高清高速球的發(fā)展之路:卓越、智能、人性化

文/李意元

視頻監(jiān)控需求與經(jīng)濟(jì)水平高度相關(guān)，據(jù)權(quán)威機構(gòu)對全球視頻監(jiān)控市場增長率預(yù)測，全球市場銷售額2009年至2013年間保持11.86%的年均復(fù)合增長率，2014年整個視頻監(jiān)控市場價值將超過410億美元。中國是全球安防領(lǐng)域增長速度最快的市場之一,“十二五”期間我國安防視頻監(jiān)控市場預(yù)計將保持年均20%以上的增長速度。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，前端高清高速球憑借360°無死角監(jiān)控、快速變焦定位、定點定時巡航等其他攝像機無法具備的優(yōu)勢，快速提升其市場占有率，在平安城市治安監(jiān)控和交通監(jiān)控等需要大范圍監(jiān)控的場所中得到廣泛應(yīng)用。本文主要探討高清高速球的發(fā)展現(xiàn)狀及未來的技術(shù)發(fā)展趨勢。

高清高速球關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化技術(shù)的快速發(fā)展，普通模擬高速球機和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)清高速球機市場出現(xiàn)明顯萎縮，一些沒有掌握核心技術(shù)的企業(yè)陷入了價格戰(zhàn)。高清高速球機則憑借自身高清圖像質(zhì)量、高效編碼性能、卓越互聯(lián)互通性能、多樣化安全性保證及人性化功能設(shè)計快速占領(lǐng)市場，成為前端視頻監(jiān)控的利器。

高清圖像質(zhì)量

前端作為圖像采集的核心部分，給人眼最直觀的莫過于圖像效果。具備自主機芯研發(fā)能力的廠家均在ISP（圖像信號處理）技術(shù)上不斷優(yōu)化提升，同時通過算法和多樣化的功能來提升球機的全天監(jiān)控效果。

ISP技術(shù)主要是對攝像機傳感器輸出的原始圖像進(jìn)行處理，獲得更加接近拍攝的真實場景圖像。一方面，通過鏡頭的優(yōu)化，采用高折射率、低色散光學(xué)變焦鏡頭，配合獨特的光圈聯(lián)動技術(shù)，提供優(yōu)質(zhì)的畫面和極高的畫面解像度。另一方面，通過高清ISP技術(shù)，優(yōu)化圖像處理芯片內(nèi)部參數(shù)，提升輸出圖像的清晰度和色彩還原度。優(yōu)化色彩抑制處理，解決夜間低照度環(huán)境下彩色噪點多的問題。優(yōu)化壞點校正和固態(tài)噪聲抑制處理，使夜間輸出的圖像更加干凈細(xì)膩。優(yōu)化鈉燈和日光燈白平衡方式的處理，還原多樣化場景下的真實色彩。

圖1 ：不同ISP技術(shù)的色彩還原效果區(qū)別

攝像機ISP技術(shù)——視頻透霧

在霧霾天氣下，空氣中的液滴和固體小顆粒使戶外監(jiān)控質(zhì)量降低，圖像顯得色彩黯淡、對比度低，一些重要目標(biāo)的細(xì)節(jié)難以觀察，視頻監(jiān)控的實用性受到很大影響。實時視頻透霧原理是基于大氣透射模型，區(qū)分圖像不同區(qū)域景深與霧濃度，并進(jìn)行濾波處理，同時融合圖像增強技術(shù)與圖像復(fù)原技術(shù)，獲得準(zhǔn)確、自然的透霧圖像。目前，國內(nèi)一些領(lǐng)先的安防企業(yè)，如?？低暩咔甯咚偾驒C已具備實時視頻透霧技術(shù)，主要應(yīng)用于高速公路的交通事故易發(fā)區(qū)段、高速公路卡口等多種戶外場所。

圖2：實時視頻透霧效果區(qū)別

攝像機ISP技術(shù)——數(shù)字寬動態(tài)

當(dāng)在強光源照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對亮度較低的區(qū)域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。數(shù)字寬動態(tài)技術(shù)，通過對視頻圖像中高亮區(qū)域、黑暗區(qū)域進(jìn)行偵測，并實時的將亮區(qū)和暗區(qū)進(jìn)行曲線校正和色彩調(diào)整，避免了高對比度或背景光線較強場景下，暗區(qū)圖像丟失，亮區(qū)色彩失真的問題，在無需更換傳感器的前提下，仍可得到清晰、自然的圖像細(xì)節(jié)。

