淺談高清視頻監(jiān)控在智能建筑行業(yè)的應(yīng)用

萬云峰 / 周 鳴 （廣州市偉昊科技電子有限公司, 廣東 廣州 510055)

0 引言

“高清”本身是一個比較主觀的概念，是人眼對視頻圖像清晰程度的識別。高清到底是什么？究竟是清晰的畫面還是一種記錄的格式？百萬像素攝像機是不是高清攝像機？高清攝像機有哪些優(yōu)勢和劣勢？本文將與大家一起探討什么是高清攝像機以及高清視頻監(jiān)控在智能建筑行業(yè)的應(yīng)用。

1 高清視頻監(jiān)控的概念

“高清”的概念最初是由電視行業(yè)提出， 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在廣播電視行業(yè)已得到很好的應(yīng)用。然而安防行業(yè)引入“高清”的概念則遲了許多，且沒有對高清監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)做出定義，大部分廠家都在宣傳自己的“高清”。在過去的模擬視頻監(jiān)控時代，大家通常把電視線在480TVL或540TVL以上的攝像機稱為高清攝像機。然而高清攝像機不僅僅是電視線數(shù)達(dá)標(biāo)，更主要是體現(xiàn)在畫面的清晰度上，而要做到畫面的高清晰度，與寬動態(tài)、信噪比、白平衡、色彩還原、測光補償?shù)确矫媸窍⑾⑾嚓P(guān)的，要達(dá)到綜合要求才能算得上是高清攝像機。

隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)由傳統(tǒng)的模擬時代向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的演變，人們對視頻畫質(zhì)也提出了更高的要求。HDTV（High Definition Television）的應(yīng)用也逐漸擴展到了視頻監(jiān)控領(lǐng)域并得到了不斷的重視，在實際項目中也開始采用HDTV標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)SMPTE（電影電視工程師協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)，高清IP監(jiān)控系統(tǒng)要求如下：

1）分辨率需達(dá)到1280×720/逐行或1920×1080/隔行/逐行；

2）幀率需達(dá)到全幀速，即25/30fps；

3）具有更好的圖像色彩保真度；

4）16:9格式。

由此可見，百萬像素攝像機已經(jīng)達(dá)到高清攝像機的分辨率要求了，另外的關(guān)鍵指標(biāo)是是否達(dá)到實時幀率和是否具有16:9的高圖像色彩保真度效果。只有在滿足上述條件的前提下，才能稱之為高清攝像機。但是，由于目前百萬像素攝像機與高清攝像機在像素、色彩還原、長寬比、幀率的區(qū)別不是十分明顯，所以我們通常把高清攝像機與百萬像素攝像機“相提并論“，本文主要討論網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控給視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來的改變。

2 高清視頻監(jiān)控的優(yōu)勢

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安防系統(tǒng)的重要組成部分，值班人員或有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)通過電視墻、計算機等顯示設(shè)備能實時、直觀地監(jiān)看對象畫面，是作為事前防范處理和事后分析取證的一種重要手段，如今也已成為維護(hù)治安及協(xié)助公安機關(guān)破案的有效工具，但是事后錄像回放效果欠佳，難以發(fā)揮出真正的作用，因為缺乏有效的視頻監(jiān)控導(dǎo)致真相也隨之“躲貓貓”。大家應(yīng)該都有類似的印象，之前無論報紙還是電視上所播出的犯罪現(xiàn)場的監(jiān)控錄像或截圖，都像UFO照片一樣模模糊糊讓人看不清。更重要的是無法讓公安機關(guān)在最短的時間內(nèi)破案，需要耗費大量的人力物力來還原圖像。因此作為扮演著“眼睛”角色的前端攝像機，其性能的好壞及圖像質(zhì)量的高低將直接影響到實時監(jiān)看和錄像效果。

2.1 覆蓋范圍

對于視頻監(jiān)控而言，圖像清晰度無疑是最關(guān)鍵的特性。由于高清攝像機能達(dá)到更高的分辨率，其監(jiān)控覆蓋面也更廣更寬，因此一臺高清攝像機就能達(dá)到數(shù)臺普通攝像機的監(jiān)控效果?？梢杂行У乜s減系統(tǒng)規(guī)模，避免各種繁復(fù)的視頻線、控制線和電源線的鋪設(shè)，有效降低施工難度和控制成本。

2.2 圖像細(xì)節(jié)

通過使用更為先進(jìn)的感光元件，搭配逐行掃描方式可以有效解決隔行掃描帶來的梳狀模糊現(xiàn)象，以及針對移動對象獲取高清晰無鋸齒的視頻，使圖像細(xì)節(jié)更為清晰、細(xì)膩，提供更好圖像畫質(zhì)的同時也使錄像變得真正有價值。

