高清網絡攝像機能夠全面代表高清監控嗎?
高清(qing)監(jian)控的(de)(de)基(ji)礎是前(qian)端,即高清(qing)網絡攝(she)像(xiang)機,只有在(zai)這個環節實現了高清(qing),才能在(zai)存(cun)儲、顯(xian)示(shi)、瀏覽等其(qi)他(ta)環節實現高清(qing)。我(wo)們將與您一起探(tan)討與高清(qing)網絡攝(she)像(xiang)機有關的(de)(de)幾個基(ji)本問題。
什么(me)是高清監控?
對(dui)于視頻(pin)監控而言,圖像清晰(xi)度無疑是(shi)最(zui)關鍵的特(te)性。圖像越清晰(xi),細節越明(ming)顯,觀看體驗越好,智能等應用業務的準確度也越高。所(suo)以圖像清晰(xi)度是(shi)視頻(pin)監控永恒的追(zhui)求(qiu)。
衡量(liang)圖像(xiang)清(qing)(qing)晰(xi)度(du)的標(biao)(biao)準是(shi)(shi)分辨率,單位是(shi)(shi)像(xiang)素(su)。這個值越大,圖像(xiang)越清(qing)(qing)晰(xi)。所謂高清(qing)(qing)、標(biao)(biao)清(qing)(qing),差異(yi)也就(jiu)體(ti)現(xian)在這里。兩者之間(jian)的分界線就(jiu)是(shi)(shi)百萬像(xiang)素(su)或720p,達到百萬像(xiang)素(su)或720p的就(jiu)是(shi)(shi)高清(qing)(qing)。基于這樣的標(biao)(biao)準,目前視頻監控市(shi)場占主流的CIF和D1都屬(shu)于標(biao)(biao)清(qing)(qing)。
無論是從分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率、顯(xian)(xian)(xian)示(shi)效(xiao)果還是流暢度來看,高(gao)清(qing)(qing)(qing)都(dou)(dou)比(bi)標清(qing)(qing)(qing)更(geng)有優勢。從分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率來看,720p的(de)(de)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率是CIF分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率的(de)(de)9倍(bei)、1080i/1080p的(de)(de)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率是CIF分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率的(de)(de)20倍(bei),在(zai)同樣的(de)(de)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)環境下(xia),高(gao)清(qing)(qing)(qing)會清(qing)(qing)(qing)晰得多(duo)。從顯(xian)(xian)(xian)示(shi)效(xiao)果來看,高(gao)清(qing)(qing)(qing)既(ji)支(zhi)持(chi)大(da)(da)屏(ping)顯(xian)(xian)(xian)示(shi),又支(zhi)持(chi)16:9寬(kuan)屏(ping)顯(xian)(xian)(xian)示(shi),可以大(da)(da)大(da)(da)增強(qiang)用戶的(de)(de)觀看體驗。從流暢度來看,高(gao)清(qing)(qing)(qing)支(zhi)持(chi)更(geng)高(gao)的(de)(de)幀率,比(bi)如(ru)720p和1080i/1080p都(dou)(dou)可以支(zhi)持(chi)60幀/秒或60場/秒,其圖像流暢度比(bi)標清(qing)(qing)(qing)要高(gao)一倍(bei)。所以,高(gao)清(qing)(qing)(qing)監(jian)(jian)控(kong)必(bi)然將(jiang)取(qu)代標清(qing)(qing)(qing)監(jian)(jian)控(kong)。
高(gao)清監控(kong)的前端為什么(me)一定是高(gao)清網絡攝像機?
