高清網絡攝像機能夠全面代表高清監控嗎?
高(gao)(gao)清監控的基(ji)礎是前端,即高(gao)(gao)清網絡(luo)攝像機,只有在(zai)這個環(huan)節(jie)實現了(le)高(gao)(gao)清,才能(neng)在(zai)存儲、顯示、瀏覽等(deng)其他環(huan)節(jie)實現高(gao)(gao)清。我們將與(yu)您一起探討(tao)與(yu)高(gao)(gao)清網絡(luo)攝像機有關的幾個基(ji)本問(wen)題(ti)。
什么是高清(qing)監控(kong)?
對于(yu)視頻(pin)監控(kong)而言,圖像清晰(xi)度(du)無疑是最關鍵的(de)特性(xing)。圖像越清晰(xi),細節(jie)越明顯,觀(guan)看體(ti)驗越好,智能等應用業務(wu)的(de)準確度(du)也越高。所以(yi)圖像清晰(xi)度(du)是視頻(pin)監控(kong)永恒的(de)追求。
衡量圖(tu)像(xiang)清(qing)(qing)晰(xi)度的標(biao)準(zhun)是分辨率,單位是像(xiang)素(su)。這個值越大,圖(tu)像(xiang)越清(qing)(qing)晰(xi)。所謂高(gao)清(qing)(qing)、標(biao)清(qing)(qing),差異也就體現在這里。兩者之間的分界線(xian)就是百(bai)萬像(xiang)素(su)或720p,達到百(bai)萬像(xiang)素(su)或720p的就是高(gao)清(qing)(qing)。基于這樣的標(biao)準(zhun),目前(qian)視(shi)頻監控市場占主流的CIF和(he)D1都屬于標(biao)清(qing)(qing)。
無論是(shi)(shi)從分辨(bian)率(lv)(lv)(lv)、顯(xian)(xian)示(shi)效(xiao)果還是(shi)(shi)流暢(chang)度來看(kan),高(gao)清(qing)(qing)都比(bi)標(biao)清(qing)(qing)更有優勢。從分辨(bian)率(lv)(lv)(lv)來看(kan),720p的分辨(bian)率(lv)(lv)(lv)是(shi)(shi)CIF分辨(bian)率(lv)(lv)(lv)的9倍、1080i/1080p的分辨(bian)率(lv)(lv)(lv)是(shi)(shi)CIF分辨(bian)率(lv)(lv)(lv)的20倍,在同樣(yang)的顯(xian)(xian)示(shi)環(huan)境下,高(gao)清(qing)(qing)會清(qing)(qing)晰得多。從顯(xian)(xian)示(shi)效(xiao)果來看(kan),高(gao)清(qing)(qing)既支持(chi)(chi)大(da)屏顯(xian)(xian)示(shi),又支持(chi)(chi)16:9寬屏顯(xian)(xian)示(shi),可(ke)以(yi)大(da)大(da)增強用戶的觀(guan)看(kan)體驗。從流暢(chang)度來看(kan),高(gao)清(qing)(qing)支持(chi)(chi)更高(gao)的幀(zhen)率(lv)(lv)(lv),比(bi)如720p和1080i/1080p都可(ke)以(yi)支持(chi)(chi)60幀(zhen)/秒或60場/秒,其圖像(xiang)流暢(chang)度比(bi)標(biao)清(qing)(qing)要高(gao)一倍。所以(yi),高(gao)清(qing)(qing)監控必然將取代標(biao)清(qing)(qing)監控。
高清監控(kong)的前端(duan)為(wei)什么一定(ding)是高清網絡攝(she)像機?
