高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)能夠全面代表高清監(jiān)控嗎？
高清監(jiān)控的基礎(chǔ)是前端，即高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，只有在這個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了高清，才能在存儲(chǔ)、顯示、瀏覽等其他環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)高清。我們將與您一起探討與高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)有關(guān)的幾個(gè)基本問(wèn)題。
什么是高清監(jiān)控？
對(duì)于視頻監(jiān)控而言，圖像清晰度無(wú)疑是最關(guān)鍵的特性。圖像越清晰，細(xì)節(jié)越明顯，觀看體驗(yàn)越好，智能等應(yīng)用業(yè)務(wù)的準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)是分辨率，單位是像素。這個(gè)值越大，圖像越清晰。所謂高清、標(biāo)清，差異也就體現(xiàn)在這里。兩者之間的分界線就是百萬(wàn)像素或720p，達(dá)到百萬(wàn)像素或720p的就是高清。基于這樣的標(biāo)準(zhǔn)，目前視頻監(jiān)控市場(chǎng)占主流的CIF和D1都屬于標(biāo)清。
無(wú)論是從分辨率、顯示效果還是流暢度來(lái)看，高清都比標(biāo)清更有優(yōu)勢(shì)。從分辨率來(lái)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(huì)清晰得多。從顯示效果來(lái)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(qiáng)用戶的觀看體驗(yàn)。從流暢度來(lái)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(chǎng)/秒，其圖像流暢度比標(biāo)清要高一倍。所以，高清監(jiān)控必然將取代標(biāo)清監(jiān)控。
高清監(jiān)控的前端為什么一定是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)？
我們知道，傳統(tǒng)的標(biāo)清監(jiān)控分為模擬、數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)三種類型。模擬監(jiān)控的前端是模擬攝像機(jī)，后端是矩陣。數(shù)字監(jiān)控的前端也是模擬攝像機(jī)，后端是DVR。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的前端有兩種，一種是模擬攝像機(jī)+視頻編碼器，一種是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，后端是平臺(tái)。也就是說(shuō)，在標(biāo)清監(jiān)控時(shí)代，前端有模擬攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻編碼器+模擬攝像機(jī)等多種類型。
那為什么到了高清監(jiān)控時(shí)代，前端一定是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)呢？原因主要在兩個(gè)方面。
第一，高清監(jiān)控一定是網(wǎng)絡(luò)化的，必然是基于視頻壓縮處理并通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)模驗(yàn)橹挥羞@樣才能控制高清視頻的傳輸成本。
采集后未經(jīng)壓縮的高清視頻信號(hào)有模擬和數(shù)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(hào)需要三根同軸線纜同時(shí)傳輸。數(shù)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(duì)同軸電纜的要求很高，線纜的價(jià)格也非常昂貴。無(wú)論是模擬方式還是數(shù)字方式傳輸，未經(jīng)壓縮的高清視頻信號(hào)傳輸成本都明顯高于以前的模擬標(biāo)清視頻信號(hào)。而采用視頻壓縮編碼并通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸時(shí)，高清視頻與標(biāo)清視頻在傳輸成本上的差異很小。
第二，直接用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)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(jī)要更有優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)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(hào)，在攝像機(jī)中通過(guò)DSP或ASIC對(duì)此數(shù)字高清視頻信號(hào)直接進(jìn)行壓縮編碼，然后以網(wǎng)絡(luò)化方式傳輸，要比攝像機(jī)直接輸出高清信號(hào)來(lái)得經(jīng)濟(jì)，且處理效率更高。
這就是為什么目前市面上我們能夠看到的所有高清監(jiān)控前端都是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的原因。
CCD和CMOS哪一個(gè)更適合高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)？
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(jīng)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(gè)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(shè)計(jì)上的難度更高之外，高驅(qū)動(dòng)電壓更使其功耗遠(yuǎn)高于CMOS傳感器的水平。
在標(biāo)清監(jiān)控時(shí)代，無(wú)論是模擬攝像機(jī)還是標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，使用最廣泛的是CCD。而在高清監(jiān)控時(shí)代，情況將會(huì)有所改變。高清監(jiān)控對(duì)成本非常敏感，CMOS傳感器盡管圖像品質(zhì)總體上還不如CCD，但它在成本上的優(yōu)勢(shì)對(duì)CCD還是造成了非常大的威脅。當(dāng)然，兩者博弈的結(jié)果最終將由性價(jià)比決定，誰(shuí)既能保證比較好的圖像品質(zhì)又不貴誰(shuí)就勝出。
從目前的趨勢(shì)來(lái)看，CMOS勝出的機(jī)會(huì)明顯更大。一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，CMOS的靈敏度正在得到快速改善，據(jù)悉目前市場(chǎng)上致力于CMOS研究的廠商已經(jīng)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(shì)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(shì)。另外，CMOS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(diǎn)。
