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当前页面:首页>>高清摄像头的应用和若干话题的探讨
[2011-1-29]
 
【安防知识网】高清视频监控及其产品正越来越多地充斥着我们的视野,在可见的将来,高清监控将在很大程度上对视频监控应用模式产生影响。那么,什么是高清?对高清的需求如何?高清离我们还有多远?它将走向何方?通过对这些话题的探讨,我们也许能够初步理解高清应用的本质40年来,以CCD为代表的图像传感器技术经过不断的发展、完善,形成了多种体系架构,适用于不同领域。人们对于图像分辨率的持续追求成为图像传感器技术不断革新的动力之一。这一点在消费类视频应用领域体现得尤为突出,两三年前购买的数码相机,在今天看来显得笨重且清晰度不够。动辄千万像素的图片,使得我们的家用电脑在处理时常常力不从心。
  然而在安保视频监控领域,以CIF、4CIF为主力的分辨率规格持续使用至今,图像清晰度仍然顽固地坚守在200~400TVL水平。难道是众多的视频监控产品厂商没有意识到消费领域的高清潮流吗?实际上,很多著名的监控产品厂家同时也是消费类电子产品的巨擘,凭借他们的技术实力在这两个领域中进行技术的相互转换是非常容易的。究其原因,主要还是成本的问题。传感器本身的成本、传输成本、存储成本等等,都成为制约视频监控清晰度的因素。要解决这些问题,单靠安防行业本身是不够的,需要全行业的共同提高。
  
什么是高清?
  说起高清概念,目前安防行业对它的定义还不是很统一。有时“高清”被作为相对概念提出,例如数字化视频监控技术的早期阶段,CIF分辨率被称为“标清”,4CIF则被称为“高清”,因为这几乎是模数混合系统所能提供的最高分辨率了。当监控分辨率提升到100万像素以上级别时,再使用这种相对的“高清”概念就不合时宜了。因此业界有必要进行一些约定,例如百万像素以上级别方能称为“高清”,如720P以上的分辨率规格可以提供700TVL以上的图像分辨力。百万像素以下级别的,都只能称为“标清”。这样的约定参考了数字电视中对高清的定义。另外在国际电联的ITU-RBT.1201建议中还规定了“超高清”(HRI)的若干定义,其中HRI的入门级清晰度为1920×1080,相当于200万像素级别。
  近年来,图像传感器的制造技术日趋成熟,尤其是大尺寸、高密度的传感器制造技术逐渐在成本和性能上取得平衡。在网络传输方面,以光传输系统为代表的高速网络传输技术应用日益普及,跨越较大地理范围的超高速骨干网络和局部地区的高速网络已成为常态,通过网络进行大码流的高清图像实时传输已经成为可能,而且资费还有不断下调的空间。在存储方面,硬盘的单位容量存储成本正在以惊人的速度下降,例如2005年至今,普通硬盘的单位存储成本由4年前的10元/GB左右下降到目前的0.8元/GB左右。在这样的大环境下,以高清晰度、相对较高的码率以及相对较大的录像容量为特征的高清监控应用,具备了应用基础,与普通用户的距离也越来越近了。
  近两年来,以IP摄像机为主要产品形态的高清监控产品正如雨后春笋般不断涌现。用一位用户的话来说,那就是“一夜之间,铺天盖地”。而且不单只高清采集设备,就连用于高清接入和管理的NVR、H-DVR、存储等等配套设备也已经出现且不断成熟。目前的状态对于推动高清监控应用而言,已经是万事俱备。但现在还缺一样东西,那就是需求。
  
