透析高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的理想與現(xiàn)實之爭

隨著安防網(wǎng)絡(luò)化時代的到來，視頻監(jiān)控發(fā)生了根本性的改變。從模擬到數(shù)字，從數(shù)字到網(wǎng)絡(luò)，從網(wǎng)絡(luò)到高清，循序漸進的推動著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的變革。然而，現(xiàn)實中，高清監(jiān)控真的已經(jīng)大行其道，廣為流行了嗎?其實不然。

自近幾年“高清”的概念在視頻監(jiān)控行業(yè)火熱以來，越多來越多的廠商開始推出“高清”化的產(chǎn)品。然而，透過市場上品類繁多的“高清產(chǎn)品”背后，我們發(fā)現(xiàn)，視頻監(jiān)控的“高清化”應(yīng)用并不很如意。有很多產(chǎn)品對“高清”的指標理解不一，表現(xiàn)效果也是千差萬別。人們對“高清”概念理解的混亂，讓高清監(jiān)控從理想跨入現(xiàn)實增加了難度。

“高清”概念的混淆不一

目前，市場上出現(xiàn)了許多“高清”攝像機產(chǎn)品，許多廠商紛紛標榜自己的攝像機的清晰度很高，可以達到百萬像素或是540線以上。乍一看，如此之多的產(chǎn)品實現(xiàn)了高清，應(yīng)該是一件歡欣雀躍的事情，但仔細觀察，頓時讓人頭腦混沌，對“高清”到底是什么反而拿捏不準。那么，何為“高清”呢?眾多攝像機廠商宣稱的“高清”和真正的視頻監(jiān)控“高清”到底是一回事嗎?帶著這樣的疑問，我們開始了此次揭秘“高清”與“偽高清”的調(diào)查。

模擬與IP攝像機的“高清”區(qū)別

市場上很多廠商都說“高清”，其實是把模擬攝像機的高清晰度和IP攝像機的高分辨率混淆，他們的衡量標準并不一致。據(jù)松下電器(中國)有限公司系統(tǒng)解決方案營銷公司市場策劃課課長關(guān)口裕介紹，模擬“高清”實際上是高清晰度的簡寫，目前市場上普遍說高清模擬攝像機指的是540線水平清晰度的產(chǎn)品。松下推出的SD5代產(chǎn)品達到650線水平清晰度，在單CCD的攝像機產(chǎn)品中，已經(jīng)達到了模擬攝像機的極限。

IP攝像機則不同，理論上來說它的清晰度上限沒有限制，而衡量IP監(jiān)控攝像機清晰度的標準和廣播電視行業(yè)的標準一致，其中，標清分辨率為852×480;高清分辨率為1280×720;全高清分辨率為1920×1080。IP監(jiān)控攝像機清晰度的標準就像我們拍的照片，高分辨率的照片圖像放大后依然清楚，而低分辨率的照片放大后就很模糊。從表1中我們可以看到標清、準高清和高清各種形態(tài)不同分辨率所對應(yīng)的像素數(shù)，對了解像素分辨率和像素數(shù)有很大的幫助。

百萬像素并不等于高清

安訊士中國區(qū)大客戶銷售總監(jiān)李自明告訴記者，百萬像素就是高清，而且像素越高越好這是一個概念上的誤區(qū)。真正的高清視頻監(jiān)控或者說高清IP攝像機是具備HDTV標識的，并且符合SMPTE(美國電影電視工程師協(xié)會)標準的IP攝像機。其中，高清IP攝像機的分辨率必須要達到1080i或者720p，并且在高分辨率下，16：9的顯示模式下可以達到全幀速。

據(jù)了解，美國電影電視工程師協(xié)會(SMPTE)定義的兩個HDTV標準是SMPTE296M和SMPTE274M。SMPTE296M(HDTV720P)定義的分辨率為1280×720像素，16：9格式的高保真色彩，15/30Hz順序掃描頻率，即每秒25-30幀，根據(jù)具體國家而定，還支持30/60Hz掃描頻率，即每秒50/60幀。

