高清网络视频监控技术解析

　　有部分客户常常这样抱怨：一个规模很大的监控系统却在需要的时候连一个人脸都看不清楚；或者说：偏偏到了事件的重要过程，摄像机却看不清了。

　　如何传输保证质量的视频图像，成为了视频监控系统面临的重要问题。传统的模拟监控摄像机由于受NTSC/PAL制的限制，最多只能提供4CIF（约40万像素）的分辨率，往往难以保证足够的图像细节，有限的甚至缺乏的视频分析能力也很难为监控人员提供足够清晰的图像细节。而若要保证视频图像细节的清晰度，则摄像机的监控范围又会受到限制，这往往就意味着需要增加更多摄像机才能保证监控的有效覆盖范围。如何做到图像细节和监控覆盖范围二者兼顾兼得，是传统模拟监控系统遇到的一大挑战。

　　网络视频监控具有更高的图像高分辨率，安装部署便捷，支持PoE，节省线缆，轻松实现远程监控访问，嵌入式智能分析功能，灵活性和扩展性强以及开放性良好等传统模拟监控系统所不具备的优势。其中，网络视频监控可以获得高清高分辨率的图像，这无疑提供了更多的图像细节，以更清晰地识别人脸、物体，以获得更为全面的视频信息，这一点成为网络视频监控的一大发展趋势和优势所在。

　　纵观工业科技的发展历程，如电话、电视、计算机等科技，推动其前生的主要驱动力是消费品市场的需求和发展。

　　目前，TV市场正迅速向高清电视（HDTV）发展，这种变化显著改善了图像质量和色彩保真度。与传统模拟TV相比，HDTV的分辨率最高可达到前者的五倍，线性分辨率可达到前者的两倍。此外，HDTV还具有宽屏格式和DVD质量音频。

　　高清与百万像素的区别

　　随着客户纷纷要求更高图像质量标准，这种发展已往开始影响视频监控市场。更清晰、更逼真的图像正是监控行业长期苦苦追寻的，尤其是在那些具有移动对象或精确识别至关重要的行业应用中。

　　值得注意的是，在视频监控领域尤其是网络视频监控领域，一个经常听到的技术名词叫“百万像素”，而百万像素的网络摄像机可以满足其中的一些要求。然而，“百万像素”概念并不是一个公认标准，只是行业采用的一个最佳实践，它具体指数字摄像机的图像传感器元素的数量。由于高分辨率往往伴随着大量的图像数据，这常常会影响帧速率。 因此，百万像素摄像机通常强调的是图像的分辨率，而在图像的帧速上往往达不到实时的要求（25/30fps）。所以，仅仅强调百万像素，甚至将高清与百万像素等同起来，是目前监控行业常见的误区。

　　相比之下，满足任何给定HDTV 标准的网络摄像机一定能够提供某种分辨率、帧速率和色彩保真度，从而始终确保视频质量。

　　HDTV标准不仅定义了分辨率的要求（720P，1080i/P），同时也定义了全帧速的要求（25/30fps），以及色彩保真度的要求。并且，HDTV还定义了16:9的宽屏格式。

 　　高清的标准化和格式

　　MPEG-1压缩标准的引入为数字TV奠定了基础，并且刺激了现代TV标准在全球范围内的开发。

　　当今，最重要的HDTV标准机构是美国电影电视工程师协会（SMPTE）。该组织是电影、电视、视频和多媒体的标准开发和权威实践领域公认的全球领导者，目前已定义了两个最重要的标准：SMPTE 296M与SMPTE 274M。

　　从根本上说，SMPTE 296M定义了采用逐行扫描的1280x720像素分辨率，而SMPTE 274M定义了采用隔行或逐行扫描的1920x1080像素分辨率。

　　有了诸如MPEG-2与H.264的数字压缩方法，一条模拟TV频道的带宽足以传输高达5个常规数字TV频道，或使用逐行扫描的2个HDTV频道。

　　HDTV通常采用16:9的宽屏纵横比，以及带有逐行扫描的1920像素水平分辨率。因此，这就实现了2,073,600 (1920x1080)像素的帧分辨率。帧速率可以变化，而且在字母p后指定，例如：1080p30或1080p50。

