淺析高清IPC技術(shù)及創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展趨勢

文/李華民

近幾年，“平安城市”、“智慧城市”、“寬帶中國”的建設(shè)，大大推進(jìn)了高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)展。根據(jù)IHS調(diào)查數(shù)據(jù)，2014-2019年，中國高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的年復(fù)合增長率將達(dá)到56.3%。預(yù)計未來幾年，高速增長的市場需求將繼續(xù)牽引產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠家的高度關(guān)注，產(chǎn)品技術(shù)及創(chuàng)新應(yīng)用將持續(xù)高速發(fā)展。

視頻編解碼技術(shù)發(fā)展

高清視頻編解碼技術(shù)是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的核心關(guān)鍵技術(shù)，可以說沒有高清視頻編解碼技術(shù)的發(fā)展，就沒有高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)今天的規(guī)模化應(yīng)用。近幾年H.264高清編解碼標(biāo)準(zhǔn)替代了幾年前普遍采用的MPEG4標(biāo)準(zhǔn)，成為業(yè)內(nèi)普遍采用的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。

受國家政策牽引及平安城市建設(shè)需求發(fā)展，國內(nèi)SVAC編碼技術(shù)將在國內(nèi)的平安城市建設(shè)中進(jìn)行推廣，但推廣過程還是需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游密切配合和同心協(xié)力。SVAC編碼標(biāo)準(zhǔn)本身也需要在保持其優(yōu)勢和特點的前提下與時俱進(jìn)發(fā)展。

盡管面臨專利費用等問題，H.265編碼一經(jīng)推出，即受到TI、安霸、海思等視頻監(jiān)控行業(yè)上游芯片廠家的青睞，預(yù)計2014年底到2015年初，適用于安防視頻監(jiān)控的H.265編碼芯片將推出樣片。當(dāng)然，H.265標(biāo)準(zhǔn)的批量應(yīng)用過程中還需要克服芯片功耗、專利費用等問題； 2003年H.264標(biāo)準(zhǔn)得到正式批準(zhǔn)到推廣應(yīng)用經(jīng)過了幾年的時間，H.265標(biāo)準(zhǔn)從正式批準(zhǔn)到推廣應(yīng)用的時間預(yù)計將比H.264標(biāo)準(zhǔn)的推廣的時間更快；隨著技術(shù)進(jìn)步和市場發(fā)展，經(jīng)過幾年時間，最終H.265有可能如當(dāng)年H.264全面替代MPEG4一樣全面替換現(xiàn)在作為主流的H.264標(biāo)準(zhǔn)。

高清圖像傳感器技術(shù)發(fā)展

高清圖像傳感器作為整個攝像機(jī)的核心部件，其性能和品質(zhì)決定了整個攝像機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)性能。目前視頻監(jiān)控用的高清圖像傳感器以100萬像素和200萬像素CMOS為主，行業(yè)內(nèi)一些廠家已推出300萬像素、500萬像素、800萬像素的產(chǎn)品。

高清圖像傳感器發(fā)展迅速，具有以下發(fā)展趨勢：

高分辨率：200萬像素的比例將進(jìn)一步提高，300萬像素、500萬像素、800萬像素乃至千萬像素的產(chǎn)品在一些特殊應(yīng)用場所已開始采用。

超低照度：隨著CMOS圖像傳感器高敏感度、暗電流控制等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，CMOS圖像傳感器的感光能力進(jìn)一步提升。大靶面高靈敏度CMOS傳感器的陸續(xù)推出和應(yīng)用將實現(xiàn)星光級低照度產(chǎn)品的應(yīng)用和推廣。

高速度：最高的輸出幀率從原有的30fps 、60fps發(fā)展至120fps甚至更高，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)更高的幀率輸出，例如60fps輸出的高清攝像機(jī)；另一方面，能以高幀率輸出能力為基礎(chǔ)利用多次曝光技術(shù)及多幀融合技術(shù)實現(xiàn)更好的寬動態(tài)性能。

CMOS取代CCD：未來兩年隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展，在高清200萬視頻監(jiān)控應(yīng)用方面，CMOS圖像傳感器以其性能、功耗、成本等優(yōu)勢，已基本取代CCD產(chǎn)品。隨著CMOS傳感器GlobalShutter技術(shù)的應(yīng)用和其性能的進(jìn)一步提升，在CCD占據(jù)主導(dǎo)地位的卡口應(yīng)用方面，CCD也有可能被CMOS取代。CCD的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步縮小。