我(wo)們知(zhi)道,傳統的標(biao)清監(jian)控(kong)(kong)分(fen)為模(mo)(mo)擬(ni)(ni)(ni)、數(shu)(shu)字和網(wang)(wang)絡三種(zhong)(zhong)類型。模(mo)(mo)擬(ni)(ni)(ni)監(jian)控(kong)(kong)的前(qian)(qian)端(duan)是模(mo)(mo)擬(ni)(ni)(ni)攝像機(ji),后(hou)端(duan)是矩陣。數(shu)(shu)字監(jian)控(kong)(kong)的前(qian)(qian)端(duan)也是模(mo)(mo)擬(ni)(ni)(ni)攝像機(ji),后(hou)端(duan)是DVR。網(wang)(wang)絡監(jian)控(kong)(kong)的前(qian)(qian)端(duan)有兩(liang)種(zhong)(zhong),一種(zhong)(zhong)是模(mo)(mo)擬(ni)(ni)(ni)攝像機(ji)+視頻編(bian)碼器(qi),一種(zhong)(zhong)是網(wang)(wang)絡攝像機(ji),后(hou)端(duan)是平臺。也就是說,在標(biao)清監(jian)控(kong)(kong)時代,前(qian)(qian)端(duan)有模(mo)(mo)擬(ni)(ni)(ni)攝像機(ji)、網(wang)(wang)絡攝像機(ji)、視頻編(bian)碼器(qi)+模(mo)(mo)擬(ni)(ni)(ni)攝像機(ji)等多種(zhong)(zhong)類型。
那為什么到了(le)高清(qing)(qing)監控時代,前端一定是(shi)高清(qing)(qing)網絡攝(she)像機呢(ni)?原因(yin)主要在兩個方面。
第一,高(gao)清(qing)監控一定是(shi)網(wang)(wang)絡化的(de),必然是(shi)基于視頻(pin)壓縮處理并通過IP網(wang)(wang)絡進行傳輸(shu)的(de),因為只有這樣才能控制高(gao)清(qing)視頻(pin)的(de)傳輸(shu)成(cheng)本(ben)。
采集后未經壓縮(suo)的高(gao)清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻信號(hao)(hao)有模擬(ni)(ni)(ni)和數(shu)(shu)字(zi)兩種傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)方式(shi)。模擬(ni)(ni)(ni)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)一般(ban)采用YPbPr分量傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu),一路(lu)高(gao)清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻信號(hao)(hao)需要(yao)三根同(tong)軸線纜(lan)同(tong)時傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)。數(shu)(shu)字(zi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)一般(ban)采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu),其(qi)中DVI或HDMI的傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)距離只(zhi)有幾米,不適合用于監控傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu),而HD-SDI雖可以傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)100米左(zuo)右,但對同(tong)軸電纜(lan)的要(yao)求(qiu)很高(gao),線纜(lan)的價(jia)格也非常(chang)昂貴。無論是(shi)(shi)模擬(ni)(ni)(ni)方式(shi)還是(shi)(shi)數(shu)(shu)字(zi)方式(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu),未經壓縮(suo)的高(gao)清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻信號(hao)(hao)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)成本都明顯高(gao)于以前的模擬(ni)(ni)(ni)標清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻信號(hao)(hao)。而采用視(shi)(shi)(shi)頻壓縮(suo)編碼并通過IP網(wang)絡進行(xing)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)時,高(gao)清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻與(yu)標清(qing)視(shi)(shi)(shi)頻在傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)成本上的差異很小。
第二,直接用(yong)高清網絡攝(she)像機(ji)進(jin)行(xing)前端處理(li)的效率(lv)和(he)成本比用(yong)高清視頻編碼器+高清攝(she)像機(ji)要更有優勢。
當前(qian)高清(qing)視(shi)頻(pin)傳感器以(yi)CMOS為主,CMOS傳感器直(zhi)接(jie)(jie)輸(shu)出數(shu)字化的視(shi)頻(pin)信(xin)號,在攝像(xiang)機中通過DSP或ASIC對此數(shu)字高清(qing)視(shi)頻(pin)信(xin)號直(zhi)接(jie)(jie)進行壓縮編碼,然后以(yi)網絡化方(fang)式傳輸(shu),要比攝像(xiang)機直(zhi)接(jie)(jie)輸(shu)出高清(qing)信(xin)號來得(de)經濟(ji),且處理效(xiao)率更高。
這就(jiu)是為(wei)什么目前(qian)市面上我(wo)們能夠看到的(de)所有高清監(jian)控前(qian)端都是高清網(wang)絡(luo)攝(she)像機的(de)原因。
CCD和CMOS哪(na)一個更適合(he)高(gao)清網(wang)絡攝像機?
