全面剖析高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)技術(shù)

    在這個(gè)“高清”橫行的時(shí)代，隨處可以看見冠以高清“頭銜”的產(chǎn)品，那到底什么是高清？什么又是百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)呢？

    高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是指能按大于12FPS連續(xù)采集最大分辨率大于720P(1280*720)，甚至超過FullHD(1080P，分辨率1920*1080)到更高的2048×1536畫面的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。滿足上文高清定義中提及的高清指標(biāo)掃描線數(shù)垂直和水平方向都達(dá)到720P數(shù)字信號要求，可被理解為高清產(chǎn)品中百萬像素級別。

    一般百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)較傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)、普通網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具如下優(yōu)勢：

    1、采用百萬像素級傳感器，能獲得更多的視頻信息，一般可達(dá)1280×1024、1392×1024、1628×1236甚至2048×1536的分辨率；

    2、圖象顯示質(zhì)量更高，能夠更好地捕捉細(xì)節(jié)；

    3、逐行掃描CCD/COMS動(dòng)態(tài)畫面表現(xiàn)更流暢；

    4、可支持HDTV的寬屏輸出模式(16：9)；

    5、覆蓋面更廣，相同監(jiān)視區(qū)域可以替代原有的多個(gè)固定點(diǎn)攝像機(jī)和一個(gè)全方位攝像機(jī)。

    攝像機(jī)的清晰度取決于Sensor性能，CCD與CMOS兩種感光芯片相比，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制、高質(zhì)量圖像輸出、動(dòng)態(tài)影像表現(xiàn)方面都要優(yōu)于COMS，所以絕大部分專業(yè)攝像機(jī)仍是選擇CCD作為感光芯片，且高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)選用的Sony最高級ICX系列感光芯片具超低靈敏度照度，在黑暗的環(huán)境下取得更清晰的圖像，是普通攝像機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的。

    傳輸、編碼壓縮方式

    現(xiàn)今，高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的信號傳輸一般有2種：一種為Mono/RAW傳輸，直接通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號不進(jìn)行任何壓縮編碼在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，直接將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)并借助計(jì)算機(jī)的處理手段在計(jì)算機(jī)中顯示出來，代表產(chǎn)品如ProsilicaGC-Series系列、Baslerscout系列高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)；另外一種為編碼傳輸。

    網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)編碼壓縮方式

    今網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)編碼壓縮方式主要有：

    JPEG、MJPEG

    JPEG壓縮技術(shù)可以說是所有圖像壓縮技術(shù)的基礎(chǔ)。它適合靜態(tài)圖像的壓縮，直接處理整個(gè)畫面，壓縮倍數(shù)為20-80倍，分辨率沒有選擇的余地。所以要等到整個(gè)壓縮檔案傳輸完成才開始進(jìn)行解壓縮成影像畫面，而這樣的方式造成傳輸一個(gè)高解析畫面時(shí)須耗時(shí)數(shù)十秒甚至數(shù)分鐘。

    而MJPEG(MotionJPEG)是在JPEG基礎(chǔ)發(fā)展起來的動(dòng)態(tài)圖像壓縮技術(shù)，它只單獨(dú)的對某一幀進(jìn)行壓縮，而基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化。通過此壓縮技術(shù)可獲取清晰度很高的視頻圖像，而且可靈活設(shè)置每路的視頻清晰度和壓縮幀數(shù)，并且壓縮后的畫面還可任意剪接。但它的缺陷也非常明顯：其一、丟幀現(xiàn)象嚴(yán)重、實(shí)時(shí)性差，在保證每路都必須是高清晰的前提下，很難完成實(shí)時(shí)壓縮。其二、壓縮效率低，存儲占用空間較大。

    后來又出現(xiàn)了多層式JPEG(ML-JPEG)壓縮技術(shù)，它采取漸層式技術(shù)，先傳輸?shù)徒馕龅膱D檔，然后再補(bǔ)送更細(xì)節(jié)的壓縮資料，使畫面品質(zhì)改善。這種方式所需的時(shí)間雖然與原先的方式一樣。但由于可以先看到畫面，所以使用者會(huì)覺得這種方式較好。

    MPEG-4

    MPEG-4于1998年10月定案，在1999年1月成為國際性標(biāo)準(zhǔn)，隨后為擴(kuò)展用途又進(jìn)行了第二版的開發(fā)，于1999年底結(jié)束。起初，MPEG-4主要應(yīng)用于視像電話(VideoPhone)，視像電子郵件(VidoEmail)和電子新聞(Electronicnews)等領(lǐng)域，其對傳輸速率要求較低，一般在4800-64000bits/sec之間。這項(xiàng)技術(shù)利用很窄的帶寬，通過幀重建技術(shù)，壓縮和傳送資料，以求以最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。MPEG-4的特點(diǎn)是其更適于交互AV服務(wù)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。這是一個(gè)有交互性的動(dòng)態(tài)圖像標(biāo)準(zhǔn)。

    目前，MPEG-4被主要應(yīng)用于三個(gè)領(lǐng)域：數(shù)字電視、交互式的圖形應(yīng)用(包括內(nèi)容上的合成技術(shù))、交互式多媒體領(lǐng)域。MPEG-4提供了標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)使其能被整合到產(chǎn)品、分類、內(nèi)容訪問等過程中去。