圖3：數(shù)字寬動態(tài)效果區(qū)別

攝像機ISP技術(shù)——聚焦算法

平安城市治安監(jiān)控中，夜間道路監(jiān)控對行進(jìn)中的車聚焦出現(xiàn)虛焦和交叉十字架是普遍存在的問題，當(dāng)球機鏡頭角度和點光源接近平行時，畫面效果更差。通過智能聚焦算法，優(yōu)化點光源聚焦，智能判斷圖像中亮暗區(qū)域，可做到一次性聚準(zhǔn)，同時搭配強光抑制功能，解決道路監(jiān)控點光源聚焦問題。通過運動聚焦算法，優(yōu)化對運動物體的聚焦，聚焦速度更快，聚焦精度更準(zhǔn)。

圖4：不同聚焦算法效果區(qū)別

攝像機ISP技術(shù)——3D數(shù)字降噪

夜間低照度監(jiān)控場景下，當(dāng)光線不足時，視頻監(jiān)控畫面中容易出現(xiàn)明顯的噪點，早期產(chǎn)品中，一般廠家均采用2D數(shù)字降噪技術(shù)，對傳輸?shù)膱D像信號進(jìn)行降噪處理，但是效果改善不明顯。隨著技術(shù)的發(fā)展，3D數(shù)字降噪技術(shù)在原有2D降噪的基礎(chǔ)上，加強對原始信號進(jìn)行降噪處理，采用3D時空域聯(lián)合降噪處理，結(jié)合準(zhǔn)確的噪聲強度估計算法，在光照理想、噪聲較低時圖像清晰細(xì)節(jié)沒有損傷，光照不足時噪聲明顯抑制，圖像細(xì)節(jié)大量保留，有效提升視頻監(jiān)控圖像質(zhì)量和節(jié)省碼率。

圖5：3D數(shù)字降噪效果區(qū)別

高效編碼性能

隨著球機DSP性能的不斷提升，高效編碼引擎全面開啟，目前高清高速球機可以支持標(biāo)準(zhǔn)H.264/MJPEG/MPEG4多種壓縮格式，三碼流傳輸及高性能的壓縮比使得圖像傳輸更為輕松。

高效編碼性能——三碼流

三碼流是指高清高速球可同時生成三路視頻碼流，每一路視頻流可以分別設(shè)置不同的分辨率、幀率和編碼方式，主碼流推薦用于局域網(wǎng)內(nèi)預(yù)覽及存儲。子碼流推薦用于網(wǎng)絡(luò)傳輸，通過手機進(jìn)行實時預(yù)覽。第三碼流推薦用于公網(wǎng)客戶端訪問，根據(jù)實際帶寬大小，提供從標(biāo)清到高清的分辨率可選，滿足不同網(wǎng)絡(luò)條件的終端客戶訪問需求。

高效編碼性能——低碼率

之前，制約著網(wǎng)絡(luò)高清設(shè)備普及的重要因素之一就是高清要求的傳輸帶寬和存儲空間相對于標(biāo)清來說非常大。早前基于H.264 Baseline Profile編碼壓縮方式，在保證圖像質(zhì)量的前提下，720p分辨率下的高清視頻傳輸推薦采用3～4Mbps的碼率，1080p分辨率下的高清視頻傳輸推薦采用6～8Mbps的碼率。目前隨著編碼性能的提升，高清高速球機上普遍采用H.264 High Profile的編碼格式，720p分辨率下的高清視頻傳輸推薦采用1～2Mbps的碼率，1080p分辨率下的高清視頻傳輸推薦采用2～4Mbps的碼率，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬和存儲空間均減半的改善，也切實的推動了網(wǎng)絡(luò)高清的普及。而在接下來的幾年，基于H.264改進(jìn)的H.265將后來居上，在高清高速球上實現(xiàn)H.265的壓縮編碼能力也將成為可能，H.265旨在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，滿足高清視頻監(jiān)控的需要。

