【安防知識網】高清晰攝像機主要是體現(xiàn)在畫面的清晰度上，要做到畫面的清晰度，不僅僅是一個水平分辨率達到540TVL就行了，必須在超寬動態(tài)、自動白平衡、圖像的銳利度調整、超級數字降噪(信噪比)、智能數字自動測光補償、亮度信號、彩色信號邊緣補正、損壞象素自動調整與恢復、色彩調整、寬動態(tài)范圍等指標上有集中體現(xiàn)。只有達到這些綜合性的要求才能算得上是高清晰度攝像機。

　　高清監(jiān)控的意義

　　對于視頻監(jiān)控而言，圖像清晰度無疑是最關鍵的特性。圖像越清晰，細節(jié)越明顯，觀看體驗越好，智能等應用業(yè)務的準確度也越高。所以圖像清晰度是視頻監(jiān)控永恒的追求。

　　衡量圖像清晰度的標準是分辨率，單位是像素。這個值越大，圖像越清晰。所謂高清、標清，差異也就體現(xiàn)在這里。兩者之間的分界線就是百萬像素或720p，達到百萬像素或720p的就是高清?；谶@樣的標準，目前視頻監(jiān)控市場占主流的CIF和D1都屬于標清。

　　無論是從分辨率、顯示效果還是流暢度來看，高清都比標清更有優(yōu)勢。從分辨率來看，720p的分辨率是CIF分辨率的9倍、1080i/1080p的分辨率是CIF分辨率的20倍，在同樣的顯示環(huán)境下，高清會清晰得多。從顯示效果來看，高清既支持大屏顯示，又支持16:9寬屏顯示，可以大大增強用戶的觀看體驗。從流暢度來看，高清支持更高的幀率，比如720p和1080i/1080p都可以支持60幀/秒或60場/秒，其圖像流暢度比標清要高一倍。所以，高清監(jiān)控必然將取代標清監(jiān)控。

　　要實現(xiàn)真正的高清監(jiān)控，必須從視頻源的采集、視頻信號的編碼壓縮、視頻信號的傳輸、視頻的瀏覽、錄像文件的回放等環(huán)節(jié)全面支持高清。對客戶而言，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。

　　采集后未經壓縮的高清視頻信號有模擬和數字兩種傳輸方式，模擬傳輸一般采用YPbPr分量傳輸，一路高清視頻信號需要三根同軸線纜同時傳輸。數字傳輸一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸，其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米，不適合用于監(jiān)控傳輸，而HD-SDI雖可以傳輸百米左右，但對同軸電纜的要求很高，線纜的價格也非常昂貴。但是，如果在前端就對高清視頻進行高效壓縮處理，然后通過IP網絡傳輸的話，其傳輸成本與標清監(jiān)控網絡化傳輸成本相當。目前DVR的視頻信號處理，分為視頻采集和視頻編碼兩個部分。在視頻信號采集部分，目前大多數的DVR都是模擬視頻輸入，均采用BNC接口的CVBS(即復合視頻信號)信號輸入。復合視頻信號的最大分辨率是D1，DVR內部對于復合視頻信號是按照D1分辨率采集、量化的。目前DVR均無YPbPr的模擬分量接口，或DVI、HDMI、HD-SDI等數字視頻接口。在編碼部分，DVR對每路采集的視頻信號可以編碼成CIF、2CIF、DCIF、D1等分辨率，但編碼最大分辨率只能為D1，不具備編720p或1080i、1080p的編碼能力。因此，目前的DVR無法實現(xiàn)高清監(jiān)控。

　　可見，要實現(xiàn)高清監(jiān)控，得從整個監(jiān)控系統(tǒng)考慮高清，而網絡化是高清監(jiān)控系統(tǒng)應用的基礎。

　　高清網絡攝像機舉足輕重

　　我們知道，傳統(tǒng)的標清監(jiān)控分為模擬、數字和網絡三種類型。模擬監(jiān)控的前端是模擬攝像機，后端是矩陣。數字監(jiān)控的前端也是模擬攝像機，后端是DVR。網絡監(jiān)控的前端有兩種，一種是模擬攝像機+視頻編碼器，一種是網絡攝像機，后端是平臺。也就是說，在標清監(jiān)控時代，前端有模擬攝像機、網絡攝像機、視頻編碼器+模擬攝像機等多種類型。

　　那為什么到了高清監(jiān)控時代，前端一定是高清網絡攝像機呢?原因主要在兩個方面。

　　第一，高清監(jiān)控一定是網絡化的，必然是基于視頻壓縮處理并通過IP網絡進行傳輸的，因為只有這樣才能控制高清視頻的傳輸成本。

　　采集后未經壓縮的高清視頻信號有模擬和數字兩種傳輸方式。模擬傳輸一般采用YPbPr分量傳輸，一路高清視頻信號需要三根同軸線纜同時傳輸。數字傳輸一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸，其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米，不適合用于監(jiān)控傳輸，而HD-SDI雖可以傳輸100米左右，但對同軸電纜的要求很高，線纜的價格也非常昂貴。無論是模擬方式還是數字方式傳輸，未經壓縮的高清視頻信號傳輸成本都明顯高于以前的模擬標清視頻信號。而采用視頻壓縮編碼并通過IP網絡進行傳輸時，高清視頻與標清視頻在傳輸成本上的差異很小。