我们是否需要高清?
  我们是否需要高清?对于这个问题,不同的人会给出不同的答案,就好像在讨论是吃橙子好还是喝橙汁好一样。中国的安防市场,需求永远是多种多样的,很难找到一种单一的共同需求。对于高清的需求也是如此,我们无法肯定所有人都需要高清。但我们注意到部分行业已经出现或正在出现对高清视频的需求,对此厂家必须提前准备好应对之策。
  例如金融行业,该行业是最早使用CCTV的行业之一,自2000年进行数字化视频监控改造,10万像素级别的CIF分辨率就一直是主流分辨率。该分辨率所能提供的图像清晰度与原来的CCTV系统基本持平。可以说,金融行业的监控系统从模拟升级到数字,清晰度却没有跟着升级。作为一个高风险行业,针对金融行业的犯罪活动从来就没有停止过,而且具有快速、突发、隐蔽的特点。如何能够在关键位置和关键时段快速、准确捕获现场的细节成为银行保卫部门的一个重要课题。而高清视频就是最直接的解决手段。近年来有部分银行已经开始探讨在监控系统中采用IP监控方案的可行性,进而为过渡到高清监控铺平了道路。
  又例如公共安全行业,主要的监控场景包括道路治安、公共场所、交通卡口等。其中卡口系统是时下较为热门的高清应用。与普通高清监控不同,电子卡口系统重点在高清抓拍,使用的抓拍摄像机在技术上与普通的高清IP摄像机没有较大的区别。除此以外,在人员密度、车流密度较大的公共场所监控应用,现阶段采用的是4CIF标清分辨率。使用该分辨率在记录事件发生经过上,信息量基本足够,但在分辨嫌疑人面部细节特征上,还有不足。作为补救,可采用高速球型摄像机来对局部画面进行放大(镜头拉近),但缺点是需要有专人操作。另外,为了提高系统的智能化程度和降低人工干预强度,系统中可能考虑适度增加一些视频智能分析技术,基于视频进行智能预警、统计和分析。而智能分析系统的精确度与画面质量、清晰度等因素息息相关,提高视频画面的分辨率,是最为简单和有效的方法。
  由上述的分析可以看到,现在的高清监控应用虽然还没有大面积铺开,但一些主要行业的需求已经浮现。除此以外,在交通、文博、文体娱乐、风景名胜、水文地质、远程展示等等专业领域,高清应用的需求也是非常广阔的。因此现阶段厂商的主要任务除了继续改善产品的设计、品质、功能等方面外,更重要的任务在于充分理解用户的需求,并在此基础上提供满足用户需求的解决方案体系,而不是单一产品。通过解决方案的合理设计,充分挖掘高清监控的应用价值,真正让用户体会到物有所值。
  
高清监控的核心设备——IP摄像机
  作为高清监控的核心设备,高清IP摄像机属于IP摄像机中的一种特殊门类。目前市场上存在着形形色色的网络摄像机,其基本的产品形态大致类似。在对它们进行区分、对比和选择时,往往感到无所适从。实际上IP摄像机尽管功能类似,但基础架构不同。据此我们可以把IP摄像机分为三代。
  第一代IP摄像机出现时间较早,几乎与DVS(视频编码器)同步出现。简单来说,它们就是模拟摄像机、编码器和网络模块的简单捆绑。视频采集模块(摄像机)向编码器模块提供D/A转换后的CVBS(复合模拟视频)信号。编码器接收到此CVBS信号后还要再进行一次A/D转换。第一代IP摄像机主要是解决联网的问题,在图像清晰度上由于受到CVBS的制约,无法突破标清分辨率。
  第二代IP摄像机出现于近几年,它省略了视频采集模块和编码模块之间的D/A和A/D转换环节,而是DSP(视频处理)到DSP(视频编码)之间的直接通讯,这种通讯是以数字信号(ITU656)的方式进行的。第二代IP摄像机主要解决的是清晰度的问题,真正意义上的高清视频监控就是从这一代IP摄像机开始的,由于不存在传统模拟视频制式的限制,第二代IP摄像机的分辨率直接取决于图像传感器的分辨率。
  第三代IP摄像机还处于酝酿期,少数掌握了IP摄像机底层软硬件技术的厂家已经在规划下一代的IP摄像机。在此阶段,IP摄像机内部的视频处理和视频编码技术更加紧密融合,图像传感器所采集的原始信息经过一次处理即可成形,减少了中间环节,图像质量更加优秀。同时利用强大的硬件处理性能,在前端直接实现智能技术。所以在此阶段,图像的分辨率已经不是唯一关注的重点,而是更加强调技术的整合(图像处理、视音频编码和智能技术)以及业务的融合(管理、传输、控制、识别)。
  从三代IP摄像机的技术发展态势,我们可以看到一条网络化、高清化、智能化的发展道路,这与视频监控技术的数字化、网络化和智能化的发展脉络是不谋而合的。可以预见,第三代IP摄像机对厂家的技术能力提出了更高的要求,对IP摄像机的市场格局必将产生相应的影响。
  如果五年前谈起高清监控,可能会被认为是一个遥不可及的目标。但今天我们已经在严肃地探讨高清监控在各行各业中的个性化应用了。可以说,我们正在经历一个承上启下的历史阶段,传统的视频监控产品和高清、智能的新一代产品并存。在这个阶段,我们更要认真地思考——我们追求高清的意义仅仅是为了视觉享受吗?还是要通过高清实现更深层次的视频监控应用?

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