浅论百万像素网络摄像机的技术与应用 - 安防知识网

高清网络摄像机的技术发展是推动整个高清视频监控的核心力量，要获得清晰的图像，除了镜头、传感器之外，还包括图像压缩分辨率和帧数，这些都涉及到图像处理及音视频压缩等摄像机的核心技术...

　　核心技术解析

　　高清网络摄像机的技术发展是推动整个高清视频监控的核心力量，要获得清晰的图像，除了镜头、传感器之外，还包括图像压缩分辨率和帧数，这些都涉及到图像处理及音视频压缩等摄像机的核心技术。

　　ISP图像处理技术

　　ISP(Image Signal Processing)，即图像信号处理，是对摄像机传感器输出的原始图像进行处理，获得更加接近所拍摄的真实场景的图像技术总称。ISP技术是很多独立的处理模块的总和(如图1所示)，每个模块负责一个特定的功能，包括的模块有黑电平钳位、坏点校正、色彩插值、自动曝光、自动白平衡、色彩纠正、伽马纠正、锐化等等。

　　百万像素网络摄像机技术直接来源于模拟摄像机技术，因此在图像处理技术方面，百万像素网络摄像机是基于模拟摄像机技术发展起来的;但百万像素网络摄像机在图像处理技术方面不仅仅局限于模拟摄像机的图像处理技术，还包括图像增强技术，如图像降噪、去抖动等。

　　通过集成ISP，不但可大幅降低系统成本，更能增强视频的稳定性，优化影像在光学方面的性能。这对于提升高清网络摄像机的成像品质具有极其重要作用。

　　视音频压缩技术

　　目前主流的视频压缩算法主要基于混合编码框架，通过运动估计、空/频域变换与量化、熵编码等技术，压缩视频信号在时域、空域和概率分布上的冗余信息，获得低带宽和高质量的视频图像;各种音频压缩算法则面向低带宽语音、多声道、高保真等不同应用需求采取多种压缩策略，降低音频码率和提高保真程度。随着网络化、数字化的发展，视音频压缩技术已成为现代安防监控产业的基石。[nextpage]

　　在百万像素网络摄像机中，视音频编解码是必不可少的处理环节。目前最先进的H.264视频压缩技术可以获得100倍以上的压缩比，使得原先数据率高达750Mbit/s的1080P 30fps高清视频，能够以较为理想的画质在8Mbit/s甚至4Mbit/s的IP环境中传输，克服了百万像素网络摄像机产品普及应用时的关键瓶颈——传输和存储带宽消耗，极大的增加了产品的实用价值。同时，面向视音频数据压缩的多码流、数字水印、信息加密等应用技术，也在很大程度上提高了产品的适用性、安全性，成为安防监控的重要组成部分。

　　目前在视频监控系统中，视频压缩方式主要有JPEG、MPEG-4、H.264三种，根据不同的产品定位配置不同的编码方式。例如：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服务器进行录像，得益于H.264压缩标准(如图2所示)。在同等数据量的情况下，相对于MPEG-4标准，H.264压缩后的容量只有MPEG-4压缩后的20%，这意味着相同的存储容量H.264的存储是MPEG-4的5倍，这大大降低了用户的存储成本，并且图像的传输质量不会受影响。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。

　　CCD与CMOS之争

　　感光器件是摄像机最为核心的部分，在模拟摄像机及标清网络摄像机中，CCD最为广泛使用;但随着百万像素网络摄像机的出现，其主要采用高分辨率的逐行扫描方式，逐行扫描的CMOS传感器比隔行扫描CCD芯片更有优势，其依次扫描每条电视线，而不是将电视线分成奇数和偶数线条后再叠加成一副完整图像。采用隔行扫描，快速运动的物体在奇数场扫描和偶数场扫描中的位置存在较大差异，导致画面模糊不清，对于交通等领域而言，需要的是清晰、无锯齿的运动车辆图像，CMOS在像素密度上的优势使其处于领先地位。目前，130万网络摄像机沿袭模拟的优势，较多采用CCD，而200万像素以上的网络摄像机则更多倾向于CMOS。CCD的特点是灵敏度高，但其响应速度较低，而CMOS除了像素密集度的优势之外，成本、功耗等优势更为厂家青睐;当然“金无赤足，人无完人”，CMOS存在着不足，其在低照度环境下噪点较多，如果没有补光措施，在低照度环境下使用很难达到理想效果。[nextpage]