因此，盡管CCD與CMOS在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下各有優(yōu)勢(shì)，但隨著CMOS工藝和技術(shù)的不斷提升，以及高端CMOS價(jià)格的不斷下降，未來(lái)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將更多的選擇CMOS。
HDTV和百萬(wàn)像素究竟有什么差異？
前面我們提到，衡量圖像清晰度的標(biāo)準(zhǔn)是分辨率，所謂高清，分辨率必須達(dá)到百萬(wàn)像素或720p。那么百萬(wàn)像素和720p有什么差異？
720p源自美國(guó)電影電視工程師協(xié)會(huì)（SMPTE）制定的HDTV標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，真正符合高清視頻的格式主要有以下三種：
l720p：1280*720分辨率，16:9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz
l1080i：1920*1080分辨率，16:9寬屏顯示，隔行掃描/60Hz
l1080p：1920*1080分辨率，16:9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz
此外，該標(biāo)準(zhǔn)還詳細(xì)定義了每一種分辨率所對(duì)應(yīng)的幀率等數(shù)據(jù)。因此，滿足任何給定HDTV標(biāo)準(zhǔn)的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)必然支持一個(gè)或多個(gè)特定分辨率、幀率以及色彩保真度，從而始終能夠確保規(guī)定的視頻質(zhì)量。
而百萬(wàn)像素并不是一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，它僅僅是代表一個(gè)行業(yè)最佳實(shí)踐的概念，具體指的是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的圖像傳感器元素?cái)?shù)量。也就是說(shuō)，當(dāng)我們聽(tīng)到一個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)說(shuō)支持百萬(wàn)像素、兩百萬(wàn)像素或五百萬(wàn)像素時(shí)，我們并不知道這個(gè)攝像機(jī)的幀率是多少、視頻寬高比如何、隔行還是逐行、色彩保真度怎么樣等等，而這些信息同樣是衡量一個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)性能的重要參照。
因此，符合HDTV720p/1080i/1080p標(biāo)準(zhǔn)的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)毫無(wú)疑問(wèn)將成為主流。
MJPEG和H.264誰(shuí)將主導(dǎo)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視頻編碼？
視頻編碼是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，它決定了所傳輸視頻的圖像質(zhì)量以及需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬。我們目前看到的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有MJPEG和H.264兩種。
MJPEG（MotionJPEG）是在JPEG基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的動(dòng)態(tài)圖像壓縮技術(shù)，它只單獨(dú)的對(duì)某一幀進(jìn)行壓縮，而基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化。通過(guò)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(shè)置每路的視頻清晰度和壓縮幀數(shù)，并且壓縮后的畫(huà)面還可任意剪接。但它的缺陷也非常明顯：一，丟幀現(xiàn)象嚴(yán)重、實(shí)時(shí)性差，在保證每路都必須是高清晰的前提下，很難完成實(shí)時(shí)壓縮；二，壓縮效率低，傳輸帶寬和存儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻的高壓縮比、高圖像質(zhì)量、良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性等目標(biāo)。H.264不僅比MJPEG節(jié)約了80％以上的碼率，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸具有更好的支持功能。H.264引入了面向IP包的編碼機(jī)制，有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸，支持不同網(wǎng)絡(luò)資源下的分級(jí)編碼傳輸，從而獲得平穩(wěn)的圖像質(zhì)量。H.264可以在更低的帶寬下實(shí)現(xiàn)720p、1080i/p的廣播級(jí)高清視頻分辨率。
盡管MJPEG能夠獲得比較好的單幅圖像質(zhì)量，但由于它在運(yùn)動(dòng)性、帶寬占用以及存儲(chǔ)空間占用方面均有致命缺陷，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)未來(lái)必然以H.264為主。
高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)能夠全面代表高清監(jiān)控嗎？
對(duì)于高清而言，要真正取代標(biāo)清，有一個(gè)重要的障礙需要克服，就是如何在低成本下保證方案的完整性。根據(jù)傳統(tǒng)監(jiān)控的應(yīng)用特點(diǎn)，高清只有在覆蓋前端、中心管理、錄像存儲(chǔ)、解碼顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)才有意義。而目前，我們看到的所有高清產(chǎn)品都僅僅停留在前端，即高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，后端的管理、存儲(chǔ)、解碼都沒(méi)有，還無(wú)法全面推廣。
因此，對(duì)于高清監(jiān)控而言，只有高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是不夠的。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)僅僅是完成前端功能，而更全面的高清應(yīng)用還需要一系列后端部分的配合。科達(dá)在09年末發(fā)布的全高清系列產(chǎn)品與解決方案就率先走出了這一步，它通過(guò)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、高清NVR、高清電視墻以及高清客戶端的全面配合，為用戶提供完整的端到端高清監(jiān)控解決方案，同時(shí)保證系統(tǒng)的高性價(jià)比。
總結(jié)
隨著高清監(jiān)控的快速發(fā)展，各種與高清攝像機(jī)有關(guān)的概念層出不窮，而通過(guò)上文提到的一系列問(wèn)題，無(wú)論這些概念如何天馬行空，我們都可以保持清晰的思路，從而做出準(zhǔn)確的判斷。
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