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網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)析

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　　高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通常以其分辨率也就是像素?cái)?shù)的不同來(lái)卻分不同規(guī)格和分類(lèi)，比如常說(shuō)的百萬(wàn)像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，即1280x720的高清分辨率，130萬(wàn)像素(1280x960)，200萬(wàn)像素(1920x1080全高清)，320萬(wàn)像素(2048x1536)等乃至更高的500萬(wàn)甚至800萬(wàn)、1000萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)。
　　
　　除此之外，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同使用環(huán)境的需要，在產(chǎn)品特性上也有不同的要求，因此除了有多少萬(wàn)像素之分外，還有按照主要特性的分類(lèi)之別，如適用于明暗差別較大場(chǎng)景的寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)，適用于光線較暗環(huán)境下的低照度攝像機(jī)，適用于特殊高危主動(dòng)預(yù)警監(jiān)控場(chǎng)合的智能視頻分析攝像機(jī)等等。
　　
　　圖像傳感器高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為攝像機(jī)的一種，就必須具備攝像機(jī)所具有的各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，比如傳感器(sensor技術(shù))等。Sensor作為zui前端的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的環(huán)節(jié)，是zui直接影響攝像機(jī)圖像質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)上，這點(diǎn)也不例外，并且高清攝像機(jī)上所應(yīng)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(shù)據(jù)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(jī)sensor的技術(shù)帶來(lái)了成本壓力和技術(shù)挑戰(zhàn)。
　　
　　Sensor的種類(lèi)常用的有CCD和CMOS兩種，在模擬攝像機(jī)上常見(jiàn)的是CCD傳感器，但是到了高清時(shí)代，大家可以發(fā)現(xiàn)CCD的應(yīng)用非常少，如果說(shuō)在720P級(jí)別的高清攝像機(jī)上還能看到部分CCD產(chǎn)品的話，那么在1080P級(jí)別的高清攝像機(jī)上，幾乎清一色的CMOS產(chǎn)品。大多高清攝像機(jī)都是以CMOS傳感器為主的原因很簡(jiǎn)單，高清大數(shù)據(jù)量的處理能力CMOS具有的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)CCD滿足高清應(yīng)用的制造成本大幅提高，關(guān)鍵還得益于CMOS技術(shù)在近幾年的突飛猛進(jìn)，早先受限的低照度視頻效果問(wèn)題，寬動(dòng)態(tài)問(wèn)題等均逐步得以解決，再加之CMOS先天的成本優(yōu)勢(shì)使之得以在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)領(lǐng)域占據(jù)主流位置。
　　
　　視頻壓縮算法高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)就是視頻壓縮算法，視頻圖像經(jīng)過(guò)數(shù)字壓縮后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸這是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(zhì)量。可以從兩個(gè)方面來(lái)看，一方面好的視頻壓縮算法，可以zui大限度的減少畫(huà)面的失真，因?yàn)?應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l壓縮均為有損壓縮，畫(huà)面信息必然會(huì)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(huà)面信息；另一方面好的視頻壓縮算法，可以在提供較好的畫(huà)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(chǔ)空間。
　　
　　目前主流應(yīng)用的視頻壓縮算法為H.264標(biāo)準(zhǔn)，H.264定義了4種不同的Profile(類(lèi)/級(jí)別)，即Baseline(基線類(lèi))，Main(主要類(lèi))，Extended(擴(kuò)展類(lèi))和HighProfile(類(lèi))，級(jí)別越高相同畫(huà)質(zhì)碼率越小，計(jì)算強(qiáng)度越大。隨著高清應(yīng)用需求的不斷增長(zhǎng)，視頻壓縮算法升級(jí)的腳步也沒(méi)有停止，在H.264標(biāo)準(zhǔn)被大家廣泛應(yīng)用的同時(shí)，H.265標(biāo)準(zhǔn)即將面世。2012年6月25日，電信聯(lián)盟(ITU)在其*公布了工作計(jì)劃項(xiàng)目，原定于2008年至2010年推出的《Highefficiencyvideocoding》(HEVC或稱(chēng)H.265)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)于2013年1月推出。H.265算法標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量的前提下，視頻流的碼率減少50%，可以實(shí)現(xiàn)利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P，一方面節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，另一方面節(jié)省了錄像存儲(chǔ)空間，將高清攝像機(jī)的應(yīng)用成本大幅降低。