3 高清視頻監(jiān)控面臨的問題

3.1 高帶寬

高清意味著高帶寬。高清監(jiān)控在傳輸這一環(huán)節(jié)往往受到帶寬的影響。早期的百萬像素攝像機主要壓縮方式為M-jpeg，雖然編碼方式簡單也比較成熟，但其缺點也很明顯。因其采用幀間壓縮技術(shù)，壓縮效率低。此外它的實時性差，很難完成實時壓縮，而且丟幀嚴(yán)重，如果采用高壓縮比則視頻質(zhì)量會嚴(yán)重降低。為了解決這個問題，目前主流百萬像素高清攝像機多數(shù)采用的是H.264幀內(nèi)壓縮方式，可區(qū)分每幅影像的差異而且只傳送影像不同的部分，其最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，能夠在低碼率情況下提供高質(zhì)量的視頻圖像。需要注意的是，越高效的視頻編碼算法，其對編碼壓縮芯片的處理能力要求越高，因此芯片的成本也越高。三星智能編碼算法能對人臉及自定義區(qū)域進(jìn)行高質(zhì)量圖像壓縮，非重要或變化不大的場景則使用低質(zhì)量圖像壓縮，該技術(shù)能大大節(jié)省碼流，解決海量存儲問題。

3.2 海量存儲

視頻監(jiān)控主要是視頻碼流的持續(xù)寫入，而存儲空間是與碼流成正比的，高清視頻監(jiān)控需要大量的碼流來支持其高分辨率，因此會遇到大量的存儲空間需求。目前解決海量存儲的辦法主要是通過移動偵測、設(shè)置重要時間段存儲、降低幀率、報警觸發(fā)錄像等方式相結(jié)合來滿足存儲需求。多數(shù)情況下人們往往只會看到高清攝像機“需要如此大的存儲空間”，而忽略其一臺高清攝像機覆蓋范圍就相當(dāng)于數(shù)臺標(biāo)清攝像機能覆蓋的范圍，不僅不會提高總體存儲空間，而會因其能提供優(yōu)異的圖像質(zhì)量使視頻存儲更具有真正價值。

普通標(biāo)清攝像機

三星高清攝像機

3.3 高成本

成本價格是目前高清網(wǎng)絡(luò)攝像機市場普及的最大阻力。要實現(xiàn)真正的高清視頻監(jiān)控必須從視頻源的采集、視頻信號的編碼壓縮、視頻信號的傳輸、視頻的瀏覽、錄像文件的回放等環(huán)節(jié)全面支持高清才有意義。高清系統(tǒng)對于存儲、帶寬等要求要比標(biāo)清系統(tǒng)更高，而對于眾多的普通客戶而言，成本是任何項目所必須考慮的問題，因為任何一項新技術(shù)新產(chǎn)品在投放市場之初時是比較昂貴的。因此高清的應(yīng)用還是需要因地制宜，集中在一些重要場合進(jìn)行部署。

4 高清在智能建筑行業(yè)的應(yīng)用

4.1 需求分析

相對傳統(tǒng)標(biāo)清而言，高清能帶來更優(yōu)異的圖像等各種全新的視覺體驗。然而在實際項目過程中，受制于帶寬、存儲、成本等各種因素，并不需要將整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)換成高清配置。充分考慮各種場景及環(huán)境的影像，利用原有模擬監(jiān)控系統(tǒng)搭配IP攝像機、高清攝像機，混合搭建一個完整的、性價比高的系統(tǒng)，不僅能滿足有效控制成本的需求同時也能帶來體驗高清帶來的改變。

4.2 前端

如只需對場景進(jìn)行大概的了解，如在大廳、走廊及地下停車場總體人流、車流情況，沒有對人臉、車牌識別的需求，在這樣的情況下，可以使用原有模擬或普通IP攝像機來對場景進(jìn)行總體監(jiān)看；如在一般監(jiān)看的需求上對畫面細(xì)節(jié)、清晰度有更高的要求，如對畫面中的人物和車牌進(jìn)行清晰識別則可以使用高清攝像機獲得目標(biāo)更多的細(xì)部特征。 三星SNB-7000P網(wǎng)絡(luò)高清攝像機最大支持300萬（2048×1536）像素，寬動態(tài)功能能更好的適應(yīng)各種逆光環(huán)境，通過智能編碼技術(shù)可以大大節(jié)省碼流和存儲空間，POE可大幅度減少線材的鋪設(shè)，減少安裝難度和降低工程成本；可同時傳輸多種編碼方式，支持多種不同的用途；搭配NET-i網(wǎng)絡(luò)管理平臺能不受時間、地點限制從而直接實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的目的。

