高清视频效果源高清信息采集技术 - 安防知识网

高清的视频效果的保证首先来源于高清信息的采集，如果没有前端高清视频采集，无法谈及后端的高清效果。无论是枪机、一体机还是网络摄像机、模拟摄像机，采集的原理都是一致的，只是技术和器件上的区别。对于高清监控系统，前端采集设备一般使用网络摄像机。我们知道，摄像机的清晰度主要取决于感光芯片的性能，主要有CCD和CMOS两种，在高清监控领域，也都有所应用。

【安防知识网】高清的视频效果的保证首先来源于高清信息的采集，如果没有前端高清视频采集，无法谈及后端的高清效果。无论是枪机、一体机还是网络摄像机、模拟摄像机，采集的原理都是一致的，只是技术和器件上的区别。对于高清监控系统，前端采集设备一般使用网络摄像机。我们知道，摄像机的清晰度主要取决于感光芯片的性能，主要有CCD和CMOS两种，在高清监控领域，也都有所应用。

　　CCD 英文全名 Charge CoupLED Device，感光耦合元件。CCD为数位相机中可记录光线变化的半导体，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。CCD对监控场景的适应性更佳，在低照度下效果表现更好。CCD由以前1/4英寸到现在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等，代表了其技术的不断发展，再经过图像处理芯片的配合，能够达到分辨率720P甚至1080i的输出。

　　CMOS英文全名 Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体，CMOS和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体，而随着CMOS在制造工艺和影像处理技术上的不断突破，业内对CMOS的前景预测也越来越乐观。高清数字影像的普及更是CMOS技术发展的一个难得机遇。而且，与CCD相比，CMOS的制造原理更加简单，体积更小，功耗可以大大的降低，种种迹像表明：图像传感器的领域正面临着一个重大转折，尽管从目前的状况看，CMOS与CCD图像传感器的应用市场仍然有一个分界，但这个界限似乎越来越模糊。有专家预言，随着300万像素的CMOS图像传感器的上市，图像传感器即将进入“CMOS时代”。CMOS在高像素方面有着一定的优势。

　　另外，镜头要能够保证进光量和角度，同时还要有一个适宜调焦和光圈来配合感光元器件的成像，因为高清的视频通常依赖于一个调焦的操作。对于焦距和光圈不满足实际需求来说，高清摄像机也惘然。在一体机中通常配合较高的变倍来更好的体现高清的效果。当然，评价一个高清摄像机，除了清晰度外，还有其他许多影响图像质量的因素，如超宽动态、自动白平衡、自动测光补偿等等。

　　高清编码标准

　　除了采集外，高清图像编码也是重要环节，高清视频编码最常用的编码格式是MPEG2-TS、MPEG4、H.264和VC-1这四种算法。

　　MPEG2由MPEG(Moving Picture Experts Group)运动图像专家组制定，这是国际标准化组织(ISO)于1988年成立的专责制定有关运动压缩编码标准的工作组，制定的标准是国际通用标准。DVD即是MPEG2编码，随着技术的改进，它在高清视频方面也得到了应用。MPEG2最大的缺点就是文件体积过大，不过它也有一个优点，那就是相对于另外两种编码，它对于系统资源的消耗是最小的。但是随着硬件技术的发展，H.264和VC-1的解码必然会成为DVD那样，任何主流的配置都能流畅播放。

　　MPEG4主要用于低带宽应用和交互式图形应用(游戏等合成内容)、交互式多媒体( W W W 等内容分发和访问技术)应用， MPEG专家组成立了MPEG4工作组，以促进上述三个领域的集成。1999年初，定义标准框架的MPEG4(第一版)成为国际标准(ISO/IEC 14496-1)，提供多种算法和五金|工具的第二版已于1999年底成为国际标准(ISO/IEC 14496-2)。