網(wang)絡攝像機的(de)核心(xin)組成(cheng)部分(fen)(fen)有三塊:鏡(jing)頭、圖像傳(chuan)感器(qi)以及壓縮處理芯片。其中,圖像傳(chuan)感器(qi)是圖像采(cai)集(ji)處理部分(fen)(fen)的(de)核心(xin)。
圖像傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)有CMOS和CCD兩(liang)種。兩(liang)者之(zhi)間的差異大(da)家已經討論得非常多了,主要體現在(zai)靈敏(min)度(du)(du)(du)、成(cheng)本、噪(zao)聲(sheng)、功耗(hao)等幾個方面:1)在(zai)象素尺(chi)寸相(xiang)同(tong)的情況下(xia),CMOS傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的靈敏(min)度(du)(du)(du)要低于CCD傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi);2)CCD傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的成(cheng)本比(bi)(bi)CMOS傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)高(gao)(gao);3)相(xiang)同(tong)尺(chi)寸的CCD傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)分辨率通常優于CMOS傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi);4)與CCD傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)相(xiang)比(bi)(bi),CMOS傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的噪(zao)聲(sheng)更大(da);5)CCD傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)除了在(zai)電(dian)源管理電(dian)路設計上(shang)的難度(du)(du)(du)更高(gao)(gao)之(zhi)外,高(gao)(gao)驅動電(dian)壓(ya)更使其功耗(hao)遠(yuan)高(gao)(gao)于CMOS傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的水平。
在標清(qing)監控(kong)時代,無論是(shi)(shi)模(mo)擬(ni)攝(she)像(xiang)機(ji)還(huan)(huan)是(shi)(shi)標清(qing)網絡攝(she)像(xiang)機(ji),使用最(zui)(zui)廣(guang)泛的(de)是(shi)(shi)CCD。而在高清(qing)監控(kong)時代,情況將(jiang)會(hui)有所改變。高清(qing)監控(kong)對成(cheng)本非常敏(min)感(gan),CMOS傳感(gan)器盡管圖(tu)(tu)像(xiang)品質總體上還(huan)(huan)不如CCD,但它(ta)在成(cheng)本上的(de)優勢對CCD還(huan)(huan)是(shi)(shi)造成(cheng)了非常大的(de)威脅。當然(ran),兩者博弈(yi)的(de)結果最(zui)(zui)終將(jiang)由性價比決(jue)定,誰既能保證比較(jiao)好的(de)圖(tu)(tu)像(xiang)品質又不貴誰就勝出。
從目(mu)前的(de)(de)趨勢來看,CMOS勝(sheng)出的(de)(de)機(ji)會明顯更大(da)。一方面,隨著技術的(de)(de)發(fa)展,CMOS的(de)(de)靈敏(min)(min)度(du)正(zheng)在得到快速(su)改(gai)善(shan),據悉目(mu)前市場上(shang)致力(li)于CMOS研究的(de)(de)廠商已經研發(fa)出靈敏(min)(min)度(du)性能與CCD接近(jin)的(de)(de)720p與1080p專用CMOS器件。另一方面,盡管相同尺(chi)寸的(de)(de)CCD傳感器分辨率(lv)優于CMOS傳感器,但如(ru)果不(bu)考慮尺(chi)寸限(xian)制,CMOS在量(liang)(liang)率(lv)上(shang)的(de)(de)優勢可以(yi)有效克(ke)服大(da)尺(chi)寸感光原(yuan)件制造的(de)(de)困難(nan),這樣CMOS在更高分辨率(lv)下將更有優勢。另外(wai),CMOS響應(ying)速(su)度(du)比CCD快,因此更適合高清(qing)監控的(de)(de)大(da)數據量(liang)(liang)特點。
因此,盡管CCD與CMOS在不(bu)同的(de)應用場景(jing)下各有優勢(shi),但隨(sui)著(zhu)CMOS工藝和(he)技(ji)術的(de)不(bu)斷提升,以及高端CMOS價(jia)格的(de)不(bu)斷下降,未來(lai)高清網絡(luo)攝像(xiang)機將更多的(de)選(xuan)擇CMOS。
HDTV和百萬(wan)像素究竟有(you)什么差異(yi)?
前面我們提到,衡量圖像(xiang)清晰度的標準是分辨率,所謂(wei)高清,分辨率必須達(da)到百萬(wan)(wan)像(xiang)素(su)或720p。那么(me)百萬(wan)(wan)像(xiang)素(su)和720p有什么(me)差異(yi)?
