眾所周知，目前高清攝像機(jī)（本文所說(shuō)的高清攝像機(jī)都是指IP高清，非壓縮的高清比如HD-SDI暫不討論）已經(jīng)漸漸成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流前端類(lèi)型。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于720P高清攝像機(jī)，4Mbps左右的碼流基本能保證視頻的流暢和優(yōu)質(zhì)，對(duì)于1080P高清攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，這個(gè)數(shù)值恐怕要到6-8Mbps左右，由此可見(jiàn)，高清攝像機(jī)產(chǎn)生的碼流是相當(dāng)大的，而且和通常的數(shù)據(jù)流不同的是，視頻屬于媒體流，其一個(gè)重要的特點(diǎn)就是不間斷的持續(xù)大數(shù)據(jù)量，于是在建設(shè)一個(gè)全高清的IP數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，有2個(gè)要素是必須慎重考慮的，其一是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的承載能力，其二是存儲(chǔ)容量的大小?？梢赃@么說(shuō)，目前建設(shè)一個(gè)高清IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)，恐怕一半左右的成本都要花在構(gòu)建承載網(wǎng)絡(luò)以及采購(gòu)足夠的存儲(chǔ)介質(zhì)上。那么在保證畫(huà)質(zhì)和流暢性的前提下是否能有效的降低高清IP攝像機(jī)的碼流從而極大地改善監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載同時(shí)降低存儲(chǔ)成本呢？答案是肯定的，目前市場(chǎng)上某些廠家已經(jīng)對(duì)此問(wèn)題的解決做出了有益的嘗試，并提出了一些解決辦法。其中智能數(shù)字降噪技術(shù)（iDNR： intelligent DIGITAL NOISE REDUCTION）是其中較有代表性的一種。本文對(duì)這種技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方式做一簡(jiǎn)單的介紹，希望對(duì)讀者有所幫助。

IP攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)
       IP攝像機(jī)其中DSP芯片主要用來(lái)做視頻信號(hào)的各種處理，我們通常所知的技術(shù)比如亮度、飽和度、對(duì)比度、白平衡、自動(dòng)增益控制等等對(duì)畫(huà)面的調(diào)節(jié)都是通過(guò)DSP（數(shù)字信號(hào)處理）芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。除了這些通用的技術(shù)外，一些比較特殊的視頻處理算法通常也由DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從DSP芯片中輸出的視頻為處理過(guò)的視頻，這些視頻會(huì)交給后面的編碼芯片去通過(guò)特定算法進(jìn)行壓縮編碼，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)芯片打包輸出。

噪聲和降噪技術(shù)
       其次，既然降噪技術(shù)和噪聲相關(guān)，那么還是有必要講一下什么是噪聲以及降噪技術(shù)。
       由于技術(shù)和制造工藝的限制，電子設(shè)備或者電子器件在產(chǎn)生有用信號(hào)的同時(shí)也一定會(huì)產(chǎn)生一些沒(méi)用的雜質(zhì)信號(hào)，這些信號(hào)就是所謂的噪聲，噪聲只可以通過(guò)技術(shù)手段去降低，即所謂的提高信噪比，但是無(wú)法完全消除。好在當(dāng)信噪比足夠大時(shí)，與可用信號(hào)相比，噪聲的幅度在大多數(shù)情況下很小，小到基本可以忽略其影響。具體到視頻領(lǐng)域，噪聲表現(xiàn)為畫(huà)面上的不規(guī)則白色噪點(diǎn)。在白天或者畫(huà)面較亮?xí)r，有用信號(hào)比噪聲信號(hào)的幅度高很多，此時(shí)噪點(diǎn)在畫(huà)面中不容易發(fā)現(xiàn)，可以忽略其影響。即使如此，在畫(huà)面的某些較暗的區(qū)域，還是能看到噪點(diǎn)。到了晚上或者場(chǎng)景較暗時(shí)，情況有所不同，由于可見(jiàn)光很少，視頻有用信號(hào)的幅度大為降低，有用信號(hào)和噪聲信號(hào)的幅度已經(jīng)到了可以比較的程度，此時(shí)若不做任何處理，則畫(huà)面較暗，景物不容易分辨。