　　H.264也许是最有前途的一个了，相对于MPEG2、 MPEG4而言，其压缩效率是三种编码中最高的。H.264标准由国际电信联盟电信标准化部(ITU-T)和国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)共同研究发布，因此H.264有两个名称，一个是沿用 ITU-T组织的H.26x名称，叫“H.264”，另一个则是A V C ( 高级视频编码)。H.264格式的最大特点是在保证画面质量的情况下，它可以把文件大小控制在MPEG2格式的二分之一甚至三分之一。所以其更高的压缩比、更好的IP和无线网络信道的适应性，在数字视频通信和存储领域得到越来越广泛的应用。但是需要注意的是，H.264获得优越性能的代价是计算复杂度增加，因此H.264的硬件要求是最高的。

　　微软公司在2003年9月提出了VC-1编码格式(开发代号Corona)，目前已经得到了 MovieBeam、Modeo等不少公司的采纳，同时也包含在HD DVD和蓝光中，包括华纳和环球等影业公司也有采用这种格式的意向。VC-1基于微软windows Media Video9 ( WMV9 )格式，而WMV9格式现在已经成为VC-1标准的实际执行部分。VC-1是最后被认可的高清编码格式，因为有微软的后台，所以这种编码格式不能小窥，相对于MPEG2，VC-1的压缩比更高;但相对于H.264而言，编码解码的计算则要稍小一些。

　　AVS是基于我国自主创新技术和国际公开技术所构建的标准，主要面向高清晰度和高质量数字电视广播、网络电视、数字存储媒体和其他相关应用，具有性能高(与H.264相当)、复杂度低(算法复杂度比H.264明显低)、我国掌握主要知识产权、专利授权模式简单且费用低等特点。基于此，可以认为AVS标准是能够支撑国家数字音视频产业发展的重要标准，也是安防监控行业应该采纳的重要标准。

　　JPEG2000 是一种图像编码格式, 而并不是视频编码格式, 设计之初是用于取代JPEG , 而视频序列的每一帧画面也相当于是一幅图像,与其前辈JPEG相比, JPEG2000放弃了以离散余弦变换DCT为主的区块编码方式, 而改为采用以小波变换为主的多解析编码方式, 压缩率比JPEG 高约 30 左右, 同时JPEG2000支持有损和无损压缩。JPEG2000有几个重要特性, 支持“渐进传输”及“感兴趣区域编码”。在清晰度方面, 它可以先解码一副画面的四分之一尺寸, 然后再二分之一, 最后解码出整幅画面;在图像质量方面, 它可以先传输图像的轮廓, 然后逐步传输数据, 不断提高图像质量, 让图像由朦胧到清晰显示;“感兴趣区域”是指用户可以任意指定图像上感兴趣区域的压缩质量, 还可以选择指定的部份先解压缩, 便于突出重点。但JPEG2000计算量太大，压缩率不高，目前很难在嵌入式实时系统中实现，对存储传输也提出了较高的要求，目前仅有一些高清专用系统采用了这个算法。

　　在编码芯片上，一般有DSP、ASIC等可供选择。DSP方案，如达芬奇数字媒体处理器TMS320DM6467，是基于DSP的SOC(片上系统)，集成了300MHz的ARM内核和600MHz的DSP内核，并采用高清视频协处理器，在执行H.264 HP@L4(1080p 30fps、1080i 60fps、720p 60fps)的同步多格式高清编码、解码与转码方面，表现出色。还有一款高清入门级的TI芯片DM355，它内置了编解码算法实现，能够以720p格式与每秒30帧的速度提供高清MPEG4 SP编解码能力，是快速开发入门级高清编码产品的不错选择。ASIC方案，如海思3511的处理器，一款基于ARM9处理器内核以及视频硬件加速引擎的高性能通信媒体处理器，具有高集成、可编程、支持H.264和MJPEG(Motion JPEG是一种视频压缩格式，其中每一帧图像都分别使用JPEG 编码)等多协议的优点，可广泛应用于实时视频通信、数字图像监控、网络摄像机等领域。