全面剖析高清百萬像素網絡攝像機技術

    在這個“高清”橫行的時代，隨處可以看見冠以高清“頭銜”的產品，那到底什么是高清？什么又是百萬像素網絡攝像機呢？

    高清百萬像素網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，可被理解為高清產品中百萬像素級別。

    一般百萬像素網絡攝像機較傳統(tǒng)模擬攝像機、普通網絡攝像機具如下優(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)轉換器芯片轉換成數(shù)字信號不進行任何壓縮編碼在網絡上傳輸，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，代表產品如ProsilicaGC-Series系列、Baslerscout系列高清百萬像素網絡攝像機；另外一種為編碼傳輸。

    網絡攝像機編碼壓縮方式

    今網絡攝像機編碼壓縮方式主要有：

    JPEG、MJPEG

    JPEG壓縮技術可以說是所有圖像壓縮技術的基礎。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，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，它采取漸層式技術，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)等領域，其對傳輸速率要求較低，一般在4800-64000bits/sec之間。這項技術利用很窄的帶寬，通過幀重建技術，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域：數(shù)字電視、交互式的圖形應用(包括內容上的合成技術)、交互式多媒體領域。MPEG-4提供了標準的技術使其能被整合到產品、分類、內容訪問等過程中去。

    MPEG4在網絡視頻監(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、占用網絡傳輸帶寬少：由于壓縮比是同質量的MPEG1和MJEPG的十倍多，所以網絡傳輸時占用的帶寬是同質量的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已經無法播放，而MPEG4只會有輕微的邊緣模糊；再如當網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、圖像質量高：可以達到接近DVD的效果；

    5、可變帶寬：網絡輸出速率從56K--384K可調。

    國內、外大部分百萬像素網絡攝像機產品(如AXIS)一般使用MJPEG/MPEG-4視頻流編碼傳輸。

    高清百萬像素網絡攝像機選購要點

    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，經過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經濟。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，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。

    高清百萬像素網絡攝像機應屬當前數(shù)字視頻產品中比較領先的，質量高、功能全，應該屬于業(yè)內高端產品。但此類攝像機因為有網絡資源占用、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。

    高清百萬像素網絡攝像機選購要點

    從當前市場推出的高清百萬像素網絡攝像機來看，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量，但仍然對其在如此高圖象質量下的圖像連續(xù)性和傳輸所需的帶寬產生疑惑。因此這類產品在選擇時需要注意如下幾點：

    1、確切了解高質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，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優(yōu)點；

    4、充分考察此類產品在低照度環(huán)境下的實際表現(xiàn)，尤其是廠商采用何種技術來補償?shù)驼斩认碌某上瘢?/P>

    5、考察此類產品的軟件功能及SDK技術支持，以便與其它系統(tǒng)或其它設備兼容使用。

    結語

    隨著國際市場和國內市場對于監(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絡攝像機等高清技術與產品的快速普及。