近年來，高清視頻監(jiān)控技術(shù)逐步進(jìn)入人們的眼簾，成為未來安防監(jiān)控領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的方向之一。越多來越多的廠商開始推出高清化的產(chǎn)品。其中，作為高清視頻監(jiān)控的“排頭兵”高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，更是受到廣大廠商的青睞，五花八門的產(chǎn)品層出不窮，各式各樣的技術(shù)名詞更是讓廣大用戶眼花繚亂。如何把握好高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的脈搏，了解其未來的發(fā)展方向?本文將從技術(shù)發(fā)展角度出發(fā)，對高清網(wǎng)絡(luò)攝像機未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行簡要的介紹和展望。

　　分辨率不斷提高

　　高清的定義，最早來源于數(shù)字電視領(lǐng)域。高清電視，又叫“HDTV”，是由美國電影電視工程師協(xié)會確定的高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)格式。電視的清晰度，是以水平掃描線數(shù)作為計量的，它將高清劃分為：720p格式(750條垂直掃描線，720條可見垂直掃描線，16∶9，分辨率為1280×720，逐行/60Hz，行頻為45KHz);1080i格式(1125條垂直掃描線，1080條可見垂直掃描線，16∶9，分辨率為1920×1080，隔行/60Hz，行頻為33.75KHz); 1080p格式(1125條垂直掃描線，1080條可見垂直掃描線，16∶9，分辨率為1920×1080，逐行掃式)。

　　監(jiān)控行業(yè)借鑒了廣電行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。上海市于2010年9月頒布了國內(nèi)第一個針對安防監(jiān)控用數(shù)字?jǐn)z像機的地方性技術(shù)規(guī)范，規(guī)范中將數(shù)字?jǐn)z像機按清晰度由低到高分為A、B、C三級。其中，B級要求分辨率≥1280×720，C級要求分辨率≥1920×1080?？梢?，720p和1080p已經(jīng)成為業(yè)界高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的一種標(biāo)準(zhǔn)。

　　然而，有的廠商對于高清網(wǎng)絡(luò)攝像機還有著其它的命名方式，比如百萬像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，200萬像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機等等，這可以理解為“非標(biāo)準(zhǔn)”命名，它和“標(biāo)準(zhǔn)”有一定關(guān)聯(lián)，但不能簡單對應(yīng)。比如，720p的像素為92.16萬，1080p的像素為207.36萬，可以分別叫做百萬像素和200萬像素，但常見的130萬像素其實際分辨率為1280×1024，雖然也具有較高清晰度，但并不符合廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　就分辨率而言，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的發(fā)展可以說是一日千里，除了目前接觸較多的百萬像素、130萬像素、200萬像素外，300萬像素、500萬像素、800萬像素的產(chǎn)品已經(jīng)在市場上出現(xiàn)，甚至千萬及千萬以上像素的產(chǎn)品也開始在監(jiān)控行業(yè)中露出端倪?？梢哉f，人們在追求看得更清楚的路上將永不止步。

　　COMS逐漸取代CCD

　　感光器件是攝像機最為核心的部件，目前普遍采用的主要有CCD(Charge Coupled Device，感光耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補性氧化金屬半導(dǎo)體)兩種。兩者都是利用光敏二極管(photodiode)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而其主要差異是數(shù)字信號傳送的方式不同。CCD在數(shù)據(jù)傳送時不會失真，因為各個像素的數(shù)據(jù)是逐點傳輸?shù)捷敵龆嗽龠M(jìn)行放大處理;而CMOS傳感器是每個像素都有放大器，其放大效果保持均衡很困難，因而最后整合會產(chǎn)生噪聲。也正由于其數(shù)據(jù)傳輸方式不同，CCD與CMOS傳感器在效能與應(yīng)用上也有諸多差異。通常認(rèn)為CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。

　　針對CMOS傳感器性能的不足之處，業(yè)界正在通過不斷的技術(shù)革新加以改善，其中最主要的技術(shù)突破點在于低照度條件下的成像性能提升和降低圖像中的噪聲信號。

　　以提升低照度性能而言，業(yè)界提出了微透鏡(Micro Lens)陣列技術(shù)，讓更多的光能導(dǎo)入到CMOS傳感器的每個像素(光電二極管)上，從而增加感應(yīng)的亮度，不過微透鏡技術(shù)已屬微機電系統(tǒng)(MEMS)的層次，而非原有的單純半導(dǎo)體電路層次，所以挑戰(zhàn)難度的增加自是不難想像。

