網絡高清攝像機技術簡析
閱讀：1240發布時間：2014-01-13
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深圳市藍視訊智能科技有限公司
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高清網絡攝像機通常以其分辨率也就是像素數的不同來卻分不同規格和分類，比如常說的百萬像素高清網絡攝像機，即1280x720的高清分辨率，130萬像素(1280x960)，200萬像素(1920x1080全高清)，320萬像素(2048x1536)等乃至更高的500萬甚至800萬、1000萬像素攝像機。
除此之外，在實際應用中，根據不同使用環境的需要，在產品特性上也有不同的要求，因此除了有多少萬像素之分外，還有按照主要特性的分類之別，如適用于明暗差別較大場景的寬動態攝像機，適用于光線較暗環境下的低照度攝像機，適用于特殊高危主動預警監控場合的智能視頻分析攝像機等等。
圖像傳感器高清網絡攝像機作為攝像機的一種，就必須具備攝像機所具有的各個關鍵技術環節，比如傳感器(sensor技術)等。Sensor作為zui前端的光信號轉換為電信號的環節，是zui直接影響攝像機圖像質量的關鍵技術。在高清網絡攝像機上，這點也不例外，并且高清攝像機上所應用的sensor具有特定的要求，需要能夠滿足高清圖像攝取所需的大數據量處理能力，以及滿足高清大幅面圖像所需的大靶面，這些都給高清攝像機sensor的技術帶來了成本壓力和技術挑戰。
Sensor的種類常用的有CCD和CMOS兩種，在模擬攝像機上常見的是CCD傳感器，但是到了高清時代，大家可以發現CCD的應用非常少，如果說在720P級別的高清攝像機上還能看到部分CCD產品的話，那么在1080P級別的高清攝像機上，幾乎清一色的CMOS產品。大多高清攝像機都是以CMOS傳感器為主的原因很簡單，高清大數據量的處理能力CMOS具有的優勢，同時CCD滿足高清應用的制造成本大幅提高，關鍵還得益于CMOS技術在近幾年的突飛猛進，早先受限的低照度視頻效果問題，寬動態問題等均逐步得以解決，再加之CMOS先天的成本優勢使之得以在高清網絡攝像機領域占據主流位置。
視頻壓縮算法高清網絡攝像機的另一個關鍵技術環節就是視頻壓縮算法，視頻圖像經過數字壓縮后經網絡傳輸這是網絡攝像機zui基本的功能，因此視頻壓縮算法的好于差直接決定了視頻圖像的質量。可以從兩個方面來看，一方面好的視頻壓縮算法，可以zui大限度的減少畫面的失真，因為*應用于網絡傳輸的視頻壓縮均為有損壓縮，畫面信息必然會有所損失，因此需要zui大限度的在滿足壓縮比率的情況下保留zui多的畫面信息；另一方面好的視頻壓縮算法，可以在提供較好的畫面效果的情況下，使用更低的碼率，也就意味著占用更低的帶寬和更少的存儲空間。
目前主流應用的視頻壓縮算法為H.264標準，H.264定義了4種不同的Profile(類/級別)，即Baseline(基線類)，Main(主要類)，Extended(擴展類)和HighProfile(類)，級別越高相同畫質碼率越小，計算強度越大。隨著高清應用需求的不斷增長，視頻壓縮算法升級的腳步也沒有停止，在H.264標準被大家廣泛應用的同時，H.265標準即將面世。2012年6月25日，電信聯盟(ITU)在其*公布了工作計劃項目，原定于2008年至2010年推出的《Highefficiencyvideocoding》(HEVC或稱H.265)技術標準預計于2013年1月推出。H.265算法標準將視頻壓縮效率比H.264提高一倍，即在保證相同視頻圖像質量的前提下，視頻流的碼率減少50%，可以實現利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P，一方面節省了網絡傳輸帶寬，另一方面節省了錄像存儲空間，將高清攝像機的應用成本大幅降低。