高效編碼性能——ROI編碼

視頻監(jiān)控中，人們通常只對某一個特定區(qū)域感興趣，如車牌和人臉等關(guān)鍵信息。在實際監(jiān)控中經(jīng)常存在由于帶寬有限，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像整體不夠清晰，從而錯過了畫面中很多的重要信息。ROI(感興趣區(qū)域)壓縮編碼技術(shù)在圖像中對感興趣區(qū)域進(jìn)行無損壓縮或近無損壓縮，保證圖像質(zhì)量，而對背景區(qū)域進(jìn)行有損壓縮。這樣在不提高碼流的情況下，獲得視頻監(jiān)控的關(guān)鍵信息。適用于帶寬不夠的條件下依然需要看清關(guān)鍵目標(biāo)。目前一些廠家的高清高速球機上已具備該功能，后續(xù)再配合人臉檢測識別等功能，將成為未來智能的新趨勢。

卓越互聯(lián)互通性能

視頻監(jiān)控行業(yè)廠商眾多，大項目中的聯(lián)網(wǎng)高清監(jiān)控不可能出現(xiàn)一家獨大，而往往是多足鼎立的局面。所以高清高速球機需要支持通用的接入標(biāo)準(zhǔn)，通過支持國內(nèi)的接入標(biāo)準(zhǔn)GB/T28181和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議Onvif、PSIA、CGI來提升接入便利性，使組網(wǎng)變得更加靈活。

多樣化安全性保證

高清高速球機通過斷網(wǎng)續(xù)傳功能，在網(wǎng)絡(luò)斷開時啟用前端SD卡進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時，SD卡中的錄像則主動上傳至中心，確保錄像存儲安全性。通過IP地址過濾功能，根據(jù)實際應(yīng)用的需要允許或禁止部分IP地址登陸球機，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全性的保障。通過隱私遮蔽功能，劃定多個區(qū)域，多種顏色和模式可供選擇，確保監(jiān)控的合法安全性。

人性化功能設(shè)計

每個廠商的高清高速球機都具備360°無死角監(jiān)控、變焦定位的功能，但是在一些人性化的功能設(shè)計上，還是存在一定的差異，好的人性化功能設(shè)計將帶來較好的用戶體驗。通過智能運動跟蹤功能，變被動監(jiān)控為主動防御，使得監(jiān)控更為靈活有效。通過3D定位功能，快速、準(zhǔn)確捕獲細(xì)節(jié)，使得監(jiān)控跟蹤目標(biāo)顯示在畫面中心。通過守望功能，在實際應(yīng)用中降低球機監(jiān)控失效的風(fēng)險。通過定時任務(wù)功能，在復(fù)雜應(yīng)用中降低人工控制成本。

高清高速球應(yīng)用趨勢

隨著網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化技術(shù)的普及，各廠商也主動加快高速球機網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化技術(shù)的升級，不斷推出更高品質(zhì)的高清高速球。未來高清高速球?qū)⒊咔寤?、智能化和技術(shù)融合化的方向不斷發(fā)展，提升高清高速球在視頻監(jiān)控中的價值。

高清普及

目前，各廠商主流的高清高速球機的分辨率多數(shù)為720p和1080p。有些廠商推出300萬的高清球機，但是其傳輸為15fps，不適合實時視頻監(jiān)控應(yīng)用。我們需要追求更高的清晰度、更高倍率的高清高速球機，搭配更優(yōu)的低照度、更高的幀率來實現(xiàn)看得更廣、看得更清、看得更流暢的視頻監(jiān)控畫面。

智能進(jìn)入實戰(zhàn)應(yīng)用

智能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了很多年，也在實際應(yīng)用中積累了很多經(jīng)驗，智能分析的準(zhǔn)確性也是越來越高，現(xiàn)在自動跟蹤的智能技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于高清高速球上面，通過自動跟蹤功能，使得工作人員能夠從繁雜的操作過程中解脫出來，而高清高速球機可以智能的探測、跟蹤監(jiān)控目標(biāo)物體，實現(xiàn)對運動目標(biāo)的自動跟蹤、錄像、報警。后續(xù)，再配合前面提到的ROI功能和人臉檢測識別等功能，可極大提升整體監(jiān)控價值。

技術(shù)融合

高清高速球機目前僅僅是實現(xiàn)大場景監(jiān)控的功能，但是在未來則將融合更多的技術(shù)應(yīng)用。將車牌識別及頻閃燈補光等技術(shù)應(yīng)用在高清高速球上面，解決道路視頻監(jiān)控既要看清車牌又要看清區(qū)域環(huán)境的問題。將感知技術(shù)和圖像診斷技術(shù)相融合，實現(xiàn)更為有效的視頻監(jiān)控。