我們知道,傳(chuan)統的標清監控(kong)(kong)分為模(mo)(mo)擬、數字和網絡(luo)(luo)三種類型。模(mo)(mo)擬監控(kong)(kong)的前端(duan)是(shi)模(mo)(mo)擬攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji),后端(duan)是(shi)矩陣。數字監控(kong)(kong)的前端(duan)也是(shi)模(mo)(mo)擬攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji),后端(duan)是(shi)DVR。網絡(luo)(luo)監控(kong)(kong)的前端(duan)有兩種,一種是(shi)模(mo)(mo)擬攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji)+視(shi)頻編碼器,一種是(shi)網絡(luo)(luo)攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji),后端(duan)是(shi)平臺。也就是(shi)說(shuo),在標清監控(kong)(kong)時代,前端(duan)有模(mo)(mo)擬攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji)、網絡(luo)(luo)攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji)、視(shi)頻編碼器+模(mo)(mo)擬攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji)等多種類型。
那(nei)為什么到(dao)了高清監控時代,前端一定是高清網絡攝(she)像(xiang)機呢?原(yuan)因主要在兩個方(fang)面。
第(di)一,高清監控(kong)一定(ding)是(shi)網絡化的(de),必然是(shi)基于視頻(pin)壓縮處理并通(tong)過IP網絡進行(xing)傳輸的(de),因為只有這樣才能(neng)控(kong)制(zhi)高清視頻(pin)的(de)傳輸成本。
采集后未經(jing)壓(ya)縮的(de)(de)高(gao)清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻(pin)信號(hao)有(you)模(mo)(mo)擬和數(shu)(shu)字(zi)兩種傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)方式。模(mo)(mo)擬傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)一(yi)般(ban)(ban)采用(yong)(yong)YPbPr分量傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu),一(yi)路高(gao)清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻(pin)信號(hao)需要三根同軸(zhou)線(xian)纜(lan)同時(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)。數(shu)(shu)字(zi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)一(yi)般(ban)(ban)采用(yong)(yong)DVI、HDMI或(huo)者HD-SDI傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu),其中DVI或(huo)HDMI的(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)距離只有(you)幾米,不適(shi)合用(yong)(yong)于(yu)監控傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu),而HD-SDI雖可以(yi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)100米左右,但對(dui)同軸(zhou)電纜(lan)的(de)(de)要求(qiu)很高(gao),線(xian)纜(lan)的(de)(de)價(jia)格也非常昂貴。無(wu)論是模(mo)(mo)擬方式還(huan)是數(shu)(shu)字(zi)方式傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu),未經(jing)壓(ya)縮的(de)(de)高(gao)清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻(pin)信號(hao)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)成本(ben)都(dou)明顯高(gao)于(yu)以(yi)前的(de)(de)模(mo)(mo)擬標清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻(pin)信號(hao)。而采用(yong)(yong)視(shi)(shi)(shi)頻(pin)壓(ya)縮編碼并(bing)通(tong)過IP網(wang)絡進行傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)時(shi),高(gao)清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻(pin)與標清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻(pin)在傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)(shu)成本(ben)上(shang)的(de)(de)差異很小。
第二,直接用高(gao)清網絡(luo)攝(she)像機(ji)進(jin)行前(qian)端處理的效率和成本比用高(gao)清視頻編碼器+高(gao)清攝(she)像機(ji)要(yao)更有優勢。
當前高清(qing)視頻(pin)傳(chuan)感器以(yi)CMOS為主(zhu),CMOS傳(chuan)感器直接輸(shu)出數字化的視頻(pin)信(xin)號,在攝像機中(zhong)通過DSP或ASIC對(dui)此(ci)數字高清(qing)視頻(pin)信(xin)號直接進行壓縮編碼,然后(hou)以(yi)網絡(luo)化方式傳(chuan)輸(shu),要(yao)比攝像機直接輸(shu)出高清(qing)信(xin)號來得(de)經(jing)濟,且處理(li)效率(lv)更高。
這就是為什(shen)么(me)目前市面上我們(men)能(neng)夠看到的所(suo)有(you)高(gao)清監(jian)控(kong)前端(duan)都是高(gao)清網絡(luo)攝像(xiang)機的原因。
CCD和CMOS哪一個更適合高清網絡攝像機(ji)?