H.265標準的推出會給高清網絡攝像機的發展乃至高清監控市場帶來哪些變化，還需要拭目以待，筆者認為短期內或不會有太大變化，關鍵依賴于各芯片廠商的跟進程度，如果一切按計劃行進的話，H.265帶來的變化zui早也要到2013年底甚至2014年才能看到。
寬動態
此外，在滿足各類應用場景和高清監控建設方案方面，寬動態也是高清網絡攝像機的關鍵特性所在。很多的應用場合都存在逆光或場景中存在明暗差別較大的區域，此時如果要想同時看清楚亮處和暗處，就需要攝像機具有良好的寬動態效果，以此來保證過亮和過暗之處均可以看清楚。
視頻主動增強碼流和畫面質量的有效結合也是關鍵所在。高清視頻需要高碼率，降低碼率就意味著犧牲了畫面質量，要想畫面質量高，就需要較高的碼率。那么有沒有一種辦法即可以保證碼率不升高，有可以保證關鍵畫面的質量呢，答案是肯定的。VAE(videoactiveenhancement)視頻主動增強，可以讓視頻畫面中的不同區域享受不同畫質的編碼待遇，所謂好鋼要用在刀刃上，整幅視頻畫面中我們所重點關注的區域或許只是一部分，那我們就讓有限的視頻編碼資源重點用在這部分區域，著重提升關注區域的清晰度，適當降低非重點區域清晰度，即提升了目標清晰度，又不增加網絡負載，可謂雙贏。
三碼流隨著移動監控需求的不斷增加，高清攝像機伴隨的高清視頻和高碼率與移動監控有限的帶寬資源形成了矛盾，有人會提出來使用雙碼流，沒錯，不過這里雙碼流已經不能滿足需要，整體高清監控解決方案中，高清網絡攝像機必須承擔提供一路高清視頻供錄像存儲，同時提供一路標清視頻供遠程監控，此為雙碼流，在此基礎上，高清攝像機還必須支持三碼流，第三路碼流專門用于移動監控，可以是更低分辨率和碼率的視頻，以滿足手機和移動設備的監控所需，因此，三碼流是完成高清整體解決方案所必須具備的。
智能技術高清攝像機帶來了高清晰的視頻質量，將視頻監控帶入了高清時代，但并未改變傳統的被動監控模式。現場圖像的高清晰可以使得監控更清楚，卻無法改變眾多監控現場的無重點觀察，容易遺漏等被動局面。再清晰的畫面，如果不能在出現警情的時候給監控人員*時間看到，其有效價值將大打折扣。因此高清和智能的結合是zui有效的武器，利用智能視頻分析的預警功效，*時間將有警情的高清畫面彈出，其監控效率將大大提高。
在傳統模擬攝像機監控時代，由于攝像機本身并不具備進行視頻處理的DSP芯片，因此無法將智能視頻分析算法嵌入到攝像機內，要想實現智能監控，需要額外增加智能視頻分析設備，成本和維護投入均較大。而高清網絡攝像機的出現，其本身具有視頻處理的DSP芯片，因此可以實現將智能視頻分析算法嵌入到高清攝像機中。
一方面可以將智能視頻分析技術應用在高清晰的畫面中，保證了智能分析的準確性，較傳統的在標清甚至更低分辨率的圖像上進行智能分析而言，準確性的提升之大可想而知；另一方面減少了另外附加智能分析設備的成本，降低了整體監控方案的造價。
結語高清網絡攝像機還面臨著諸多有待解決的問題，如高碼率帶來的帶寬壓力、存儲壓力，高清鏡頭在實際項目中的選擇和成本問題等等。目前，高清網絡攝像機的應用還處于初期階段，隨著技術的不斷發展，諸多問題逐步破解，高清監控會變得更容易，高清網絡攝像機的市場也會迅速放大。
