高清网络摄像机的技术特点与应用瓶颈

　　
　　近年来，视频监控设备逐步从标清向高清跨进，百万高清监控以成熟的技术和逐渐合理的价格正渗透整个视频监控市场，百万高清产品也逐渐被越来越多的用户所接受，目前也出现了不少成功应用的案例。随着社会对整个城市治安监控和交通治安监控等各方面的重视，人们对系统联网、远程管理、智能分析、多级监控等要求越来越多，而模拟摄像机的局限性越来越大，网络摄像机特别是高清网络摄像机的市场需求将越来越多。一个新概念的推出必然经过各种考验，高清网络摄像机目前受到网络带宽、存储容量等限制，尚处于发展的初阶段，但高清网络摄像机始终代表的是视频监控的未来。

　　高清网络摄像机的技术应用

　　网络视频监控，区别于模拟视频监控，是通过有线或无线网络把前端网络摄像机采集的视频信号以数字化的形式来进行传输，其在视频信息的压缩、传输、存储、分析、显示及自动化处理等方面，拥有极大的优势。高清网络摄像机作为前端高清采集的来源，近几年随着高清化的呼声越来越高涨，其在技术方面也得到了突飞猛进的进步。

　　高清技术与其它新技术共同推动着高清网络摄像机的快速发展，不仅仅水平分辨率达到百万像素高清，还具备了比如宽动态、自动白平衡、数字降噪（信噪比）、背光补偿、智能分析等，在实现高清图像的同时，还为我们做更多的事情。

　　图像处理技术

　　从标清到高清监控，应首要解决的是图像处理技术问题，影响高清监控图像处理技术的因素有传感器、视频编码、视频流。

　　传感器是摄像机最核心的部件，市场上基本采用CCD或CMOS的传感芯片来成像。目前，高清监控摄像机普遍采用CMOS感光器件，其成本相对较低，芯片集成度高，处理速度快。而编码技术主要以H.264应用最为广泛，其压缩比高，可实现低带宽占用，同等画质下，H.264所占带宽比MJPEG和MPEG4要低30%左右。双码流技术也使高清网络视频监控得到了一次提速，通过主辅码流实现本地传输和远程传输两种不同带宽码流需要，使用户能在网络资源有限的情况下确保传输系统的稳定流畅。

　　低照度技术

　　低照度是指网络摄像机在光线较暗环境下的图像细节还原能力，通常是以最低照度(单位Lux)来表示，其内部主要是选用具有高感光度特征的CCD/CMOS图像传感器芯片；通过双滤光片切换机构和彩转黑方式实现日夜型图像功能；在编码过程中进行低照度图像降噪和图像增强等技术。在外部环境中主要是通过红外灯、白光灯或激光等来补光。

　　例如日夜型和彩转黑模式，采用双滤光片切换机构。在白天和光线充足条件下，使用红外截止滤光片，修正白天偏色问题，确保清晰、高品质的彩色图像。在夜间或光照低情况下，切换为另一片全透光谱滤光片，提升夜晚的亮度，以便允许捕捉明亮、高对比度的黑白图像。

　　低照度高清网络摄像机拍摄对比图

　　宽动态技术

　　高清技术与宽动态技术相结合，即使在最苛刻的光照条件下，也可捕捉到清晰、逼真的图像，不会因为阴影、眩光、反射和太阳光而使图像发暗或被破坏，得到高质量的图像，实现“有效高清”。

　　 当强光源照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。宽动态技术就是为了使场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看清楚而应用的技术。宽动态技术对视频图像中高亮区域和黑暗区域进行侦测，使摄像机在暗处获得明亮图像的同时，使明亮处不受色彩饱和度的影响，它能将在高光照处使用高速快门曝光和在低光照处使用低速快门曝光生成的图像结合从而生成合成图像，使摄像机能获得图像暗处的细节，而图像的明亮处又不过于饱和。

　　宽动态高清网络摄像机拍摄图像对比图

　　智能分析技术

　　在高清网络摄像机中嵌入智能分析功能，直接处理从芯片输出的原始图像信息，基于原始图像，实现移动侦测、丢包捡包、警戒区、周界监测、人流量/车流量监测等智能行为报警输入、输出，当行为出现异常时，触发录像、抓图、声音报警、统计记录事件、电子地图显示等，并对目标进行行动轨迹跟踪，实现个性化的智能监控。