為了提高這種情況下的監(jiān)控效果，攝像機(jī)的DSP里一般都具備自動(dòng)增益控制功能（AGC），自動(dòng)增益控制的作用在于根據(jù)視頻信號(hào)的幅度來(lái)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)的放大處理，一旦視頻信號(hào)被放大，則畫(huà)面表現(xiàn)為景物已經(jīng)變得明亮可見(jiàn)，但是AGC的放大功能并不是那么智能，在放大有用信號(hào)的同時(shí)，噪聲信號(hào)也被放大了，一旦被放大后，畫(huà)面上的噪點(diǎn)就變得更明顯了。當(dāng)然如果畫(huà)面變亮，可見(jiàn)光增加時(shí)，AGC會(huì)動(dòng)態(tài)自動(dòng)地降低增益幅度，此時(shí)噪點(diǎn)會(huì)變小甚至又不可見(jiàn)。
       噪點(diǎn)給觀者直觀的感覺(jué)就是畫(huà)面不安靜，使觀者產(chǎn)生不悅，當(dāng)場(chǎng)景很暗，AGC增益倍數(shù)很大時(shí)，噪點(diǎn)也會(huì)非常大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到畫(huà)面的監(jiān)看，所以AGC增益倍數(shù)上限需要有所控制，在提升有用信號(hào)的同時(shí)使畫(huà)面的噪點(diǎn)處于可接受的程度。
       為了消除噪點(diǎn)帶來(lái)的不利觀感，降噪技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。降噪技術(shù)主要是由攝像機(jī)內(nèi)部的DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。降噪技術(shù)實(shí)現(xiàn)的原理就是捕捉畫(huà)面中的噪點(diǎn)，然后用特定的方法加以抑制甚至消除。噪點(diǎn)雖然看上去雜亂且不規(guī)則，但其是具備某些特征的。舉個(gè)例子，我們?cè)谟^看畫(huà)面時(shí)，可以輕易地感受或者分辨出畫(huà)面中的噪點(diǎn)，基于此，DSP中特定的算法是可以將噪點(diǎn)的特征進(jìn)行分析提取，并加以識(shí)別，一旦識(shí)別出噪點(diǎn)信號(hào)，就可以用各種方式加以消除。所以這種消除噪點(diǎn)的方式被統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字降噪技術(shù)DNR，可能各家的噪點(diǎn)消除算法各有不同，但是在實(shí)現(xiàn)的原理上基本一致，實(shí)現(xiàn)的效果也大致類(lèi)似。
       正如一個(gè)硬幣有正反兩面，任何技術(shù)在帶來(lái)好處的同時(shí)也不可避免會(huì)有副作用。具體到數(shù)字降噪技術(shù)來(lái)說(shuō)，在降低噪點(diǎn)的同時(shí)帶來(lái)的最大的副作用可能就是拍攝移動(dòng)物體時(shí)產(chǎn)生的拖影了。筆者前些年調(diào)試某品牌模擬一體化球機(jī)時(shí)，客戶(hù)反映晚上噪點(diǎn)很多，此品牌的球機(jī)里是具備數(shù)字降噪功能，并且分了3個(gè)級(jí)別，降噪的效果依次提升。在現(xiàn)場(chǎng)如果不開(kāi)DNR功能，則畫(huà)面的噪點(diǎn)非常明顯，當(dāng)然實(shí)際場(chǎng)景是很暗的，幾乎沒(méi)有照明。一旦開(kāi)啟DNR功能，隨著降噪級(jí)別的提升，畫(huà)面中的噪點(diǎn)有明顯的下降。但是當(dāng)筆者感到效果滿(mǎn)意隨意轉(zhuǎn)動(dòng)球機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)畫(huà)面產(chǎn)生嚴(yán)重的拖影，這種拖影類(lèi)似于慢快門(mén)的效果，關(guān)閉DNR功能，轉(zhuǎn)動(dòng)球機(jī)時(shí)拖影也消失。最后只得在2者中找平衡，把降噪級(jí)別定為中，同時(shí)向客戶(hù)解釋拖影產(chǎn)生的原因。
       如上所述，其實(shí)DNR技術(shù)是比較傳統(tǒng)的技術(shù)，在模擬監(jiān)控時(shí)代就已經(jīng)比較普遍。
       在高清IP監(jiān)控時(shí)代，情況有所不同。我們都知道，IP攝像機(jī)和模擬攝像機(jī)的不同主要在于攝像機(jī)內(nèi)部存在編碼模塊，此模塊接受從DSP芯片中輸出的經(jīng)過(guò)各種調(diào)節(jié)過(guò)的視頻信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行特定算法（比如H.264等）的編碼。靜止畫(huà)面和運(yùn)動(dòng)畫(huà)面對(duì)編碼芯片的資源要求是不同的，運(yùn)動(dòng)畫(huà)面需要更多的編碼芯片資源同時(shí)產(chǎn)生更多的碼流數(shù)據(jù)量。