SMPTE274M(HDTV1080)定義的分辨率是1920×1080像素，16：9格式的高保真色彩，使用25/30Hz和50/60Hz的交錯或順序掃描頻率。符合SMPTE標準的攝像機即遵從HDTV質(zhì)量，并應(yīng)提供HDTV的所有分辨率、色彩保真度和幀速率優(yōu)點。所以，單純追求的高分辨率并非就能提供高品質(zhì)的高清視頻圖像。

從表2可以看出，標準的高清更適合安防監(jiān)控，所以高清化是視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)。目前，根據(jù)美國電影電視工程師協(xié)會(SMPTE)、國際電聯(lián)(ITU)和我國國家廣電的相關(guān)定義，真正的高清視頻格式目前主要有三種：720P(1280×720分辨率，16：9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz);1080i(1920×1080分辨率，16：9寬屏顯示，隔行掃描/60Hz);1080P(1920×1080分辨率，16：9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz)。其中，1080P是最高等級的高清視頻清晰度標準。

高清監(jiān)控需要“統(tǒng)一行動”

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化的普及，在監(jiān)控領(lǐng)域中高清化越來越成為人們生活中不可或缺的一部分，而且趨勢非常明顯。高清監(jiān)控因網(wǎng)絡(luò)而生。沒有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的普及難以實現(xiàn)高清的圖像存儲和傳輸，網(wǎng)絡(luò)也賦予高清監(jiān)控系統(tǒng)鮮明的特征。

在視頻會議領(lǐng)域，自2006年LifeSize推出業(yè)內(nèi)第一款720P產(chǎn)品，到后來科達推出業(yè)內(nèi)第一款1080P產(chǎn)品，高清早已獲得應(yīng)用，并已成為目前的主力市場。而在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，受各種因素的影響，高清才剛剛起步，而網(wǎng)絡(luò)化的到來正在推動這一進程。

雖然有很多企業(yè)都在宣傳高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，但百萬像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機及其配套產(chǎn)品目前還是新興產(chǎn)品，很多用戶都不清楚高清到底是什么效果。這也難怪讓用戶在高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的應(yīng)用上存有疑慮，如：高清網(wǎng)絡(luò)攝像機會不會不穩(wěn)定、成本會不會比模擬設(shè)備高很多、帶寬投入是否要成倍增加、數(shù)據(jù)量增加存儲怎么解決、高清怎么顯示監(jiān)看、有什么樣的平臺來集中管理等等。

前端高清攝像機的問題

在安防監(jiān)控領(lǐng)域，高清晰度電視監(jiān)控系統(tǒng)的實施應(yīng)是一個系統(tǒng)工程，它涉及到前端攝像機能否給出如此高清的數(shù)字視頻信號，以及后端監(jiān)視器能否真正完整地顯示該高清視頻圖像的問題。

中國傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院教授楊磊認為，目前在安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域中使用很多所謂“百萬像素”攝像機，是經(jīng)由BNC端口輸出的仍是現(xiàn)有模擬電視掃描參數(shù)的視頻信號，并不能達到高清晰度電視規(guī)格的掃描行數(shù)和信號帶寬，所以即使經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸且還原后在高分辨率顯示器上去顯示，其原始像素數(shù)也不及高清晰度電視要求的200萬像素，不能稱之為真正意義上的高清監(jiān)控攝像機。

飛越天地(北京)公司已推出了高達1600萬像素(4872×3248)的高清攝像機。據(jù)了解，該高清攝像機在同一個界面里，可以同時監(jiān)控宏觀全局和放大獨個局部，采用JPEG2000漸進傳輸和感興趣區(qū)域傳輸，大大減少帶寬。據(jù)楊磊教授估算，在同等示分辨率的情況下，一臺這樣的高清攝像機所固定監(jiān)視的區(qū)域大致相當于40臺普通清晰度攝像機(4CIF或D1圖像質(zhì)量)的監(jiān)視區(qū)域。也就是說，若將其監(jiān)視畫面中任意約1/40的小區(qū)域放大到滿屏顯示時，其顯示時的視在分辨率與一臺普通清晰度攝像機輸出滿屏圖像時的分辨率相當。它不僅提供了所需要的清晰度，而且大大減少攝像機的使用量。

