高清網絡攝像機存在的幾大基本問題
閱讀：4222發布時間：2015-9-7
高清監控的基礎是前端，即高清網絡攝像機，只有在這個環節實現了高清，才能在存儲、顯示、瀏覽等其他環節實現高清。我們將與您一起探討與高清網絡攝像機有關的幾個基本問題。
什么是高清監控？
對于視頻監控而言，圖像清晰度無疑是zui關鍵的特性。圖像越清晰，細節越明顯，觀看體驗越好，智能等應用業務的準確度也越高。所以圖像清晰度是視頻監控永恒的追求。
衡量圖像清晰度的標準是分辨率，單位是像素。這個值越大，圖像越清晰。所謂高清、標清，差異也就體現在這里。兩者之間的分界線就是百萬像素或720p，達到百萬像素或720p的就是高清。基于這樣的標準，目前視頻監控市場占主流的CIF和D1都屬于標清。
無論是從分辨率、顯示效果還是流暢度來看，高清都比標清更有優勢。從分辨率來看，720p的分辨是CIF分辨率的9倍、1080i/1080p的分辨率是CIF分辨率的20倍，在同樣的顯示環境下，高清會清晰多。從顯示效果來看，高清既支持大屏顯示，又支持16:9寬屏顯示，可以大大增強用戶的觀看體驗。從流暢度來看，高清支持更高的幀率，比如720p和1080i/1080p都可以支持60幀/秒或60場/秒，其圖像流暢度比標清要高一倍。所以，高清監控必然將取代標清監控。
高清監控的前端為什么一定是高清網絡攝像機？
我們知道，傳統的標清監控分為模擬、數字和網絡三種類型。模擬監控的前端是模擬攝像機，后端是矩陣。數字監控的前端也是模擬攝像機，后端是DVR。網絡監控的前端有兩種，一種是模擬攝像機+視頻編碼器，一種是網絡攝像機，后端是平臺。也就是說，在標清監控時代，前端有模擬攝像機、網絡攝像機、視頻編碼器+模擬攝像機等多種類型。
那為什么到了高清監控時代，前端一定是高清網絡攝像機呢？原因主要在兩個方面。
*，高清監控一定是網絡化的，必然是基于視頻壓縮處理并通過IP網絡進行傳輸的，因為只有這樣才能控制高清視頻的傳輸成本。
采集后未經壓縮的高清視頻信號有模擬和數字兩種傳輸方式。模擬傳輸一般采用YPbPr分量傳輸，一路高清視頻信號需要三根同軸線纜同時傳輸。數字傳輸一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI傳輸，其中DVI或HDMI的傳輸距離只有幾米，不適合用于監控傳輸，而HD-SDI雖可以傳輸100米左右，但對同軸電纜的要求很高，線纜的價格也非常昂貴。無論是模擬方式還是數字方式傳輸，未經壓縮的高清視頻信號傳輸成本都明顯高于以前的模擬標清視頻信號。而采用視頻壓縮編碼并通過IP網絡進行傳輸時，高清視頻與標清視頻在傳輸成本上的差異很小。
第二，直接用高清網絡攝像機進行前端處理的效率和成本比用高清視頻編碼器+高清攝像機要更有優勢。
當前高清視頻傳感器以CMOS為主，CMOS傳感器直接輸出數字化的視頻信號，在攝像機中通過DSP或ASIC對此數字高清視頻信號直接進行壓縮編碼，然后以網絡化方式傳輸，要比攝像機直接輸出高清信號來得經濟，且處理效率更高。
這就是為什么目前市面上我們能夠看到的所有高清監控前端都是高清網絡攝像機的原因。
CCD和CMOS哪一個更適合高清網絡攝像機？
網絡攝像機的核心組成部分有三塊：鏡頭、圖像傳感器以及壓縮處理芯片。其中，圖像傳感器是圖像采集處理部分的核心。
圖像傳感器有CMOS和CCD兩種。兩者之間的差異大家已經討論得非常多了，主要體現在靈敏度、成本、噪聲、功耗等幾個方面：1）在象素尺寸相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器；2）CCD傳感器的成本比CMOS傳感器高；3）相同尺寸的CCD傳感器分辨率通常優于CMOS傳感器；4）與CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪聲更大；5）CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外，高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。
在標清監控時代，無論是模擬攝像機還是標清網絡攝像機，使用zui廣泛的是CCD。而在高清監控時代，情況將會有所改變。高清監控對成本非常敏感，CMOS傳感器盡管圖像品質總體上還不如CCD，但它在成本上的優勢對CCD還是造成了非常大的威脅。當然，兩者博弈的結果zui終將由性價比決定，誰既能保證比較好的圖像品質又不貴誰就勝出。