　　未来发展趋势

　　标准化：ONVIF、PSIA 、HDcctv

　　随着监控系统从模拟走向数字，从封闭式迈向网络化，基于开放的标准已达到设备、系统之间的互联互通的需求日益迫切。在网络化的时代，投入开放标准的建设同时为用户提供具备灵活性、可扩展性的安防系统，已成为安防厂商角逐本土市场、实现全球化的不二选择。作为网络监控的重要产品，百万像素网络摄像机的标准化之路已经成为必然。

　　继ONVIF、PSIA之后，HDcctv联盟也相继成立，从而形成了当前网络视频监控市场的三大标准。这些组织都是希望在网络化的时代，推动实现监控标准统一的愿景。例如ONVIF，希望通过全球性的开放接口标准来推进网络视频在安防市场的应用，该标准将确保不同厂商生产的网络视频产品具有互通性。成立于2008年8月的PSIA实体安防互通联盟，目标是为实体安防系统的硬件和软件平台创立一种标准化的接口，使基于IP网络的不同安防系统具有兼容性。而HDcctv联盟则主要由芯片厂商与系统供货商共同成立，主要针对高画质监控系统所开发的新标准，期待透过新标准，发更容易建制、成本更低的IP解决方案。

　　智能分析功能

　　整体来看，简单的智能分析包括移动侦测、遮挡报警等(目前这些功能已经广泛应用)。更复杂的智能分析包括行为识别与分析，如人脸识别、丢包、警戒等。智能分析在前几年就已很“热”，在各种展会上很多厂家都急迫地推出了相关的产品，包括各种带智能分析功能的网络摄像机。然而由于实际应用环境复杂，加之算法本身不是很成熟，适应能力不强，造成误报漏报很多。而另一方面客户的期望很高，但在实际应用中智能产品表现不佳，难以满足客户实际需求，且维护成本高，常常使得该设备成为一种摆设。

　　然而智能化是必然趋势，随着视频监控数量增多，几十、几百路甚至上千路的视频，靠人眼24小时不间断监控是不现实的。如何快速从海量的数据中提取有用的信息，对于用户来说，智能化是非常有效的，也是客户迫切希望得到的，智能化成为现在以及未来网络摄像机产品的市场竞争点之一。

　　由于百万像素网络摄像机能够提供更多关键细节，这使得基于视频的智能分析获得更高的精度，大大提升了智能应用水平。在一些细分市场，如交通领域等，相关的智能产品开发和应用也相对较成熟，如道路状况分析、车辆统计、车牌识别、逆行、压黄线、违章停车，包括交通状况的监控，以及违法行为的抓拍等，都已有广泛应用。

　　易用性

　　与传统模拟摄像机不同，百万像素网络摄像机涉及到IT范畴，因此，网络摄像机与模拟摄像机在使用上有较大的区别，特别是对于操作者及使用人员都有较高的要求。对于国内大部分工程商、集成商及用户来说，他们对传统的模拟监控系统非常熟悉，对网络摄像机尚处于应用初期，所以网络摄像机在开发和设计等方面，要考虑到用户的需求，在安装的便捷性和使用的易用性上要有充分的体现，例如支持PoE供电、本地视频输出、本地调试、支持无线功能等。

　　高清摄像机典型应用

　　以安全防范为主要目的的视频监控，随着信息和网络技术的发展以及行政管理的需要，摄像机的应用已涉及到生活中各个领域，在应用深度和广度上都超越了以往，特别百万像素网络摄像机的出现，更是带动了安防市场的急速扩张。

　　2010年，上海浦东城区高清视频覆盖项目，算得上是高清网络摄像机成功应用案例典范之一。该项目采用了1GHz TI TMS320DM6467处理芯片，200万像素的高清网络摄像机，1/1.8"CCD传感器，分辨率高达1600×1200，监控点达一万左右。该方案满足了当前上海平安城市建设过程中模拟与网络标清及网络高清交叉使用，旧系统与新建平台整合的需求，解决了大型数据的存储、管理与综合应用等问题。大规模采用高清监控技术，对于推动整个高清的发展起到了积极作用，具有里程碑的意义。