720p源自(zi)美國電影電視(shi)工程師協(xie)會(SMPTE)制定的(de)HDTV標準。根據該標準,真正符合(he)高(gao)清視(shi)頻(pin)的(de)格式主要有以下三種:
l720p:1280*720分辨率,16:9寬(kuan)屏顯(xian)示(shi),逐行掃描(miao)/60Hz
l1080i:1920*1080分辨率,16:9寬屏(ping)顯示,隔行(xing)掃(sao)描/60Hz
l1080p:1920*1080分辨率,16:9寬屏顯示,逐行掃描/60Hz
此外,該標準還(huan)詳細(xi)定(ding)(ding)義了每(mei)一(yi)種分(fen)辨(bian)率所對(dui)應的幀率等數據。因此,滿足(zu)任何給定(ding)(ding)HDTV標準的高清網絡攝像機必然支持一(yi)個(ge)或(huo)多個(ge)特定(ding)(ding)分(fen)辨(bian)率、幀率以及色彩保真度,從而始終能夠確保規定(ding)(ding)的視頻質量。
而百萬像(xiang)(xiang)素(su)(su)并不是(shi)一(yi)個(ge)(ge)(ge)公(gong)認的(de)(de)(de)標準,它僅(jin)僅(jin)是(shi)代表一(yi)個(ge)(ge)(ge)行業最佳實(shi)踐的(de)(de)(de)概念,具體指的(de)(de)(de)是(shi)網(wang)絡攝像(xiang)(xiang)機的(de)(de)(de)圖像(xiang)(xiang)傳(chuan)感器(qi)元(yuan)素(su)(su)數量。也就是(shi)說,當(dang)我們聽到一(yi)個(ge)(ge)(ge)高清網(wang)絡攝像(xiang)(xiang)機說支持(chi)百萬像(xiang)(xiang)素(su)(su)、兩百萬像(xiang)(xiang)素(su)(su)或(huo)五(wu)百萬像(xiang)(xiang)素(su)(su)時,我們并不知道這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)(ge)攝像(xiang)(xiang)機的(de)(de)(de)幀率是(shi)多少、視頻寬高比如何(he)、隔行還是(shi)逐(zhu)行、色彩保真度(du)怎(zen)么樣等等,而這(zhe)(zhe)些信息同樣是(shi)衡量一(yi)個(ge)(ge)(ge)高清網(wang)絡攝像(xiang)(xiang)機性能的(de)(de)(de)重(zhong)要參照(zhao)。
因此,符合HDTV720p/1080i/1080p標準(zhun)的高清網絡攝像機毫(hao)無疑問將成為(wei)主(zhu)流。
MJPEG和H.264誰(shui)將主導高(gao)清網絡攝像機的視頻(pin)編碼(ma)?
視頻(pin)編碼是高清(qing)網絡(luo)攝(she)像機的(de)一項(xiang)關鍵參(can)數,它決定了所傳輸(shu)視頻(pin)的(de)圖像質量以及需要的(de)網絡(luo)帶寬(kuan)。我(wo)們目(mu)前看到的(de)高清(qing)網絡(luo)攝(she)像機視頻(pin)編碼標(biao)準(zhun)主要有MJPEG和(he)H.264兩種。
MJPEG(MotionJPEG)是(shi)(shi)在JPEG基礎發展起來的動(dong)態圖(tu)像壓縮技術(shu),它(ta)(ta)只單獨(du)的對某(mou)一幀(zhen)進行壓縮,而(er)基本不考慮視(shi)(shi)(shi)頻(pin)流中不同幀(zhen)之間(jian)的變化。通(tong)過此(ci)壓縮技術(shu)可獲取清晰(xi)度很高的視(shi)(shi)(shi)頻(pin)圖(tu)像,而(er)且(qie)可靈活設置每路(lu)的視(shi)(shi)(shi)頻(pin)清晰(xi)度和壓縮幀(zhen)數,并且(qie)壓縮后的畫(hua)面還可任意剪接。但它(ta)(ta)的缺陷也非常明顯:一,丟幀(zhen)現象嚴重(zhong)、實時性(xing)差,在保證(zheng)每路(lu)都必須(xu)是(shi)(shi)高清晰(xi)的前提下(xia),很難(nan)完成實時壓縮;二,壓縮效率低,傳輸帶寬和存儲空間(jian)占用大。
H.264是ITU-T和(he)ISO共同成(cheng)立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)JVT聯(lian)合視(shi)(shi)頻(pin)工作組制(zhi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)新一代視(shi)(shi)頻(pin)編(bian)(bian)碼(ma)(ma)標準,用來(lai)實現視(shi)(shi)頻(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)壓縮比、高(gao)(gao)圖像(xiang)質量、良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)網絡適應性等目標。