CMOS为高清监控提供低成本采集能力

　　近两年来，平安城市、金融联网等大型监控项目进行得如火如荼。人们一方面抱怨“看不清楚”，另一方面，却又对目前市场上新兴的百万像素高清网络摄像机忧心忡忡。那么，用户在百万像素高清网络监控应用上到底耿耿于怀的是什么呢？高清网络摄像机发展的现状是怎么样的呢？

　　目前百万像素高清网络摄像机是否具有良好的应用基础呢？下面笔者将为您一一剖析。

　　高清是监控发展的必然趋势

　　在当前行业市场中，有很多企业都在宣传百万像素的高清网络监控系统，而真正具备研发实力的只有少数几家，百万像素的高清网络摄像机及其配套产品目前还是一种新兴产品，很多用户都不清楚百万像素的高清到底是什么效果，他们没有高清的概念，这也难怪用户在百万像素高清网络监控上存在应用心理障碍，如：高清网络摄像机会不会不稳定、成本会不会比模拟设备高很多、带宽投入是否要成倍增加、数据量增加存储怎么解决、高清怎么显示监看、有什么样的平台来集中管理等等。我们认为，高清是监控发展的必然趋势。

　　从应用上来看，高清晰的视频图像可以为智能分析等应用的可靠性创造必要条件，并有效提升图像在安防应用中的价值。试想，如果视频图像都看不清楚，何谈智能识别与分析呢？!

　　从用户角度看，城市治安监控、交通、机场、金融等行业的用户，他们对高清视频图像有着迫切的需求，而建设投资成本这类用户是有心理准备的，用户担心的不是资金的问题，而是厂商提供的高清系统能否达到他们的期望要求。

　　高清网络摄像机可提供高清晰度的图像效果，比如基于标准H.264MainProfile压缩算法的720P高清网络摄像机图像水平解析度可达720TVL，1080P高清网络摄像机图像水平解析度可达900-1000TVL以上。高清网络摄像机不但可提供丰富的接口，还支持视频、音频、报警和云台控制信号通过网络传输，甚至设备供电都只需要一根网线(PoE方式)，极大地方便了工程安装和布线，扩充及维护也很方便。

　　CMOS为高清监控提供低成本的百万像素高清采集能力

　　目前，百万像素高清网络摄像机通常采用CMOS技术作为图像传感器。业内有一个普遍的偏见认为：CMOS技术还有其不足的地方需要完善，例如照度和信噪比处理。我们估且不讨论CMOS和CCD的优劣，当业内的部分制造商在不断地努力提升模拟摄像机的水平解析度线数到580线、600线的时候，通过编码器或DVR压缩后却依然只有三、四十万像素左右，像素要想再往上提升难度也越来越大，这不仅是成本问题，模拟信号通过BNC接口(CVBS)传输就只能达到这样的图像效果，因此，模拟摄像机是很难实现百万像素级的高清监控的。

　　CMOS到底好不好呢？很难说，因为毕竟监控上没有大规模使用过，但是市场上千万像素级的单反相机基本上都是采用CMOS传感器。而且逐行扫描的CMOS摄像机可以有效地避免隔行扫描摄像机图像的运动模糊和撕裂等问题，画面更加细腻感人。比如采用1/2.5英吋500万像素逐行扫描高分辨率图像传感器来实现720P、1080P高清，用500万像素作为百万像素(两百万像素)的信号源做后期处理，所得到的效果一定是百万像素源所无法媲美的。正是基于此，再配合优质算法和先进的滤波技术，使其IP摄像机具有卓越的图像画质。

　　对于用户关注的CMOS的照片和噪点等问题，一方面，随着国际CMOS大厂的不断改进，CMOS的效果越来越接近CCD，而且CMOS的价格远低于CCD设备。另一方面，高清网络摄像机研发厂商也在采用多种技术革新。比如采用广播级图像处理中的3A控制技术，配合自动光圈镜头，分段多级自动控制曝光、增益和白平衡，可以使图像质量达到广播级的效果。此外，工程商通过点位选择、外部补光这些技巧，可以大大减少环境对图像效果的影响。

