淺析高清時代下的數(shù)字安防監(jiān)控

文｜天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司

當(dāng)前，數(shù)字高清不再是市場宣傳的噱頭，無論是傳統(tǒng)安防監(jiān)控研發(fā)企業(yè)還是作為數(shù)字安防監(jiān)控新秀的年輕廠家都將IP高清監(jiān)控視為企業(yè)的發(fā)展方向，并且已經(jīng)把它當(dāng)做市場推廣的重點。那么，我們該如何認(rèn)識和利用高清？

高清（High Definition）格式按照ITU（International Telegraph Union）的 定 義，是指分辨率達(dá)到720p和1080p，高寬比為16:9的視頻格式。高清格式有隔行和逐行兩種掃描方式，隔行掃描（Interlace）簡寫為I，逐行掃描（Progressive）簡寫為P。例如，1080i是指分辨率為1920×1080的隔行掃描方式，它相對于720p有更高的像素和清晰度，但是就動態(tài)畫面的流暢度而言，則是720p更勝一籌。1080p是目前市場上的主流格式中最高清晰度和流暢性的代表。

清晰度從模擬安防監(jiān)控時代就開始為人們所追求的重要技術(shù)指標(biāo)之一。可以說，攝像機清晰度從曾經(jīng)的300余線到現(xiàn)在的650線的發(fā)展，從一個側(cè)面展示了安防監(jiān)控的發(fā)展史。時至今日，模擬攝像機清晰度哪怕每一線的提升，都意味著更多的資金、技術(shù)和時間的投入，而高清攝像機從其降生的第一天起就擁有著堪比700線以上模擬攝像機的清晰度效果，兩者根本不在同一個起跑線上。而且就監(jiān)控整體構(gòu)架而言，前端攝像機的清晰度并不代表整個系統(tǒng)的最終效果，傳輸介質(zhì)作為整個系統(tǒng)中的“短板”，決定了整個系統(tǒng)的清晰度永遠(yuǎn)不超過44萬像素，無論模擬監(jiān)控前端設(shè)備的清晰度有多么高，經(jīng)過數(shù)字化處理后，由于接口的限制，整個系統(tǒng)的清晰度也會大打折扣。

在紛繁復(fù)雜的高清市場上，存在著兩種分辨率相同，價格卻相差懸殊的產(chǎn)品——使用兩種不同的感光元器件，即CCD與CMOS傳感器的產(chǎn)品。CCD與CMOS傳感器是當(dāng)前被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管（Photodiode）進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而差異主要是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同。CCD傳感器中每一行中每一個像素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出。這種方式減少了傳輸過程中總的信號損失，卻提高了制造難度。即使是有豐富CCD制造經(jīng)驗的公司，新品的一次制作成功率也很難突破50%，這也是CCD芯片價格高昂的主要原因之一。而在CMOS傳感器中，每個像素都會連接一個放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。CMOS獨特的運作方式，使其不需要單獨給每個感光元器件加電，從而擁有了更小的功耗（只有CCD芯片的1/3）。由于數(shù)據(jù)傳送方式不同，CCD與CMOS傳感器在最終市場定位上也大相徑庭，這像極了Intel公司的奔騰處理器（Pentium）與賽揚處理器（Celeron），由于二級緩存（L2 CACHE）的差別，最終分別定位于高端和低端市場的情形。CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，并且解析度高，圖像還原逼真；而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗，以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的趨勢?？梢哉f，CCD讓高清破繭而出，而真正讓高清“化蝶”的則是CMOS。

高清監(jiān)控相比傳輸數(shù)?；旌媳O(jiān)控和標(biāo)清監(jiān)控而言，最大的優(yōu)勢就是視頻圖像清晰。以標(biāo)清D1分辨率為例，高清圖像內(nèi)所包含的視頻信息是其5倍以上。在同樣的時間內(nèi)承載了更多的信息量，自然更有利于后續(xù)的分析工作。這使得高清在道路監(jiān)控和城市安防監(jiān)控上得以大顯身手。

眾所周知，無論城市安防監(jiān)控智能化分析還是電子警察、卡口系統(tǒng)，都需要視頻圖像中的待分析目標(biāo)有足夠的分辨率，而百萬像素以上的高清視頻監(jiān)控恰恰能夠滿足這一特點。那么，對于百萬像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機來說，是否越高的像素數(shù)就意味著越好的效果？答案是否定的：“適合的”才是最好的，因為監(jiān)控是一整套系統(tǒng)，其中會涉及到眾多影響最終效果的因素。

首先，對于高清監(jiān)控來說，對較高的圖像水平和實時性保證的要求必然造成前端產(chǎn)品帶寬需求的增加（如表1所示）。以采用H.264壓縮算法的720p百萬像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機為例，其監(jiān)控靜態(tài)場景時的帶寬需求一般維持在1.5Mbps，而監(jiān)控動態(tài)畫面時則需要3Mbps～4Mbps的帶寬，相當(dāng)于普通標(biāo)清D1分辨率監(jiān)控的帶寬的2倍。當(dāng)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機大規(guī)模應(yīng)用于城市安防建設(shè)中時，給整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)帶來的壓力就將明顯增大。

表1 視頻監(jiān)控帶寬需求表

此外，存儲也是高清監(jiān)控涉及的重要問題。可以說，任何形式的監(jiān)控都以監(jiān)視和存儲為首要目的，存儲的穩(wěn)定性和便捷性關(guān)系著系統(tǒng)最終的成熟度。如表2所示，標(biāo)清D1分辨率每小時的存儲容量為600MB～800MB；而高清網(wǎng)絡(luò)攝像機由于其高分辨率和高帶寬的占用，使得存儲容量在3GB左右，因此對于大規(guī)模應(yīng)用而言，IPSAN集中存儲方式和分布式NVR存儲成為了不可或缺的一部分——放眼整個安防監(jiān)控行業(yè)，高清監(jiān)控所帶來的改變已經(jīng)將DVR推向邊緣化。

表2 視頻監(jiān)控每小時存儲容量表

最后，高像素分辨率的視頻解碼，在沒有顯卡硬件加速的基礎(chǔ)上，主要消耗計算機系統(tǒng)中的CPU和內(nèi)存資源。一般來說，能同時顯示16路D1畫質(zhì)的監(jiān)控終端只能顯示4～8路720p高清視頻資源。這就是說，前端攝像機高清化將會整體拉升系統(tǒng)硬件配置，增加項目投入成本。

綜上所述，高清在帶來更加清晰的監(jiān)控效果的同時，也造成了網(wǎng)絡(luò)硬件、存儲擴展和中心服務(wù)器建設(shè)投入的增加。因此，合理的方案配置才是高清推廣的重中之重。

因此可以說，720p更適合于數(shù)字平安城市監(jiān)控，而300萬像素甚至500萬像素的監(jiān)控則更適合于道路卡口和電子警察抓拍。以天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機TC-NC9010S2-MP為例，如圖1所示，它擁有百萬像素的成像質(zhì)量，清晰度超過750線，在城市監(jiān)控報警網(wǎng)、數(shù)字化城市監(jiān)控管理方面有著良好的應(yīng)用。

圖1 天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司TC-NC9010S2-MP高清網(wǎng)絡(luò)攝像機

百萬高清監(jiān)控的規(guī)模應(yīng)用不僅意味著一種新產(chǎn)品的誕生，更預(yù)示著新的監(jiān)控時代的來臨，它最終將帶領(lǐng)整個安防產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)升級。讓我們拭目以待，迎接高清時代的到來。