全面剖析高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機技術(shù)

    在這個“高清”橫行的時代，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)絡攝像機呢？

    高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機是指能按大于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)絡攝像機。滿足上文高清定義中提及的高清指標掃描線數(shù)垂直和水平方向都達到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)絡攝像機較傳統(tǒng)模擬攝像機、普通網(wǎng)絡攝像機具如下優(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，能夠更好地捕捉細節(jié)；

    3、逐行掃描CCD/COMS動態(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固定點攝像機和一個全方位攝像機。

    攝像機的清晰度取決于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)攝像機仍是選擇CCD作為感光芯片，且高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機選用的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，是普通攝像機無法實現(xiàn)的。

    傳輸、編碼壓縮方式

    現(xiàn)今，高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機的信號傳輸一般有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)字信號不進行任何壓縮編碼在網(wǎng)絡上傳輸，直接將數(shù)據(jù)傳輸給計算機并借助計算機的處理手段在計算機中顯示出來，代表產(chǎn)品如ProsilicaGC-Series系列、Baslerscout系列高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機；另外一種為編碼傳輸。

    網(wǎng)絡攝像機編碼壓縮方式

    今網(wǎng)絡攝像機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。它適合靜態(tài)圖像的壓縮，直接處理整個畫面，壓縮倍數(shù)為20-80倍，分辨率沒有選擇的余地。所以要等到整個壓縮檔案傳輸完成才開始進行解壓縮成影像畫面，而這樣的方式造成傳輸一個高解析畫面時須耗時數(shù)十秒甚至數(shù)分鐘。

    而MJPEG(MotionJPEG)是在JPEG基礎發(fā)展起來的動態(tài)圖像壓縮技術(shù)，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(shù)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(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。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，然后再補送更細節(jié)的壓縮資料，使畫面品質(zhì)改善。這種方式所需的時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月成為國際性標準，隨后為擴展用途又進行了第二版的開發(fā)，于1999年底結(jié)束。起初，MPEG-4主要應用于視像電話(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的特點是其更適于交互AV服務以及遠程監(jiān)控。這是一個有交互性的動態(tài)圖像標準。

    目前，MPEG-4被主要應用于三個領(lǐng)域：數(shù)字電視、交互式的圖形應用(包括內(nèi)容上的合成技術(shù))、交互式多媒體領(lǐng)域。MPEG-4提供了標準的技術(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)絡視頻監(jiān)控應用中的優(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，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用；

    2、占用網(wǎng)絡傳輸帶寬少：由于壓縮比是同質(zhì)量的MPEG1和MJEPG的十倍多，所以網(wǎng)絡傳輸時占用的帶寬是同質(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；

    3、錯誤恢復能力強：當網(wǎng)絡傳輸有誤碼或丟包現(xiàn)象時，MPEG4受的影響很小并且能夠迅速恢復。如在誤碼達到1%時，MPEG1已經(jīng)無法播放，而MPEG4只會有輕微的邊緣模糊；再如當網(wǎng)絡傳輸由瞬間丟包現(xiàn)象時，MPEG1恢復至少需要10多秒，而MPEG4只需要1~3秒；

    4、圖像質(zhì)量高：可以達到接近DVD的效果；

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

    國內(nèi)、外大部分百萬像素網(wǎng)絡攝像機產(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)絡攝像機選購要點

    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。正因為如此，經(jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟。在MPEG-2需要6Mbps的傳輸速率匹配時，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的標準，不過H.264解碼算法更復雜，計算要求比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)的高清百萬像素攝像機一般采用H.264BaselineProfile@Level2.2壓縮算法。

    高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機應屬當前數(shù)字視頻產(chǎn)品中比較領(lǐng)先的，質(zhì)量高、功能全，應該屬于業(yè)內(nèi)高端產(chǎn)品。但此類攝像機因為有網(wǎng)絡資源占用、不同系統(tǒng)兼容、設備價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)絡攝像機選購要點

    從當前市場推出的高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機來看，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)品在選擇時需要注意如下幾點：

    1、確切了解高質(zhì)量圖像下的實際帶寬、傳輸速率等量化指標，并針對項目建設的網(wǎng)絡資源進行科學評估；

    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)，幀速率是否滿足實際需求；

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

    4、充分考察此類產(chǎn)品在低照度環(huán)境下的實際表現(xiàn)，尤其是廠商采用何種技術(shù)來補償?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，到今后的能進行處理分析的高清晰圖像。整個市場高清化、網(wǎng)絡化、智能化的氛圍，消費者的需求無疑刺激高清百萬像素網(wǎng)絡攝像機等高清技術(shù)與產(chǎn)品的快速普及。