　　随着CMOS技术的发展，以及COMS在网络摄像机中的广泛应用，CMOS将会克服照度、信噪比等的却点;并且，国外知名的CMOS提供商，已经为安防行业的应用量身订制了宽动态、强光抑制等技术CMOS感光器件，有理由相信，未来高清网络摄像机也将和模拟摄像机一样向多个细分市场发展，如大变焦一体化、低照度、宽动态等以适应不同的市场需求。

　　网络新技术的发展为百万像素高清传输提供带宽保证

　　说到高清传输的带宽占用，很多用户都喜欢以是否可在ADSL上传输作为重要的评估标准。这无疑是在中国目前网络资源条件下具有中国特色。我们通常都不认为普通ADSL的上行带宽可以让高清视频淋漓尽致地发挥。可喜的是，3G/Wi-Fi等有线/无线宽带技术的成熟和应用使大流量数据的远程传送更加方便。从另外一方面，IP摄像机厂商也在努力提升压缩率以降低码流。比如AipStar公司采用标准H.264MainProfile压缩算法的高清网络摄像机在相同码率下具有比MPEG-4倍增的画质，在同样的画面质量下，码率仅为MPEG-4的二分之一。也就是说720P实时视频仅需2Mbps、1080P全实时视频仅需4Mbsp即可达到高清晰度的广播级的图像画质。当然，低码流下能保证全实时的高清图像画质是MJPEG和MPEG4压缩方式无法比拟的。

　　随着高清晰IPTV、高清数字视频监控等多种增值多媒体服务成为运营商收入的重要来源，也对运营商构建全业务宽带网络提出新的要求。而近些年，各大运营商们都在大力发展EPON、GPON光网，这种技术能使带宽达到Gbit以上，采用EPON构建视频监控平台，除满足视频监控需求外，还符合了运营商们的“光进铜退”策略。“全球眼”等网络视频监控业务正在向高清晰图像传输的方向发展，而基于EPON的FTTH正是这一发展方向的主要基础。高清在GPON或EPON网络中将得到淋漓尽致地发挥。

　　虽然高清视频在ADSL广域网上传输有些限制，但平安城市、金融联网监控等项目通常都不会通过ADSL传输，很多用户都采用自建光纤网络或局域网络实现1000M带宽网络，这种千兆带宽资源，在前端安装上述100路1080P百万像素全实时高清摄像机(即使按每路占用资源4Mbps计算)，占用总带宽资源不到60%，如果是采用720P传输，带宽还可以减少一半，千兆网是完全可以有效支持的。因此，在网络高清项目应用时，可以在关键区域监控点安装百万像素高清摄像机，其它监控点采用基于标准H.264MainProfile的FullD1标清网络摄像机或传统的模拟+编码器模式接入。如银行金库、重要交通路口卡口大门、事故或案件多发地段可以配置百万像素高清摄像机，这样关键通道、重点场所的现场事态都有高清图像可调取。采用百万像素高清加标清的混合组网方式，既可节约设备成本，也可有效节省带宽资源，系统的实用性和经济性两者可以完美结合，充分满足了用户的性价比需求。

　　另外，主流厂商的百万像素高清网络摄像机都支持双码流技术，如支持720P+FullD1全实时双码流，从而在本地可以采用1080P、720P高清应用，远程时则以FullD1方式供远程用户调用。也就是说，虽然目前的ADSL广域网技术对百万像素高清网络摄像机尚不能大规模支持，但通过双码流等技术可以满足本地与远程用户的不同需求。

 
　　海量存储技术的发展让存储不再是百万像素高清的应用瓶颈

　　毋庸置疑，存储系统是视频监控系统中重要组成部分之一。起码从现阶段乃至今后相当长一段时期，监控的视音频数据存储下来以备检索，仍将是监控系统的主要功用之一。目前,监控数据存储主要有以下几种方式：首先，DVR本机存储是目前常采用的视频监控存储数据的方式，它采用设备内置的IDE/SATA硬盘存放视音频数据;其次，IP网络摄像机或视频服务器(编码器)内置或外置USB移动硬盘或SD/SDHC存储卡存储少量报警录像数据或报警图片。