網(wang)絡攝像(xiang)(xiang)機的(de)核心(xin)組成(cheng)部分有三塊:鏡頭、圖(tu)像(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器以及壓縮處理(li)芯片。其中,圖(tu)像(xiang)(xiang)傳(chuan)感(gan)器是圖(tu)像(xiang)(xiang)采集處理(li)部分的(de)核心(xin)。
圖像傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)有CMOS和CCD兩種。兩者之(zhi)間的差異(yi)大家已經討論(lun)得非常(chang)多(duo)了,主要體現在(zai)靈敏度、成(cheng)本、噪聲(sheng)、功耗等幾個方面(mian):1)在(zai)象素尺寸相(xiang)同的情(qing)況(kuang)下,CMOS傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)的靈敏度要低于CCD傳感(gan)(gan)(gan)器(qi);2)CCD傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)的成(cheng)本比CMOS傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)高;3)相(xiang)同尺寸的CCD傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)分辨率(lv)通常(chang)優于CMOS傳感(gan)(gan)(gan)器(qi);4)與CCD傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)相(xiang)比,CMOS傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)的噪聲(sheng)更(geng)大;5)CCD傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)除了在(zai)電(dian)源管理(li)電(dian)路設計上的難度更(geng)高之(zhi)外,高驅動電(dian)壓更(geng)使其(qi)功耗遠高于CMOS傳感(gan)(gan)(gan)器(qi)的水(shui)平(ping)。
在標(biao)(biao)清監控時(shi)代,無論是(shi)模擬(ni)攝像機還(huan)是(shi)標(biao)(biao)清網絡攝像機,使用最(zui)廣泛的是(shi)CCD。而在高清監控時(shi)代,情況將會有所改變。高清監控對(dui)成(cheng)本非常敏感,CMOS傳(chuan)感器(qi)盡管(guan)圖像品質總(zong)體上還(huan)不(bu)如CCD,但它在成(cheng)本上的優(you)勢對(dui)CCD還(huan)是(shi)造(zao)成(cheng)了非常大的威脅。當然(ran),兩者博(bo)弈(yi)的結果(guo)最(zui)終將由性價比決定,誰既(ji)能(neng)保(bao)證比較好的圖像品質又不(bu)貴誰就勝(sheng)出。
從目(mu)前(qian)的(de)趨勢來看,CMOS勝出(chu)的(de)機會明顯更(geng)(geng)大。一方面,隨著技術的(de)發(fa)展(zhan),CMOS的(de)靈敏度正在得到(dao)快(kuai)速改善,據(ju)悉目(mu)前(qian)市場上致(zhi)力于CMOS研究的(de)廠商已經研發(fa)出(chu)靈敏度性能(neng)與CCD接(jie)近(jin)的(de)720p與1080p專用CMOS器(qi)件。另一方面,盡管相(xiang)同尺寸(cun)的(de)CCD傳感器(qi)分辨率優(you)于CMOS傳感器(qi),但如果(guo)不考慮尺寸(cun)限制(zhi),CMOS在量(liang)率上的(de)優(you)勢可以有(you)效(xiao)克服大尺寸(cun)感光原件制(zhi)造(zao)的(de)困難,這樣(yang)CMOS在更(geng)(geng)高分辨率下將(jiang)更(geng)(geng)有(you)優(you)勢。另外,CMOS響應速度比(bi)CCD快(kuai),因(yin)此更(geng)(geng)適合高清監控(kong)的(de)大數據(ju)量(liang)特點。
因(yin)此,盡管CCD與CMOS在不(bu)(bu)同(tong)的(de)應用(yong)場(chang)景下(xia)各有(you)優(you)勢,但隨著CMOS工藝和技術的(de)不(bu)(bu)斷(duan)提(ti)升,以及高端CMOS價格(ge)的(de)不(bu)(bu)斷(duan)下(xia)降,未來高清網絡攝像機將(jiang)更(geng)多的(de)選擇CMOS。
HDTV和百萬像素究竟有什么差異?
前面我們提到(dao),衡(heng)量圖像(xiang)清晰度(du)的標準是(shi)分辨率,所謂高清,分辨率必須達到(dao)百萬像(xiang)素(su)或720p。那么(me)百萬像(xiang)素(su)和720p有(you)什么(me)差異?
