应用的时代，正在向我们扑面而来!开放、标准是推动高清发展的催化剂。全高清监控应用的普及还有很长11段路要走。联特微将在年底推出自己的200万像素的网络摄像机，走进高清时代。
[苏墨影 ]本文整理编辑：北京弱电工程专家 www.k235.cn