    MPEG4在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控應(yīng)用中的優(yōu)勢主要包括以下幾方面：

    1、節(jié)約存儲空間：視音頻全同步40M--120M/路/小時(shí)，是同質(zhì)量的MPEG1或MJPEG的1/10；節(jié)省存儲硬盤成本投入以及后期的硬盤更換費(fèi)用；

    2、占用網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬少：由于壓縮比是同質(zhì)量的MPEG1和MJEPG的十倍多，所以網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)占用的帶寬是同質(zhì)量的MPEG1和MJEPG的1/10。如在64K的帶寬上，MPEG1和MJEPG平均只能傳1/2幀，而MPEG4可以傳5--7幀，將大幅度節(jié)省了傳輸線路租用費(fèi)；

    3、錯(cuò)誤恢復(fù)能力強(qiáng)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸有誤碼或丟包現(xiàn)象時(shí)，MPEG4受的影響很小并且能夠迅速恢復(fù)。如在誤碼達(dá)到1%時(shí)，MPEG1已經(jīng)無法播放，而MPEG4只會(huì)有輕微的邊緣模糊；再如當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸由瞬間丟包現(xiàn)象時(shí)，MPEG1恢復(fù)至少需要10多秒，而MPEG4只需要1~3秒；

    4、圖像質(zhì)量高：可以達(dá)到接近DVD的效果；

    5、可變帶寬：網(wǎng)絡(luò)輸出速率從56K--384K可調(diào)。

    國內(nèi)、外大部分百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品(如AXIS)一般使用MJPEG/MPEG-4視頻流編碼傳輸。

    高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)選購要點(diǎn)

    H.264

    H.264是由國際電信聯(lián)盟(iTU-T)所制定的新一代的視頻壓縮格式。H.264最具價(jià)值的部分是更高的數(shù)據(jù)壓縮比。在同等的圖像質(zhì)量，H.264的數(shù)據(jù)壓縮比能比當(dāng)前DVD系統(tǒng)中使用的MPEG-2高2～3倍，比MPEG-4高1.5～2倍。正因?yàn)槿绱�，�?jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟(jì)。在MPEG-2需要6Mbps的傳輸速率匹配時(shí)，H.264只需要1Mbps--2Mbps的傳輸速率。目前H.264已經(jīng)獲得DVDForum與Blu-rayDiscAssociation采納，成為新一代HDDVD的標(biāo)準(zhǔn)，不過H.264解碼算法更復(fù)雜，計(jì)算要求比WMA-HD還要高。我們知道ATI從RadeonX1000系列、NVIDIA從GeForce6系列開始絕大部分顯卡均加入了對H.264硬解碼的支持。在國內(nèi)，以海思Hi-3511芯片開發(fā)的高清百萬像素?cái)z像機(jī)一般采用H.264BaselineProfile@Level2.2壓縮算法。

    高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)應(yīng)屬當(dāng)前數(shù)字視頻產(chǎn)品中比較領(lǐng)先的，質(zhì)量高、功能全，應(yīng)該屬于業(yè)內(nèi)高端產(chǎn)品。但此類攝像機(jī)因?yàn)橛芯W(wǎng)絡(luò)資源占用、不同系統(tǒng)兼容、設(shè)備價(jià)格等各種原因還沒有引起市場上更多的注意。

    高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)選購要點(diǎn)

    從當(dāng)前市場推出的高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)來看，采用的壓縮方式仍然以RWR/MJPEG/MPEG4為主，而在其帶寬、傳輸速率方面沒有更加明確的量化數(shù)據(jù)，使得用戶雖然了解其超高的圖象質(zhì)量，但仍然對其在如此高圖象質(zhì)量下的圖像連續(xù)性和傳輸所需的帶寬產(chǎn)生疑惑。因此這類產(chǎn)品在選擇時(shí)需要注意如下幾點(diǎn)：

    1、確切了解高質(zhì)量圖像下的實(shí)際帶寬、傳輸速率等量化指標(biāo)，并針對項(xiàng)目建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行科學(xué)評估；

    2、采用CCD還是COMS感光芯片？若CCD芯片方案，其采用何種(單通道/多通道)“輸出平衡”技術(shù)，幀速率是否滿足實(shí)際需求；

    3、光學(xué)鏡頭的配合問題，必須配套使用工業(yè)級百萬鏡頭否則無法體現(xiàn)出攝像機(jī)的高清畫質(zhì)優(yōu)點(diǎn)；

    4、充分考察此類產(chǎn)品在低照度環(huán)境下的實(shí)際表現(xiàn)，尤其是廠商采用何種技術(shù)來補(bǔ)償?shù)驼斩认碌某上瘢?/P>

    5、考察此類產(chǎn)品的軟件功能及SDK技術(shù)支持，以便與其它系統(tǒng)或其它設(shè)備兼容使用。

    結(jié)語

    隨著國際市場和國內(nèi)市場對于監(jiān)控系統(tǒng)的普及和大量使用，人們對圖像的要求越來越高：從最開始的能看到圖像，到現(xiàn)在的要清晰的圖像，到今后的能進(jìn)行處理分析的高清晰圖像。整個(gè)市場高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的氛圍，消費(fèi)者的需求無疑刺激高清百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等高清技術(shù)與產(chǎn)品的快速普及。