寬動態(tài)關(guān)閉

寬動態(tài)打開

通過POE供電，不僅減少了復(fù)雜的布線問題還不斷地降低了安裝成本。

4.3 傳輸

采集高清畫面之后需要考慮的問題就是視頻信號的傳輸，而高清視頻對傳輸也提出了更高的要求。如果一套建設(shè)好的系統(tǒng)選用的都是能夠產(chǎn)生或處理高質(zhì)量畫面的攝像機、鏡頭、監(jiān)視器、錄像機，但是沒有良好的傳輸系統(tǒng)，最終在監(jiān)視器上看到的圖像將無法令人滿意。根據(jù)“木桶法則”，最終的圖像質(zhì)量將取決于整個系統(tǒng)中最差的一環(huán)，而這最差的一環(huán)往往就是傳輸系統(tǒng)。為了滿足高清視頻監(jiān)控的高帶寬和實時性的要求，目前主要是使用光纖+通信網(wǎng)絡(luò)兩種混合傳輸模式來解決高清帶來的高帶寬占用問題。光纖主要具有衰減小、頻帶寬、不受電磁波干擾、重量輕、保密性好等一系列優(yōu)點，通過將視頻及控制信號轉(zhuǎn)換為光信號在光纖中傳輸，是解決長距離視頻監(jiān)控高速傳輸系統(tǒng)的最佳解決方式。隨著目前網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的迅猛發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)也逐漸朝1000M甚至10000M方向發(fā)展。只有根據(jù)實際需要選擇合適的傳輸方式才能達(dá)到理想的傳輸效果。

4.4 存儲

毋庸置疑，存儲系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中重要組成部分之一。從現(xiàn)階段乃至今后相當(dāng)長一段時期，監(jiān)控的視音頻數(shù)據(jù)存儲下來以備檢索取證，仍將是監(jiān)控系統(tǒng)的主要功用之一。三星SRN-1671P網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機通過H.264/MJPEG雙編碼方式支持百萬像素分辨率的錄像及400fps下的4CIF高分辨率實時錄像。三星NET-I Ware錄像軟件更是支持64路網(wǎng)絡(luò)視頻接入并可路數(shù)擴展，搭配免費viewer瀏覽，是中小型平臺搭建的最佳選擇。

4.5 平臺

海量數(shù)據(jù)在對網(wǎng)絡(luò)提出挑戰(zhàn)的同時，對平臺的處理能力也提出了巨大的挑戰(zhàn)。面對智能建筑行業(yè)項目規(guī)模日益龐大和復(fù)雜，一個強大的支撐調(diào)度軟件必不可缺少。三星NET-i具有良好的靈活性及穩(wěn)定性，支持最大64路100Mbps網(wǎng)絡(luò)視頻存儲，可實現(xiàn)語音對講、報警聯(lián)動、圖像輪巡及圖像查詢回放等功能。

4.6 顯示

高清顯示效果必須使用大尺寸顯示設(shè)備才能表現(xiàn)出來，目前主要采用LCD、PDP、DLP 三種拼接墻技術(shù)，其中LCD 在圖像分辨率、畫面細(xì)膩度、灼屏、安裝體積、耗和后期維護(hù)成本上具有領(lǐng)先優(yōu)勢，三星UT“超視界”系列無縫液晶拼接顯示器具有超窄邊、超清晰、超高亮度、超高對比度的“四超優(yōu)

5 結(jié)語

勢”，能更好的在拼接墻上清晰展示畫面及最大程度減少觀看者的視覺盲點和視覺割裂感。鑒于一代46″超視界拼接屏的良好表現(xiàn)，更推出了32″、40″高清液晶監(jiān)視器和55″第二代超視界拼接屏，足以滿足市場需要。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是與光學(xué)、傳感、芯片、編解碼、網(wǎng)絡(luò)、存儲、電氣等技術(shù)密切相關(guān)的，任何相關(guān)技術(shù)的突破都可能帶來新的發(fā)展。而更好的畫質(zhì)和更清晰的細(xì)節(jié)勢必帶來更好的體驗，高清也是視頻監(jiān)控永恒的追求。我們相信隨著更合理的價格和更成熟的技術(shù)發(fā)展，無論你是堅守在模擬監(jiān)控時代還是對網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控持觀望狀態(tài)，高清時代的腳步已離我們越來越近了。

[1] 西剎子.安防天下——智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實踐[M]北京：清華大學(xué)出版社，2010.2

[2] 三星泰科. 三星網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用方案[M].