傳輸、顯示、存儲是否高清

視頻監(jiān)控高清化，還需要考慮系統(tǒng)的傳輸、記錄及顯示部分。因為只有整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都是“高清”的，才能徹底打通系統(tǒng)瓶頸，人們最終才能在監(jiān)視器上看到高清晰的圖像。

如果將D1分辨率的畫面與最新超高清畫面均以同樣大小的屏幕面積來顯示，那么后者顯示的畫面將會是多么的細膩。如此說來，當將高清晰度電視技術(shù)引入到安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域時，那么在較大的監(jiān)視范圍內(nèi)，不僅能看清整個視場內(nèi)的所有人物，甚至連人物的面部特征等細節(jié)也可以清晰地顯示了。

人們通常都不認為普通ADSL的上行帶寬可以讓高清視頻發(fā)揮得淋漓盡致。但隨著3G、Wi-Fi、專網(wǎng)等無線、有線寬帶技術(shù)的成熟和應(yīng)用使大流量數(shù)據(jù)的遠程傳送更加方便。而另一方面，IP攝像機廠商也在努力提升壓縮率以降低碼流。比如采用標準H.264MainProfile壓縮算法的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機在相同碼率下具有比MPEG-4倍增的畫質(zhì)，在同樣的畫面質(zhì)量下，碼率僅為MPEG-4的1/2，也就是說720P實時視頻僅需2Mbps，1080P全實時視頻僅需4Mbsp即可達到高清晰度廣播級的圖像畫質(zhì)。當然，低碼流下能保證全實時的高清圖像畫質(zhì)是M-JPEG和MPEG-4壓縮方式無法比擬的。

在平安城市、金融聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控等項目中通常采用自建光纖網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)1000M帶寬網(wǎng)絡(luò)。這種千兆帶寬資源，在前端安裝100路1080P百萬像素全實時高清攝像機(即使按每路占用資源4Mbps計算)，占用總帶寬資源不到50%;如果是采用720P傳輸，帶寬還可以減少一半，所以千兆網(wǎng)是完全可以有效支持的。

高清只有在包含了前端、平臺、存儲、瀏覽、顯示等各個環(huán)節(jié)時才有意義，因此擁有高清整體解決方案才是真正的高清提供商，而不僅僅是提供單純的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機。

標準化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還未形成

由Sony、AXIS、Bosch發(fā)起的ONVIF的目的就是推動網(wǎng)絡(luò)攝像機的標準化和互操作性，目前已有66個參與成員。ONVIF規(guī)范描述了網(wǎng)絡(luò)視頻模型、接口、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)交換方式，為網(wǎng)絡(luò)視頻發(fā)送設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端的通訊定義了標準流程，通過使用這些接口，使得使用不同廠商的視頻發(fā)送設(shè)備來組建一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)成為可能。

索尼(中國)有限公司視頻安防市場部產(chǎn)品經(jīng)理秦杰認為，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，多級系統(tǒng)、多站點、多區(qū)域非常普遍，同時同一系統(tǒng)里經(jīng)常不同廠商的產(chǎn)品共存、新老產(chǎn)品共存，因此網(wǎng)絡(luò)攝像機的標準化變得越來越重要。標準化的目的是使得不同廠商的產(chǎn)品能互聯(lián)互通，這樣客戶才能真正享受到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控帶來的靈活高效。

而HDcctv聯(lián)盟提出了一個高清晰視頻監(jiān)控系統(tǒng)標準，該標準支持高清電視(HDTV)信號數(shù)字流無需打包就能進行傳播。據(jù)HDcctv聯(lián)盟執(zhí)行主席透露，該標準的第一個版本已經(jīng)提供給聯(lián)盟成員，以促進不同廠商的高清電視攝像機、數(shù)字視頻錄像機和監(jiān)視器之間的互操作性。新一代用于視頻監(jiān)控的HDTV設(shè)備使用的是廣播級質(zhì)量的高清晰數(shù)字視頻，是由老式模擬系統(tǒng)改進而來。

CMOS技術(shù)的提升加速實現(xiàn)“高清”