　　第二，直接用高清網絡攝像機進行前端處理的效率和成本比用高清視頻編碼器+高清攝像機要更有優(yōu)勢。

　　當前高清視頻傳感器以CMOS為主，CMOS傳感器直接輸出數字化的視頻信號，在攝像機中通過DSP或ASIC對此數字高清視頻信號直接進行壓縮編碼，然后以網絡化方式傳輸，要比攝像機直接輸出高清信號來得經濟，且處理效率更高。

[nextpage]　　CCD和CMOS誰適合高清網絡攝像機

　　網絡攝像機的核心組成部分有三塊：鏡頭、圖像傳感器以及壓縮處理芯片。其中，圖像傳感器是圖像采集處理部分的核心。

　　圖像傳感器有CMOS和CCD兩種。兩者之間的差異大家已經討論得非常多了，主要體現(xiàn)在靈敏度、成本、噪聲、功耗等幾個方面：1)在象素尺寸相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器;2)CCD傳感器的成本比CMOS傳感器高;3)相同尺寸的CCD傳感器分辨率通常優(yōu)于CMOS傳感器;4)與CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪聲更大;5)CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外，高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。

　　在標清監(jiān)控時代，無論是模擬攝像機還是標清網絡攝像機，使用最廣泛的是CCD。而在高清監(jiān)控時代，情況將會有所改變。高清監(jiān)控對成本非常敏感，CMOS傳感器盡管圖像品質總體上還不如CCD，但它在成本上的優(yōu)勢對CCD還是造成了非常大的威脅。當然，兩者博弈的結果最終將由性價比決定，誰既能保證比較好的圖像品質又不貴誰就勝出。

　　從目前的趨勢來看，CMOS勝出的機會明顯更大。一方面，隨著技術的發(fā)展，CMOS的靈敏度正在得到快速改善，據悉目前市場上致力于CMOS研究的廠商已經研發(fā)出靈敏度性能與CCD接近的720p與1080p專用CMOS器件。另一方面，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優(yōu)于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在量率上的優(yōu)勢可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優(yōu)勢。另外，CMOS響應速度比CCD快，因此更適合高清監(jiān)控的大數據量特點。

　　因此，盡管CCD與CMOS在不同的應用場景下各有優(yōu)勢，但隨著CMOS工藝和技術的不斷提升，以及高端CMOS價格的不斷下降，未來高清網絡攝像機將更多的選擇CMOS。

　　MJPEG和H.264誰將主導高清網絡攝像機的視頻編碼

　　視頻編碼是高清網絡攝像機的一項關鍵參數，它決定了所傳輸視頻的圖像質量以及需要的網絡帶寬。我們目前看到的高清網絡攝像機視頻編碼標準主要有MJPEG和H.264兩種。

　　MJPEG(MotionJPEG)是在JPEG基礎發(fā)展起來的動態(tài)圖像壓縮技術，它只單獨的對某一幀進行壓縮，而基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化。通過此壓縮技術可獲取清晰度很高的視頻圖像，而且可靈活設置每路的視頻清晰度和壓縮幀數，并且壓縮后的畫面還可任意剪接。但它的缺陷也非常明顯：丟幀現(xiàn)象嚴重、實時性差，在保證每路都必須是高清晰的前提下，很難完成實時壓縮;壓縮效率低，傳輸帶寬和存儲空間占用大。

　　H.264是ITU-T和ISO共同成立的JVT聯(lián)合視頻工作組制定的新一代視頻編碼標準，用來實現(xiàn)視頻的高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等目標。H.264不僅比MJPEG節(jié)約了80%以上的碼率，而且對網絡傳輸具有更好的支持功能。H.264引入了面向IP包的編碼機制，有利于網絡中的分組傳輸，支持網絡中視頻的流媒體傳輸，支持不同網絡資源下的分級編碼傳輸，從而獲得平穩(wěn)的圖像質量。H.264可以在更低的帶寬下實現(xiàn)720p、1080i/p的廣播級高清視頻分辨率。

　　盡管MJPEG能夠獲得比較好的單幅圖像質量，但由于它在運動性、帶寬占用以及存儲空間占用方面均有致命缺陷，高清網絡攝像機未來必然以H.264為主。

　　高清監(jiān)控面臨的問題

　　高清網絡攝像機使圖像清晰度有了質的飛躍，但是也給高清監(jiān)控系統(tǒng)帶來了一系列現(xiàn)實的問題：

　　分辨率越大、清晰度超高，意味著在進行數據傳輸的時候碼流也會增大，增加網絡帶寬壓力。

　　數據流量的翻倍，增大了錄像容量，給網絡存儲帶來壓力。

　　對中心控制、管理軟件和硬件性能的要求成倍增長。

　　對于記錄視頻圖像的管理和事后分析的工作量也將成倍增長。

　　投資成本高昂。