720p源自美國電影電視(shi)工程師協會(SMPTE)制定的(de)HDTV標準。根據該標準,真正符合高清(qing)視(shi)頻的(de)格式主要有以(yi)下三種:
l720p:1280*720分辨率(lv),16:9寬屏顯(xian)示,逐(zhu)行(xing)掃(sao)描/60Hz
l1080i:1920*1080分辨率,16:9寬(kuan)屏顯示,隔行掃描(miao)/60Hz
l1080p:1920*1080分辨率,16:9寬屏顯示(shi),逐行掃描/60Hz
此外,該標準還詳細定義了每一種(zhong)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)所對(dui)應的(de)幀率(lv)(lv)等數據。因此,滿(man)足(zu)任何給定HDTV標準的(de)高清網絡攝像機必然(ran)支持一個(ge)或多個(ge)特定分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)、幀率(lv)(lv)以(yi)及色彩(cai)保真度,從而始終能夠(gou)確(que)保規定的(de)視頻質量。
而百萬像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)素(su)(su)并(bing)不是(shi)(shi)一個(ge)公(gong)認的標準,它(ta)僅僅是(shi)(shi)代表一個(ge)行業(ye)最佳實踐的概念,具體指(zhi)的是(shi)(shi)網絡攝像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機的圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)傳感器(qi)元素(su)(su)數量(liang)。也就(jiu)是(shi)(shi)說,當我(wo)(wo)們聽到(dao)一個(ge)高清網絡攝像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機說支持百萬像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)素(su)(su)、兩百萬像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)素(su)(su)或五百萬像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)素(su)(su)時,我(wo)(wo)們并(bing)不知道這個(ge)攝像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機的幀率(lv)是(shi)(shi)多少、視頻寬高比(bi)如何、隔行還(huan)是(shi)(shi)逐(zhu)行、色彩保真度(du)怎(zen)么樣等等,而這些信息(xi)同樣是(shi)(shi)衡量(liang)一個(ge)高清網絡攝像(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機性能的重要(yao)參(can)照。
因此,符合HDTV720p/1080i/1080p標準的高清網絡攝像機毫無疑(yi)問(wen)將成(cheng)為主流。
MJPEG和(he)H.264誰將主導高(gao)清網絡攝(she)像機的視頻編碼?
視(shi)頻編碼是高清網絡攝像機的一項(xiang)關(guan)鍵參數,它決(jue)定了所傳輸視(shi)頻的圖像質量以及需要的網絡帶寬。我們目前看(kan)到的高清網絡攝像機視(shi)頻編碼標準主要有MJPEG和H.264兩(liang)種。
MJPEG(MotionJPEG)是(shi)在JPEG基礎發展起來的(de)(de)(de)(de)動態圖(tu)像(xiang)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)技術(shu),它只單(dan)獨的(de)(de)(de)(de)對某一(yi)(yi)幀進行壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo),而基本不考慮(lv)視(shi)頻流中不同幀之間(jian)的(de)(de)(de)(de)變化。通過此壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)技術(shu)可(ke)獲(huo)取清晰度很高的(de)(de)(de)(de)視(shi)頻圖(tu)像(xiang),而且可(ke)靈活設置每路的(de)(de)(de)(de)視(shi)頻清晰度和(he)(he)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)幀數,并(bing)且壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)后的(de)(de)(de)(de)畫面還可(ke)任意剪接。但它的(de)(de)(de)(de)缺陷也非常明顯:一(yi)(yi),丟幀現象嚴重、實時性(xing)差,在保證每路都必須是(shi)高清晰的(de)(de)(de)(de)前提(ti)下,很難完成實時壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo);二,壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)(suo)效率低,傳輸帶寬和(he)(he)存儲空間(jian)占用大。