　　其他HDTV格式为1080i与720p。屏幕纵横比对所有三种格式都是一样的，即16:9。1080i用隔行扫描显示1920x1080行，而720p用逐行扫描显示1280x720 (921,600)像素。

　　高清技术在视频监控领域的应用

　　毫无疑问，高清（HDTV）的引入对于视频监控领域进入一个崭新的阶段具有十分重要的里程碑意义。

　　采用逐行扫描时，具有HDTV性能的网络摄像机实现了真色彩表示和清晰的图像，即使对象快速移动。这使得HDTV成为那些需要更多图像细节的监控场所最具吸引力的一个解决方案。

　　这种质量发展是人们一直苦苦追寻的目标，然而直到视频压缩技术发展到一定水平时才得以实现。H.264标准是一个需要许可证才能使用的开放标准，可降低数字音频文件的大小，同时不会影响图像质量。与Motion JPEG格式相比，数字音频文件的大小可减小80%，而与MPEG-4 Part 2相比，可减小50%。 由于其灵活性以及带宽和存储的经济性，H.264有望比以前的压缩标准采用范围更广泛。H.264是在视频监控中引入HDTV的先决条件。同时，有效的压缩实现了高分辨率、高帧速率和16:9屏幕纵横比。

 　　在以往，高分辨率、高质量的图像需要消耗更多的摄像机图像芯片的处理资源，因此，受制于有限的摄像机芯片处理能力，相对算法简单的M-JPEG成为高分辨率摄像机的压缩算法，然后带来非常高的视频占用带宽，甚至高达20Mbps~30Mbps；而随着芯片技术的迅猛发展，实现了高效的H.264压缩技术与HDTV高清视频的结合，则完全将高清视频所需的带宽控制在完全可以接受的范围内，这也使高清监控的可用性大大提高。

　　用户可以选择从不同的角度在高清视频监控中获益。首先，16:9的宽屏格式使得视频监控的有效覆盖范围大大提高，如果将4:3纵宽比的传统摄像机安装在走道或出入口的吊顶上，则近1/3的监控区域对着天花板这样的无效监控区域，而真正覆盖走道或门的区域则只剩下2/3；相反，16:9宽屏格式的摄像机则有效提高了摄像机在横向上的覆盖范围，提高摄像机的有效监控区域。

　　另外，也可以灵活运用摄像机图像的旋转，提高诸如道路监控的有效监控范围。

　　从像素的角度分析，高清摄像机也大大提高了视频图像的清晰度和单位面积的像素覆盖。以人脸的识别为例，从像素的角度来说，一张相对清晰的人脸在水平上需占用约60－80个像素，而选用高清的网络摄像机却可以使用2－3倍的像素来描述一个相同的物体，这无疑大大提高了图像的清晰度，提供了更多的细节信息，这对于识别物体、人脸甚至事件过程都有极大的帮助。

　　另一方面，高清网络摄像机在不损失图像清晰度的条件下可以扩大视频图像的覆盖范围。例如，一台1080p的网络摄像机可以覆盖一个相当于4个普通摄像机所覆盖的监控区域。从这一角度来说，高清监控技术的使用也可以帮助用户在保证图像质量的前提下减少摄像机的数量，从而大大降低监控成本。

　　结束语

　　衡量视频监控系统性能的一个重要标准就是图像质量或者图像清晰度。未来，视频监控的发展无疑将朝着更高分辨率、更清晰图像效果的方向前进，而芯片技术、压缩技术的发展则必将推动高清技术的进一步革新。（本文由安讯士网络通讯有限公司提供）

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