感光器件是攝像機最為核心的部件。新的圖像傳感器技術(shù)，特別是CMOS圖像傳感器技術(shù)的不斷提升，使攝像機的低照度性能大大提高。當前高清視頻傳感器以CMOS為主，CMOS傳感器直接輸出數(shù)字化的視頻信號。

在模擬攝像機以及標清網(wǎng)絡(luò)攝像機中，最為廣泛使用的是CCD。CCD的特點是靈敏度高，但響應(yīng)速度較低，不適用于高清監(jiān)控攝像機采用的高分辨率逐行掃描方式，因此高清監(jiān)控攝像機普遍采用CMOS敏感元件。

據(jù)安訊士中國區(qū)大客戶銷售總監(jiān)李自明介紹，圖像處理芯片能力的不斷提升，會在噪點消除、寬動態(tài)、高分辨率圖像獲取和處理、高清電視視頻、視頻存儲、智能視頻、視頻流自適應(yīng)能力等各個方面給IP攝像機的發(fā)展帶來新的促進。索尼(中國)有限公司視頻安防市場部產(chǎn)品經(jīng)理秦杰認為，對于相同尺寸的敏感元件，像素越高，意味著每個像素的進光量越少，因此目前高清監(jiān)控攝像機的突出問題是清晰度提高，靈敏度降低。

TI與美光科技有限公司旗下的Aptina成像部門進行合作，共同開發(fā)高清晰度IP網(wǎng)絡(luò)攝像機參考設(shè)計。這種參考設(shè)計結(jié)合了TI的DaVinci數(shù)字媒體處理器與Aptina的500萬像素高清晰度成像傳感器，能夠獲得高清晰度IP攝像機解決方案，用到的電子器件成本“不到40美元”。

上海富瀚微電子正式發(fā)布H.264高清網(wǎng)絡(luò)攝像機和視頻服務(wù)器解決方案，推出的高清視頻會議攝像機支持1920x1080每秒25幀的實時編碼，采用270萬有效像素的高品質(zhì)CMOS傳感器，碼率2M～8Mbps范圍內(nèi)可調(diào);高清槍式網(wǎng)絡(luò)攝像機采用高性能H.264視頻編碼ASIC芯片，支持1920x1080每秒25幀的實時編碼;1/2.5′CMOS傳感器。

CMOS傳感器在攝像機中通過DSP或ASIC對此數(shù)字高清視頻信號直接進行壓縮編碼，然后以網(wǎng)絡(luò)化方式傳輸，要比攝像機直接輸出高清信號來得經(jīng)濟。目前致力于CMOS研究的廠商已經(jīng)研發(fā)出720P與1080P專用的CMOS器件，其靈敏度性能已經(jīng)與CCD接近。

請以平常心看待“高清”

不同的行業(yè)、不同的場合對圖像清晰度的要求不同，所以在具體的應(yīng)用中，要充分考慮到需求，針對性的做出視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)。并不是所有的監(jiān)控系統(tǒng)都需要高清，在很多項目中還是需要模擬的監(jiān)控，比如小區(qū)監(jiān)控、便利店等對監(jiān)控要求不高的場所。

四川艾普視達數(shù)碼科技有限公司范清華則認為，目前，城市治安監(jiān)控、交通、機場、金融等行業(yè)的用戶，對高清視頻圖像有著迫切的需求，而建設(shè)投資成本用戶是有心理準備的，用戶擔心的不是資金問題，而是廠商提供的高清系統(tǒng)能否達到用戶的期望要求。

目前，數(shù)字高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，它的價格一直居高不下，普遍高于千元。雖說價格比較昂貴，但隨著CMOS傳感器技術(shù)的普及及不斷提升，相信高清攝像機的價格也將逐漸平民化。對于一些需要高清效果，但又資金緊張的項目，也將隨著高清價格的不斷下探而實現(xiàn)。所以在對待高清的問題上，不要盲目追捧，也不要一味打壓。技術(shù)的革新，市場的進步，都會經(jīng)過陣痛方能見到喜悅。

我們希望，在不久的將來，視頻監(jiān)控高清化在理想與現(xiàn)實之間，沒有落差，只有驚喜。