一般來(lái)說(shuō)，為了降低監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)并且提高存儲(chǔ)利用率，目前監(jiān)控系統(tǒng)中的高清IP攝像機(jī)都會(huì)采用變碼率技術(shù)，根據(jù)畫(huà)面的運(yùn)動(dòng)與否動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)碼流大小。但是畫(huà)面中的噪點(diǎn)也會(huì)被當(dāng)作運(yùn)動(dòng)元素來(lái)處理，從而消耗更多的編碼資源并產(chǎn)生更多的碼流，最終造成更多的存儲(chǔ)，而這一部分開(kāi)支完全是不必要的。所以現(xiàn)在問(wèn)題的關(guān)鍵就是如何降低由于噪點(diǎn)產(chǎn)生的這些開(kāi)銷(xiāo)，其實(shí)這些問(wèn)題在模擬時(shí)代都已經(jīng)得到了解決，一旦開(kāi)啟了DSP芯片里的降噪功能，就可以對(duì)畫(huà)面中的噪點(diǎn)進(jìn)行抑制，從而使編碼芯片接收到安靜的經(jīng)過(guò)噪聲抑制的畫(huà)面，此時(shí)再進(jìn)行編碼無(wú)疑可以降低傳輸帶寬和資源消耗。

智能降噪的實(shí)現(xiàn)
       所謂iDNR就是intelligent DIGITAL NOISE REDUCTION，這是一種從傳統(tǒng)的DNR數(shù)字降噪技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，這種技術(shù)的關(guān)鍵在于i，即智能。實(shí)現(xiàn)智能的關(guān)鍵又在于將傳統(tǒng)的降噪技術(shù)和傳統(tǒng)的移動(dòng)偵測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使攝像機(jī)能自動(dòng)判斷畫(huà)面的內(nèi)容，有選擇地啟用或者停用降噪技術(shù)，保證正常運(yùn)動(dòng)物體不產(chǎn)生拖影，同時(shí)靜止畫(huà)面時(shí)壓制其中的噪點(diǎn)。具體工作過(guò)程應(yīng)該是：攝像機(jī)的DSP判斷畫(huà)面中的運(yùn)動(dòng)是正常的運(yùn)動(dòng)還是噪點(diǎn)，如果分析出噪點(diǎn)，就利用特定的降噪算法將其抑制，從DSP里輸出的畫(huà)面將是經(jīng)過(guò)噪點(diǎn)抑制的畫(huà)面，后面的編碼芯片也不會(huì)浪費(fèi)過(guò)多的資源去對(duì)噪點(diǎn)編碼，從而也會(huì)輸出碼流較低的壓縮視頻；如果攝像機(jī)的DSP判斷畫(huà)面中是正常的運(yùn)動(dòng)，則暫時(shí)取消噪點(diǎn)抑制算法，保證畫(huà)面流暢不造成拖影，此時(shí)DSP輸出的當(dāng)然是不具有噪點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)畫(huà)面，編碼芯片也會(huì)充分工作，用充裕的碼流來(lái)保證視頻的流暢。
       經(jīng)過(guò)以上的描述，可以看出，iDNR中的智能主要體現(xiàn)在攝像機(jī)能有效判斷畫(huà)面中的運(yùn)動(dòng)到底是正常運(yùn)動(dòng)還是噪點(diǎn)，并根據(jù)判斷結(jié)果有選擇地實(shí)施或者取消降噪算法。其實(shí)iDNR中運(yùn)用的幾種技術(shù)都不新鮮，都是已經(jīng)存在的或者并不復(fù)雜的，但是一旦把這些技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，就能實(shí)現(xiàn)智能降噪功能。在畫(huà)面中沒(méi)有正常運(yùn)動(dòng)的時(shí)候（在很多場(chǎng)景下，這種情況占絕大多數(shù)的時(shí)間），攝像機(jī)畫(huà)面安靜，輸出的碼流很小，從而有效地減輕了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，同時(shí)節(jié)省了后端存儲(chǔ)的成本。
       值得注意的是，即使是白天，開(kāi)啟智能降噪功能的攝像機(jī)也能明顯地降低視頻帶寬。

智能降噪的技術(shù)
       智能數(shù)字降噪技術(shù)是對(duì)已有技術(shù)的充分理解和有效運(yùn)用，借助智能數(shù)字降噪技術(shù)，攝像機(jī)能大幅度降低視頻的帶寬，目前某廠家可以達(dá)到的水平是在720P分辨率時(shí)，帶寬穩(wěn)定在平均2Mbps左右，在1080P分辨率時(shí)，帶寬平均穩(wěn)定在3Mbps左右，這相對(duì)于以往的產(chǎn)品，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和存儲(chǔ)的成本均下降一半以上，有效地提高了建設(shè)高清IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效益。