從目前的趨勢來看，CMOS勝出的機會明顯更大。一方面，隨著技術的發展，CMOS的靈敏度正在得到快速改善，據悉目前市場上致力于CMOS研究的廠商已經研發出靈敏度性能與CCD接近的720p與1080pCMOS器件。另一方面，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在量率上的優勢可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優勢。另外，CMOS響應速度比CCD快，因此更適合高清監控的大數據量特點。
因此，盡管CCD與CMOS在不同的應用場景下各有優勢，但隨著CMOS工藝和技術的不斷提升，以及CMOS價格的不斷下降，未來高清網絡攝像機將更多的選擇CMOS。
HDTV和百萬像素究竟有什么差異？
前面我們提到，衡量圖像清晰度的標準是分辨率，所謂高清，分辨率必須達到百萬像素或720p。那么百萬像素和720p有什么差異？
720p源自美國電影電視工程師協會（SMPTE）制定的HDTV標準。根據該標準，真正符合高清視頻的格式主要有以下三種：
l720p：1280*720分辨率，16:9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz
l1080i：1920*1080分辨率，16:9寬屏顯示，隔行掃描/60Hz
l1080p：1920*1080分辨率，16:9寬屏顯示，逐行掃描/60Hz
此外，該標準還詳細定義了每一種分辨率所對應的幀率等數據。因此，滿足任何給定HDTV標準的高清網絡攝像機必然支持一個或多個特定分辨率、幀率以及色彩保真度，從而始終能夠確保規定的視頻質量。
而百萬像素并不是一個*的標準，它僅僅是代表一個行業*實踐的概念，具體指的是網絡攝像機的圖像傳感器元素數量。也就是說，當我們聽到一個高清網絡攝像機說支持百萬像素、兩百萬像素或五百萬像素時，我們并不知道這個攝像機的幀率是多少、視頻寬高比如何、隔行還是逐行、色彩保真度怎么樣等等，而這些信息同樣是衡量一個高清網絡攝像機性能的重要參照。
因此，符合HDTV720p/1080i/1080p標準的高清網絡攝像機毫無疑問將成為主流。
MJPEG和H.264誰將主導高清網絡攝像機的視頻編碼？
視頻編碼是高清網絡攝像機的一項關鍵參數，它決定了所傳輸視頻的圖像質量以及需要的網絡帶寬。我們目前看到的高清網絡攝像機視頻編碼標準主要有MJPEG和H.264兩種。
MJPEG（MotionJPEG）是在JPEG基礎發展起來的動態圖像壓縮技術，它只單獨的對某一幀進行壓縮，而基本不考慮視頻流中不同幀之間的變化。通過此壓縮技術可獲取清晰度很高的視頻圖像，而且可靈活設置每路的視頻清晰度和壓縮幀數，并且壓縮后的畫面還可任意剪接。但它的缺陷也非常明顯：一，丟幀現象嚴重、實時性差，在保證每路都必須是高清晰的前提下，很難完成實時壓縮；二，壓縮效率低，傳輸帶寬和存儲空間占用大。
H.264是ITU-T和ISO共同成立的JVT聯合視頻工作組制定的新一代視頻編碼標準，用來實現視頻的高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等目標。H.264不僅比MJPEG節約了80％以上的碼率，而且對網絡傳輸具有更好的支持功能。H.264引入了面向IP包的編碼機制，有利于網絡中的分組傳輸，支持網絡中視頻的流媒體傳輸，支持不同網絡資源下的分級編碼傳輸，從而獲得平穩的圖像質量。H.264可以在更低的帶寬下實現720、1080i/p的廣播級高清視頻分辨率。
盡管MJPEG能夠獲得比較好的單幅圖像質量，但由于它在運動性、帶寬占用以及存儲空間占用方面均有致命缺陷，高清網絡攝像機未來必然以H.264為主。
高清網絡攝像機能夠全面代表高清監控嗎？
對于高清而言，要真正取代標清，有一個重要的障礙需要克服，就是如何在低成本下保證方案的完整性。根據傳統監控的應用特點，高清只有在覆蓋前端、中心管理、錄像存儲、解碼顯示等各個環節時才有意義。而目前，我們看到的所有高清產品都僅僅停留在前端，即高清網絡攝像機，后端的管理、存儲、解碼都沒有，還無法全面推廣。
因此，對于高清監控而言，只有高清網絡攝像機是不夠的。高清網絡攝像機僅僅是完成前端功能，而更全面的高清應用還需要一系列后端部分的配合。科達在09年末發布的全高清系列產品與解決方案就走出了這一步，它通過高清網絡攝像機、高清NVR、高清電視墻以及高清客戶端的全面配合，為用戶提供完整的端到端高清監控解決方案，同時保證系統的高性價比。