H.264不僅比MJPEG節(jie)約了80%以(yi)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)碼(ma)(ma)率,而且對(dui)網絡傳輸具(ju)有(you)(you)更(geng)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)持功能。H.264引入了面(mian)向IP包的(de)(de)(de)(de)(de)(de)編(bian)(bian)碼(ma)(ma)機制(zhi),有(you)(you)利于(yu)網絡中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分組傳輸,支(zhi)(zhi)持網絡中(zhong)視(shi)(shi)頻(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流媒體傳輸,支(zhi)(zhi)持不同網絡資源下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分級編(bian)(bian)碼(ma)(ma)傳輸,從(cong)而獲得(de)平(ping)穩的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圖像(xiang)質量。H.264可以(yi)在更(geng)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)帶寬下實現720p、1080i/p的(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣(guang)播級高(gao)(gao)清(qing)視(shi)(shi)頻(pin)分辨率。
盡管MJPEG能夠獲(huo)得比較好的(de)單幅(fu)圖像質(zhi)量,但由于它在運動性、帶寬占(zhan)用以及(ji)存儲空間占(zhan)用方面均有致命缺陷,高(gao)清(qing)網絡攝(she)像機未來必然以H.264為主。
高清網絡攝像機能夠全面代表高清監控嗎?
對于(yu)高(gao)(gao)(gao)清(qing)而言,要真正取代標(biao)清(qing),有(you)一個重要的(de)(de)障礙(ai)需要克服,就是如何在低成本下保(bao)證方案(an)的(de)(de)完整性。根據傳統監控的(de)(de)應(ying)用特點(dian),高(gao)(gao)(gao)清(qing)只有(you)在覆蓋前端(duan)、中心管(guan)理、錄像(xiang)(xiang)存儲、解(jie)碼(ma)顯示等各個環節(jie)時才有(you)意義。而目前,我們(men)看到的(de)(de)所有(you)高(gao)(gao)(gao)清(qing)產品都僅僅停留在前端(duan),即高(gao)(gao)(gao)清(qing)網絡攝(she)像(xiang)(xiang)機,后端(duan)的(de)(de)管(guan)理、存儲、解(jie)碼(ma)都沒有(you),還(huan)無法全面推廣。
因此,對于(yu)高(gao)(gao)清(qing)監(jian)控(kong)而(er)言,只有高(gao)(gao)清(qing)網(wang)(wang)絡(luo)攝(she)像機是(shi)不夠的(de)(de)。高(gao)(gao)清(qing)網(wang)(wang)絡(luo)攝(she)像機僅僅是(shi)完(wan)成前(qian)端(duan)(duan)功能,而(er)更(geng)全(quan)(quan)面的(de)(de)高(gao)(gao)清(qing)應(ying)用還(huan)需要一系(xi)(xi)列后端(duan)(duan)部(bu)分的(de)(de)配合。科(ke)達在09年末發布的(de)(de)全(quan)(quan)高(gao)(gao)清(qing)系(xi)(xi)列產(chan)品(pin)與解(jie)決方案就率先走(zou)出了這一步,它通過高(gao)(gao)清(qing)網(wang)(wang)絡(luo)攝(she)像機、高(gao)(gao)清(qing)NVR、高(gao)(gao)清(qing)電視墻以及高(gao)(gao)清(qing)客戶端(duan)(duan)的(de)(de)全(quan)(quan)面配合,為(wei)用戶提(ti)供(gong)完(wan)整的(de)(de)端(duan)(duan)到端(duan)(duan)高(gao)(gao)清(qing)監(jian)控(kong)解(jie)決方案,同(tong)時保證系(xi)(xi)統的(de)(de)高(gao)(gao)性(xing)價比。
總結
隨(sui)著高(gao)清(qing)監控的快速發展,各種與高(gao)清(qing)攝像(xiang)機有關的概念層出不窮,而(er)通過上文提到(dao)的一(yi)系列問題,無論這些概念如(ru)何天馬(ma)行空,我們都可以保持(chi)清(qing)晰的思路,從而(er)做出準確的判斷(duan)。
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