　　對于降低圖像中的噪聲信號，一種做法是對原有半導(dǎo)體制程進(jìn)行改進(jìn)，在CMOS電路的硅表面上摻入雜質(zhì)，以此形成一個針扎層(Pinning Layer)，此結(jié)構(gòu)可將光吸收到硅晶片的內(nèi)部，進(jìn)而降低(光電二極管)表面的噪聲，此種作法也稱為針扎光電二極管(Pinned Photodiode)。目前此種作法確實改善了噪聲問題，使圖像品質(zhì)提升，不過現(xiàn)階段此種制程也會增加晶片的制造成本。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，CMOS傳感器的性能正在得到快速提升。此外，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傳感器在成品率上的優(yōu)勢可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS傳感器在更高分辨率下將更有優(yōu)勢。另外，CMOS傳感器響應(yīng)速度比CCD快，因此更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點。

　　從市場方面來看，CCD的傳統(tǒng)生產(chǎn)廠商SONY已經(jīng)開始把重心移向了CMOS傳感器，不但研發(fā)出了ClearVid CMOS技術(shù)，推出了Exmor系列的高清CMOS產(chǎn)品，在其生產(chǎn)的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機中更是幾乎清一色地采用了CMOS傳感器，這也許可以看作是CMOS傳感器的一個階段性勝利。

　　ISP(Image Signal Processing)被編碼芯片集成

　　要實現(xiàn)良好的圖像質(zhì)量，除了前端鏡頭、傳感器部分對光線的處理，影像處理部分也是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機中不可忽視的一環(huán)。通常情況下，傳感器部分設(shè)置有內(nèi)嵌的圖像處理芯片處理一些較簡單的功能，而較復(fù)雜的自動曝光、自動白平衡以及自動對焦等功能則必須通過后端ISP處理，以獲得良好的影像效果。

　　傳統(tǒng)的ISP是通過專門的ASIC或者DSP加以實現(xiàn)，隨著技術(shù)的發(fā)展，后端的編碼芯片已經(jīng)越來越多的將ISP的功能加以集成。

　　以TI的DM36×平臺為例，其中視頻處理子系統(tǒng)(VPSS)中包含了CCD或CMOS傳感器的控制器，直接接收原始視頻信號，然后由集成的ISP進(jìn)行預(yù)處理，其中有H3A處理(即自動曝光AE、自動白平衡AWB、自動聚焦AF)、鏡頭畸形校正模式(LDC)處理、硬件人臉檢測引擎、影像協(xié)處理器(IMCOP)、影像處理加速器(IPIPE)，以及增強型屏幕疊加顯示(OSD)等等。

　　通過集成ISP，不但可大幅降低系統(tǒng)成本，更能大大增強視頻的穩(wěn)定性，優(yōu)化影像在光學(xué)方面的性能。這對于提升高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的成像品質(zhì)具有及其重要的作用。

　　智能分析功能更加實用

　　智能化是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，其本質(zhì)在于從模擬或數(shù)字視頻流中自動跟蹤并識別對象，分析運動并提取有用視頻信息。對網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控而言，前端攝像機的智能化具有極其重要的實用價值。例如異常報警錄像，就是將所監(jiān)控的視頻圖像，經(jīng)過前端智能網(wǎng)絡(luò)攝像機的分析識別后，只將有異常的圖像傳輸?shù)胶蠖巳ビ涗浥c顯示，因而可大大減輕網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，有效地節(jié)省帶寬資源。另一方面，在有智能網(wǎng)絡(luò)攝像機的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)后端，就只需集中對前端攝像機發(fā)送過來的目標(biāo)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，而不需要對視頻信號進(jìn)行處理與識別，所以后端系統(tǒng)不需要昂貴的設(shè)備也能完成高效的智能視頻分析。由于后端只有前端發(fā)送來的預(yù)/報警事件的關(guān)聯(lián)畫面顯示，使監(jiān)控中心工作人員能夠很輕松地完成整個系統(tǒng)的監(jiān)視，而這種關(guān)聯(lián)錄像的功能，也使錄像搜索和回放變得簡單迅速，從而節(jié)省了寶貴的時間。

　　近兩年，視頻監(jiān)控行業(yè)內(nèi)對很多智能分析方案進(jìn)行推廣，但效果并不好，往往只是廠商推銷產(chǎn)品的噱頭。其原因，一方面在于智能分析算法本身技術(shù)不夠完善，沒有實質(zhì)意義上的突破;另一方面則在于傳統(tǒng)“標(biāo)清”攝像機的分辨率有限，無法為智能分析算法提供足夠清晰的圖像。隨著高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的廣泛應(yīng)用，這一局面將得到改觀。