　　
　　H.265標(biāo)準(zhǔn)的推出會(huì)給高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)展乃至高清監(jiān)控市場(chǎng)帶來(lái)哪些變化，還需要拭目以待，筆者認(rèn)為短期內(nèi)或不會(huì)有太大變化，關(guān)鍵依賴于各芯片廠商的跟進(jìn)程度，如果一切按計(jì)劃行進(jìn)的話，H.265帶來(lái)的變化zui早也要到2013年底甚至2014年才能看到。
　　
　　寬動(dòng)態(tài)
　　
　　此外，在滿足各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景和高清監(jiān)控建設(shè)方案方面，寬動(dòng)態(tài)也是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的關(guān)鍵特性所在。很多的應(yīng)用場(chǎng)合都存在逆光或場(chǎng)景中存在明暗差別較大的區(qū)域，此時(shí)如果要想同時(shí)看清楚亮處和暗處，就需要攝像機(jī)具有良好的寬動(dòng)態(tài)效果，以此來(lái)保證過(guò)亮和過(guò)暗之處均可以看清楚。
　　
　　視頻主動(dòng)增強(qiáng)碼流和畫(huà)面質(zhì)量的有效結(jié)合也是關(guān)鍵所在。高清視頻需要高碼率，降低碼率就意味著犧牲了畫(huà)面質(zhì)量，要想畫(huà)面質(zhì)量高，就需要較高的碼率。那么有沒(méi)有一種辦法即可以保證碼率不升高，有可以保證關(guān)鍵畫(huà)面的質(zhì)量呢，答案是肯定的。VAE(videoactiveenhancement)視頻主動(dòng)增強(qiáng)，可以讓視頻畫(huà)面中的不同區(qū)域享受不同畫(huà)質(zhì)的編碼待遇，所謂好鋼要用在刀刃上，整幅視頻畫(huà)面中我們所重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域或許只是一部分，那我們就讓有限的視頻編碼資源重點(diǎn)用在這部分區(qū)域，著重提升關(guān)注區(qū)域的清晰度，適當(dāng)降低非重點(diǎn)區(qū)域清晰度，即提升了目標(biāo)清晰度，又不增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，可謂雙贏。
　　
　　三碼流隨著移動(dòng)監(jiān)控需求的不斷增加，高清攝像機(jī)伴隨的高清視頻和高碼率與移動(dòng)監(jiān)控有限的帶寬資源形成了矛盾，有人會(huì)提出來(lái)使用雙碼流，沒(méi)錯(cuò)，不過(guò)這里雙碼流已經(jīng)不能滿足需要，整體高清監(jiān)控解決方案中，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)必須承擔(dān)提供一路高清視頻供錄像存儲(chǔ)，同時(shí)提供一路標(biāo)清視頻供遠(yuǎn)程監(jiān)控，此為雙碼流，在此基礎(chǔ)上，高清攝像機(jī)還必須支持三碼流，第三路碼流專(zhuān)門(mén)用于移動(dòng)監(jiān)控，可以是更低分辨率和碼率的視頻，以滿足手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備的監(jiān)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(shù)高清攝像機(jī)帶來(lái)了高清晰的視頻質(zhì)量，將視頻監(jiān)控帶入了高清時(shí)代，但并未改變傳統(tǒng)的被動(dòng)監(jiān)控模式。現(xiàn)場(chǎng)圖像的高清晰可以使得監(jiān)控更清楚，卻無(wú)法改變眾多監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)重點(diǎn)觀察，容易遺漏等被動(dòng)局面。再清晰的畫(huà)面，如果不能在出現(xiàn)警情的時(shí)候給監(jiān)控人員*時(shí)間看到，其有效價(jià)值將大打折扣。因此高清和智能的結(jié)合是zui有效的武器，利用智能視頻分析的預(yù)警功效，*時(shí)間將有警情的高清畫(huà)面彈出，其監(jiān)控效率將大大提高。
　　
　　在傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)監(jiān)控時(shí)代，由于攝像機(jī)本身并不具備進(jìn)行視頻處理的DSP芯片，因此無(wú)法將智能視頻分析算法嵌入到攝像機(jī)內(nèi)，要想實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，需要額外增加智能視頻分析設(shè)備，成本和維護(hù)投入均較大。而高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的出現(xiàn)，其本身具有視頻處理的DSP芯片，因此可以實(shí)現(xiàn)將智能視頻分析算法嵌入到高清攝像機(jī)中。
　　
　　一方面可以將智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用在高清晰的畫(huà)面中，保證了智能分析的準(zhǔn)確性，較傳統(tǒng)的在標(biāo)清甚至更低分辨率的圖像上進(jìn)行智能分析而言，準(zhǔn)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(shè)備的成本，降低了整體監(jiān)控方案的造價(jià)。
　　
　　結(jié)語(yǔ)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)還面臨著諸多有待解決的問(wèn)題，如高碼率帶來(lái)的帶寬壓力、存儲(chǔ)壓力，高清鏡頭在實(shí)際項(xiàng)目中的選擇和成本問(wèn)題等等。目前，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用還處于初期階段，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，諸多問(wèn)題逐步破解，高清監(jiān)控會(huì)變得更容易，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的市場(chǎng)也會(huì)迅速放大。

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