高清一體化機(jī)芯技術(shù)發(fā)展

高清一體化機(jī)芯作為高清球機(jī)和一體化機(jī)的核心部件，前幾年一直被索尼和日立等日系廠家所壟斷，近年來，國內(nèi)有部分廠家投入力量進(jìn)行了高清國產(chǎn)機(jī)芯的開發(fā)，但其中多數(shù)廠家產(chǎn)品的圖像質(zhì)量特別是低照度下的視頻效果和聚焦速度和索尼和日立的高清機(jī)芯相比仍有差距。更重要的，大部分國內(nèi)廠家的高清一體化機(jī)芯在開發(fā)過程和出廠測試環(huán)節(jié)的極限測試不夠，導(dǎo)致工程應(yīng)用中返修率較高。國內(nèi)領(lǐng)先廠家需要重視機(jī)芯的可靠性并持續(xù)改進(jìn)，相信這些問題一定能得到優(yōu)化和解決。

機(jī)芯的光學(xué)變倍從18倍向20倍乃至30倍發(fā)展，能夠看的更遠(yuǎn)，支持30倍光學(xué)變倍的產(chǎn)品應(yīng)用增多。但超過30倍光學(xué)變倍的鏡頭由于技術(shù)及品質(zhì)控制有一定困難，且成本較高，從應(yīng)用環(huán)境而言，與30倍以下產(chǎn)品相比優(yōu)勢不明顯，未來幾年內(nèi)支持30倍以上光學(xué)變倍的高清一體化機(jī)芯的應(yīng)用意義不大。

大倍數(shù)條件下，輕微的攝像機(jī)抖動都會帶來視頻圖像的較大抖動?，F(xiàn)在有廠家開始采用電子防抖技術(shù)，但電子防抖會以犧牲圖像的分辨率為代價，而光學(xué)防抖的成本又較高，采用電子防抖及電子陀螺配合云臺控制的機(jī)電混合防抖技術(shù)能在效果和成本間實現(xiàn)較好的平衡。

紅外補(bǔ)光技術(shù)發(fā)展

目前傳統(tǒng)的LED點陣和矩陣式紅外燈并存，未來將大量應(yīng)用壽命更長、發(fā)光效率更高的矩陣式紅外補(bǔ)光。紅外補(bǔ)光技術(shù)向小型化和高功率密度方向發(fā)展。對于長距離監(jiān)控應(yīng)用，目前行業(yè)有應(yīng)用激光紅外燈作為補(bǔ)光源，從補(bǔ)光效果和功率密度等技術(shù)方面評估，激光紅外補(bǔ)光都是一種較好的方式。但其應(yīng)用需要考慮環(huán)境影響，筆者了解到歐洲等國家對于激光紅外產(chǎn)品應(yīng)用都有著嚴(yán)格的限制，建議業(yè)內(nèi)客戶和廠家不要單純的一味追求監(jiān)控距離，而忽視了其對人眼可能的傷害。筆者建議對其應(yīng)用出臺相應(yīng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，在確實需要激光紅外應(yīng)用的場所采用，并采用一定的警示標(biāo)志。

透霧技術(shù)發(fā)展

隨著國內(nèi)霧靄天氣的增多，視頻監(jiān)控效果容易受霧靄影響。平安城市及人防等高點監(jiān)控項目對透霧攝像機(jī)的需求增加。

目前業(yè)內(nèi)一般采用數(shù)字透霧技術(shù)和光學(xué)透霧技術(shù)。數(shù)字透霧技術(shù)即利用一些圖像增強(qiáng)處理算法，對霧氣下的圖像信息進(jìn)行數(shù)字增強(qiáng)處理。光學(xué)透霧技術(shù)即利用大口徑的透霧鏡頭對穿過霧氣的紅外波段光線實現(xiàn)成像。

隨著攝像機(jī)前端處理芯片的處理能力提升，數(shù)字透霧處理將從后端軟件處理向前端攝像機(jī)轉(zhuǎn)移。大口徑透霧鏡頭的紅外透過率更高，配合紅外光感度更好的傳感器將實現(xiàn)更好的光學(xué)透霧效果，大口徑透霧鏡頭的成本很高，將隨著技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)一步提升品質(zhì)，降低成本。

同時實現(xiàn)光學(xué)透霧技術(shù)與數(shù)字透霧技術(shù)的結(jié)合，取得更好的透霧效果。

基于攝像機(jī)基本光成像的原理，透霧攝像機(jī)在遇到霧和靄是有區(qū)別的：霧一般為水分子團(tuán)，顆粒較小，紅外光透過率較高，而靄一般為固體顆粒，顆粒較大，紅外光透過率較低。筆者曾經(jīng)用同一臺透霧攝像機(jī)在空氣污染較低的城市霧天環(huán)境下，看清20KM外的建筑物和車輛，而在另一個污染較嚴(yán)重的城市，3KM外都不能看清。因此要實現(xiàn)在大氣污染較嚴(yán)重的城市和地區(qū)看的更清，看的更遠(yuǎn)，不能僅寄希望于透霧技術(shù)的發(fā)展，說句題外話，還是要寄希望于城市的環(huán)境污染控制力度的提升。