H.264是ITU-T和ISO共同成立的(de)(de)JVT聯合視頻(pin)工作組制(zhi)定的(de)(de)新一代視頻(pin)編(bian)碼(ma)標(biao)(biao)準(zhun),用來實(shi)現視頻(pin)的(de)(de)高(gao)壓(ya)縮比、高(gao)圖像質量、良(liang)好的(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)適(shi)應性等目標(biao)(biao)。H.264不(bu)(bu)僅比MJPEG節約了(le)80%以(yi)上的(de)(de)碼(ma)率(lv),而且對網(wang)(wang)絡(luo)(luo)傳輸(shu)具有更好的(de)(de)支持功能。H.264引(yin)入了(le)面向IP包(bao)的(de)(de)編(bian)碼(ma)機制(zhi),有利于網(wang)(wang)絡(luo)(luo)中的(de)(de)分組傳輸(shu),支持網(wang)(wang)絡(luo)(luo)中視頻(pin)的(de)(de)流媒體傳輸(shu),支持不(bu)(bu)同網(wang)(wang)絡(luo)(luo)資源(yuan)下的(de)(de)分級(ji)編(bian)碼(ma)傳輸(shu),從而獲得平穩的(de)(de)圖像質量。H.264可以(yi)在(zai)更低的(de)(de)帶寬下實(shi)現720p、1080i/p的(de)(de)廣(guang)播級(ji)高(gao)清(qing)視頻(pin)分辨率(lv)。
盡管(guan)MJPEG能夠(gou)獲得比較好的單幅圖像(xiang)質量,但由于它在運(yun)動(dong)性、帶寬(kuan)占(zhan)(zhan)用以及存儲空(kong)間占(zhan)(zhan)用方(fang)面均有致命缺陷,高(gao)清(qing)網(wang)絡(luo)攝像(xiang)機未來(lai)必然以H.264為主。
高(gao)清網絡攝像(xiang)機(ji)能夠全面代表高(gao)清監(jian)控嗎?
對于(yu)高(gao)(gao)清(qing)(qing)而(er)言,要(yao)真正取代標(biao)清(qing)(qing),有一個重要(yao)的障礙需要(yao)克服,就是如何在低成本下保證方案(an)的完整性。根據(ju)傳統監控的應用特點,高(gao)(gao)清(qing)(qing)只有在覆蓋前(qian)(qian)端(duan)、中心管理(li)、錄(lu)像存儲、解(jie)碼顯示等各個環(huan)節時才有意義(yi)。而(er)目前(qian)(qian),我們看到的所(suo)有高(gao)(gao)清(qing)(qing)產品都僅僅停(ting)留在前(qian)(qian)端(duan),即高(gao)(gao)清(qing)(qing)網絡攝像機(ji),后(hou)端(duan)的管理(li)、存儲、解(jie)碼都沒有,還無(wu)法全面推(tui)廣。
因此,對于高清(qing)(qing)(qing)(qing)監(jian)控而(er)(er)言,只有高清(qing)(qing)(qing)(qing)網(wang)絡攝像機(ji)是(shi)(shi)不夠的(de)。高清(qing)(qing)(qing)(qing)網(wang)絡攝像機(ji)僅僅是(shi)(shi)完(wan)成(cheng)前(qian)端(duan)(duan)功能,而(er)(er)更全(quan)(quan)面(mian)的(de)高清(qing)(qing)(qing)(qing)應用還需(xu)要一系列后端(duan)(duan)部(bu)分的(de)配合。科達在09年末發布的(de)全(quan)(quan)高清(qing)(qing)(qing)(qing)系列產品(pin)與解決(jue)方(fang)案就率先走出了(le)這一步(bu),它通過(guo)高清(qing)(qing)(qing)(qing)網(wang)絡攝像機(ji)、高清(qing)(qing)(qing)(qing)NVR、高清(qing)(qing)(qing)(qing)電(dian)視墻(qiang)以及高清(qing)(qing)(qing)(qing)客戶端(duan)(duan)的(de)全(quan)(quan)面(mian)配合,為(wei)用戶提(ti)供完(wan)整的(de)端(duan)(duan)到端(duan)(duan)高清(qing)(qing)(qing)(qing)監(jian)控解決(jue)方(fang)案,同時(shi)保證系統的(de)高性價比。
總結
隨著高清(qing)監控的(de)快速發展,各(ge)種與高清(qing)攝像機有關(guan)的(de)概(gai)念層出不窮(qiong),而通過上文提到的(de)一(yi)系列問題,無論這些(xie)概(gai)念如何(he)天馬行空,我們都可以(yi)保持清(qing)晰(xi)的(de)思路,從而做出準確的(de)判斷。
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