　　目前，市场上大多数的高清网络摄像机均可满足智能视频处理功能的集成影像信号处理 (ISP) 解决方案。例如通过在前端嵌入移动侦测智能分析技术，精确地侦测和识别单个物体或多个物体的运动情况，包括其运动方向、运动特征等；同时，还能监测同一场景里多个目标的不同行为，可根据防范目标的特点进行灵活设置，包括物体的种类、大小等。当侦测与识别到是不认识的移动人体侵入时，即自动一系列报警联动，使值班人员能第一时间进行查看与处理；且由于网络视频监控不受距离的限制，可对重要报警视频的音视频资料及时上送至各级相关部门。

　　视频智能分析技术示意图

　　背光补偿技术

　　背光补偿是监控摄像机十分重要的一个因素。普通摄像机当所拍摄物体后面有强光时，会使主体画面发黑，从而只能显出轮廓，而背光补偿技术则可使摄像机能够在此种环境中拍摄时自动进行背光补足，使用户获得最清晰和最亮丽的图像。当网络摄影机感应到有背光的情况时，便会自动启动背光补偿功能，有效补偿摄像机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷，使得监控的主体目标效果色彩更清晰、细节更真实。

　　具有背光补偿功能的高清网络摄像机拍摄对比图

　　高清网络摄像机的应用瓶颈

　　 网络视频监控在近两年得到了快速的发展，用户认知程度也越来越高，高清网络摄像机也开始得到一定规模的应用，但是要得到更广泛的应用还存在着诸多客观障碍，整体高清系统在实现前端高清的同时，传输环节、后端管理环节、显示环节等都需要达到高清，否则高清网络摄像机则形同虚设。

　　网络带宽：高清对网络带宽提出了更高的要求。以目前基础的百万高清720P计算，码流约为D1的2倍，约2-4M左右，以1080P计算，码流更是D1的4倍，所需带宽达到8-10M。如果同一视频源有多个用户同时访问，占用的带宽会更大，对于小规模的高清视频监控尚可以，但是对于大工程而言，传输性能便大大降低。

　　面对高清应用的超大数据量带宽需求，3G和光纤传输开始受到关注。3G网络的高带宽优势使得高清监控质量得到极大改善，但3G网络尚不成熟，且受地域环境影响信号波动较大，不稳定；而光纤传输虽然具有容量大、传输距离远、抗干扰性强等特点，带宽可达到数G以上，但其成本过于高昂，因此加强网络带宽仍然是解决高清传输的必然途径。

　　存储容量：高清就意味着大存储！高清视频码流在全帧率的情况下达到3MB-20MB之间，录像存储容量激增，目前720P高清网络摄像机每小时视频录像数据大约为2.5GB，而1080P则会占用更大的空间，加上摄像机数量和存储时间，所需的存储容量是一个非常可怕的数字。因此，存储容量也成为制约高清网络摄像机大规模应用的一个因素。

　　高清显示：后端的高清显示设备一般分为CRT、LCD、PDP三种，受高清电视技术发展的影响，监控显示设备的高清化速度非常快。CRT器件以其亮度高、反差大、色彩还原好、图像细腻等优势，但由于受到自身重量、体积等因素影响，CRT监视器一般用于技术监看。而LCD、PDP器件由于采用逐点显示方式，没有回扫线，具有图像细腻、无闪烁现象，不易造成视觉疲劳的优势。但LCD存在亮度不高、延时等问题，PDP存在小尺寸屏幕加工困难、屏幕发热、有烧蚀等问题。在轨道交通、平安城市等大型图像联网指挥中心，大都使用DLP拼接大屏，而LCD拼接系统存在2cm左右缝技术未解决，因此在高端使用有些受限。

　　结束语

　　目前百万高清每年以高速度递增发展，百万高清迎来爆发性增长与快速普及。随着高清网络摄像机和传输设备的完善、成本的降低，高清网络摄像机及高清整体解决方案在安防监控上的应用将会越来越多。同时带智能分析功能的高清网络摄像机将会成为新亮点，也会受到更多用户的青睐。

　　百万高清的数字视频监控时代已经来临，也在逐步追求和完善。随着百万高清产品在这个网络时代的快速发展，更清楚的看到百万高清网络摄像机已经不再是概念，而是整个快速发展的视频监控市场所带来的必然产物，高清摄像机代表着监控摄像机的未来，高清监控在不久之后将会是整个视频监控行业的主导者。(作者单位：广东迅通科技股份有限公司)