網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)發(fā)展

隨著光傳輸技術(shù)發(fā)展，目前平安城市前端點位的傳輸基本上均采用光纖傳輸，而目前市場上絕大多數(shù)產(chǎn)品僅支持有線網(wǎng)口，一般通過外接ONU或者光纖收發(fā)器實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換后，實現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)接入。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前已有烽火眾智等廠家全系列網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)均支持光口，無需外接光纖收發(fā)器或ONU等設(shè)備即可直接接入光網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)真正意義的全光網(wǎng)絡(luò)傳輸，集成度更高、抗干擾更強(qiáng)。

目前國內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)已開始商用，利用4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高清視頻的傳輸成為可能。估計未來2年內(nèi)將開始運用于移動視頻監(jiān)控和臨時部署的點位監(jiān)控，但4G網(wǎng)絡(luò)的推廣和成熟需要一個過程，目前資費也較高，筆者認(rèn)為平安城市大量應(yīng)用4G進(jìn)行固定點的高清視頻監(jiān)控傳輸?shù)目赡苄圆淮蟆?/p>

智能化應(yīng)用技術(shù)發(fā)展

智能化應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀：目前只有車牌識別、移動偵測、視頻遮擋報警等前端應(yīng)用真正實用化，而其他很多前端智能視頻分析技術(shù)受準(zhǔn)確性影響及行業(yè)需求因素，離真正成熟并實用尚有一段距離。

智能視頻分析應(yīng)用的準(zhǔn)確率需要進(jìn)一步提高，只有識別率提高、誤報率進(jìn)一步降低，更多的智能分析應(yīng)用才能夠真正實用化。智能分析技術(shù)將從單機(jī)的智能分析技術(shù)向系統(tǒng)級智能應(yīng)用技術(shù)發(fā)展，如結(jié)合智能跟蹤處理技術(shù)，實現(xiàn)槍球聯(lián)動、多機(jī)聯(lián)動，實現(xiàn)系統(tǒng)級的智能化應(yīng)用。

環(huán)境適應(yīng)性及可靠性技術(shù)發(fā)展

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需滿足24小時長時間穩(wěn)定工作，特別是平安城市等室外產(chǎn)品，可靠性要求更高。目前市場上產(chǎn)品的可靠性水平現(xiàn)狀與不斷發(fā)展的市場需求還有差距。產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力及可靠性將進(jìn)一步提升，具體而言：

防雷特性將進(jìn)一步提升：防雷級別從目前市場主流的3KV、4KV向6KV、8KV發(fā)展。

電壓適應(yīng)范圍將進(jìn)一步提升：電壓波動范圍從15%，向25%甚至50%提升。溫度適應(yīng)性將進(jìn)一步提升：從主流產(chǎn)品的-10℃～60℃向-40℃～70℃發(fā)展。防水防塵等級將從IP65向IP66乃至IP67方向發(fā)展。

產(chǎn)品的可靠性做的不好的廠家可能一時賺錢，但相信在行業(yè)內(nèi)是走不遠(yuǎn)的。只有真正通過可靠性工程建設(shè)，將產(chǎn)品可靠性放在重中之重的廠家，才有可能真正成為業(yè)內(nèi)一流的廠家。

綠色節(jié)能技術(shù)發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品需要24小時連續(xù)工作，雖然單個網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的功耗一般并不高，但隨著行業(yè)應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，總耗電量仍然較大。目前業(yè)內(nèi)已開始研究采用更低功耗的芯片，降低產(chǎn)品功耗；通過采用數(shù)字電源等最新的電源技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)電源轉(zhuǎn)換的效率；在一些行業(yè)應(yīng)用中，綠色節(jié)能產(chǎn)品可智能判別事件，只在關(guān)注事件發(fā)生后，開啟所有功能模塊，而在無事件發(fā)生情況下，自動降低碼率、幀率，關(guān)閉不需要的功能模塊，實現(xiàn)盡可能降低功耗。

結(jié)合行業(yè)應(yīng)用微創(chuàng)新持續(xù)進(jìn)步

筆者認(rèn)為，未來幾年行業(yè)內(nèi)不會出現(xiàn)顛覆性的技術(shù)和應(yīng)用，同質(zhì)化競爭將持續(xù)存在。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)廠家應(yīng)追求“大同”而“小異”：“大同”即應(yīng)結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢，關(guān)注產(chǎn)品細(xì)節(jié)，持續(xù)提升產(chǎn)品品質(zhì)，走品質(zhì)化發(fā)展道路；“小異”即應(yīng)著眼于深入研究客戶需求，持續(xù)進(jìn)行微創(chuàng)新，開發(fā)滿足客戶需求的功能和特性。使產(chǎn)品始終保持差異化特性。

總而言之，“大同”的品質(zhì)化和“小異”的差異化是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)行業(yè)健康發(fā)展的兩大法寶。