　　目前在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機中已經(jīng)實現(xiàn)或者正在實現(xiàn)的智能分析功能有：視頻遮擋與視頻丟失偵測、視頻變換偵測、視頻模糊偵測、視頻移動偵測、出入口人數(shù)統(tǒng)計、人群運動及擁堵識別、物品遺留識別、入侵識別等等。這些功能看上去比過去的智能分析功能要“遜色”得多，但卻更為實用。

　　標(biāo)準(zhǔn)化

　　與模擬視頻監(jiān)控封閉的系統(tǒng)不同，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品與產(chǎn)品之間要達(dá)到系統(tǒng)的兼容已成為擺在實際工程中的嚴(yán)峻問題，由此，關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)問題的討論日益增多，關(guān)于安防產(chǎn)品互通標(biāo)準(zhǔn)的組織也層出不迭，其中ONVIF、PSIA兩大標(biāo)準(zhǔn)組織在安防企業(yè)的影響越來越大。

　　ONVIF，全稱Open Network Video Interface Forum，即開放性網(wǎng)絡(luò)視頻接口論壇，由Axis、Bosch和Sony三家企業(yè)聯(lián)合推出，是全球影響力最大的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織，其目的是以公開、開放的原則共同制定開放性網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2008年11月，該組織正式發(fā)布了ONVIF第一版規(guī)范ONVIF核心規(guī)范1.0。這一標(biāo)準(zhǔn)將為網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備之間的信息交換定義通用協(xié)議(諸如裝置搜尋、實時視頻、音頻、元數(shù)據(jù)和控制信息)。

　　PSIA：(Physical Security Interoperability Alliance)實體安防互通聯(lián)盟，成立于2008年8月。該聯(lián)盟的目標(biāo)是為實體安防系統(tǒng)的硬件和軟件平臺創(chuàng)立一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口。其致力于使基于IP網(wǎng)絡(luò)的不同安防系統(tǒng)具有兼容性。PSIA內(nèi)也不乏Cisco、GE、Honeywell與Panasonic等大品牌，后者成員在網(wǎng)絡(luò)攝像機市場的占有率稍顯遜色。

　　目前，從支持廠商數(shù)量與影響力來說，ONVIF聯(lián)盟更勝一籌。根據(jù)IMS Research的調(diào)查顯示，目前ONVIF組織的成員占據(jù)市場72%的份額，已在北美、歐洲和亞洲地區(qū)擁有眾多會員企業(yè)。除了三家發(fā)起公司外，佳能、松下、三星、思科、西門子、TI、?？低?/a>、浙江大華、GE、MARCH、IDIS、CNB、IndigoVision、American Dynamics、Anixter、Axxonsoft、Dallmeier、Deister、Genetec、HiTRON、Honeywell、ITRI、Itx、Milestone、NICE、Optelecom-nkf、Pacom、Pelco、Pravis、ZTE等有影響力的企業(yè)都參與到這個標(biāo)準(zhǔn)組織中。截止2010年5月，ONVIF已經(jīng)有超過150多家成員。

　　無線傳輸方面，3G網(wǎng)絡(luò)加速了手機上網(wǎng)的速度，使可視電話、手機游戲等應(yīng)用如火如荼。但在安防視頻監(jiān)控行業(yè)，卻還沒有實質(zhì)性的應(yīng)用。究其原因，一是3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相對滯后;二是3G資費依然太高。面對高清視頻監(jiān)控對于帶寬的要求，3G更是力有未逮。要想真正實現(xiàn)高清無線視頻監(jiān)控，還需要等到4G的推廣。目前，TD-LTE的出現(xiàn)，為我們開啟了4G時代高清視頻監(jiān)控的大門。

　　TD-LTE是TD-SCDMA向IMT-Advanced(4G標(biāo)準(zhǔn))演進(jìn)的方向和工作基礎(chǔ)，既繼承并發(fā)展了中國自主知識產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA技術(shù)，又得到了廣泛的國際支持。按照3GPP的TR25.913定義，LTE峰值的速率要求很高，上行50Mbps，下行100Mbps。從頻譜效率角度來看，無論是上行的還是下行的頻譜效率，都是我國現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)的3-4倍。LTE的技術(shù)發(fā)展吸引了不同的體制規(guī)范的參與，包括了UMTS(即3GSM)，還有CDMA2000陣營的參與，使LTE逐漸成為未來無線網(wǎng)絡(luò)4G的一種可能。

　　結(jié)語

　　隨著監(jiān)控技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機作為監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，結(jié)合光學(xué)成像技術(shù)、智能分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等等帶來新的變革，在不斷滿足市場競爭需求的同時，趨向于一種自我的完美實現(xiàn)。它深刻地影響著監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，也將深刻地改變我們的生活方式。