　　按前所述，基于标准H.264压缩技术的高清网络摄像机，一路720P高清全实时图像的码流是2Mbps，录像一小时需要的存储空间大约是900M左右;而一路1080P全高清实时图像的码流是4Mbps，连续录像一小时需要的存储空间大约是1.8G左右。这基本与原来MPEG4压缩的FullD1所占用的存储空间相当，但存储的录像资料清晰度却比FullD1高数倍。通常，用户看到往往会问：一个摄像机需要这么大的存储空间么？而实质上一只百万像素的高清摄像机可以替代多个普通摄像机(如：交通道口监控)。而高分辨率的图像质量，视频的存储将变得更有价值。另外，如果能够加装智能分析模块并与时间、报警触发存储相结合，视频存储所需要的空间将大大减少。

　　对于高清网络摄像机的高清图像记录就需要网络存储系统(包括存储服务器和存储设备)。存储服务器和存储设备最主要的连接方式有DAS直连方式、NAS网络硬盘方式、SAN(FCSAN和IPSAN)存储区域网络，其中IPSAN方式采用IP架构的以太网络传输，具备良好的扩展性、共享性和较低的分摊应用成本，是目前大中型集中监控存储主要采用的技术之一。另一方面，IT上使用的主流数据硬盘容量已经TB级以上，2TB的数据硬盘也逐步走进大家的视线。1TB是什么概念呢？按每小时数据量1G计算，1TB的数据硬盘大约可存储720P的视频图像1000小时或者1000路摄像机录像1个小时的数据。

　　此外，IP摄像机厂商也通过技术优化以兼容IT行业成熟的通用存储架构。比如采用FTP协议方式存储实时视频流;采用流媒体传输协议增强公网传输稳定性;采用流媒体服务器以适应跨域多级存储需求。

　　液晶显示器成为高清视频监控新宠

　　监控行业的高清没有自己的标准，因此目前主要高清网络摄像机厂商均参照广电HDTV技术标准。国际上公认的关于高清的标准有两条：视频垂直分辨率超过720p或1080i;视频宽纵比为16：9。在过去的几年，受消费电子市场的推动，再加上CRT电视向液晶和等离子电视屏幕转变，HDTV取得了巨大的成功。目前市场上主流的液晶显示器尺寸是21.5″、24″，分辨率可达1920*1080，可以点对点兼容16：9格式的720P和1080P全高清视频显示。而液晶电视的主流尺寸是42″，也是1080P高清的标准显示尺寸。这些液晶显示器和液晶电视具有YPbPr、HDMI等高清接口，符合高清网络摄像机视频显示的要求。对于大家比较关注的液晶显示响应时间，最低的接受范围是30ms(1000÷30=33.3帧/秒，1秒=1000ms)，超过这个响应时间会出现拖尾现象。一些主流厂商的面板更可以达到16ms，甚至更高的8ms以下(1000÷8=125帧/秒)，完全足以应付25fps～30fps的图像刷新需求。

　　可喜的是，安防高清液晶监视器也紧随其后，获得了飞速的发展。一些基于DID技术的LCD液晶显示屏具备超轻薄、低功耗、高对比度，无闪烁、低成本等优点，推动了它在安防监控领域的应用，尤其目前一些大型项目的指挥中心电视墙等普遍采用。

　　由此可见，高清视频监控在显示方面已经不存在瓶颈。

　　标准的H.264压缩技术提升视频管理中心平台兼容能力

　　目前在国内监控市场上的多数监控平台系统都是基于传统的DVR和NVS(或DVS)基础架构。很多人认为这些平台要兼容百万像素级的图像管理需要花费巨大的开销。其实不然，我们认为，高清与否只是对数据量和图像解码能力提出了更高的要求，影响更多的是前端编解码设备、网络带宽和存储设备。从某种意义上说，平台对高清的支持能力与平台的架构有关，系统架构越好的产品，在新产品接入上花的代价也就越小。此外某些IP摄像机厂商也可配套提供高清视频监控管理平台。

　　现阶段主流压缩技术是标准H.264MainProfile，采用此种算法不但画质较好，码流较低，更为重要的是，标准H.264格式的录像文件可使用标准解码器解码播放(如：暴风影音、VLC、MPC、KMPlayer等)，设备通用性和兼容性有很大提高。从某种意义上可以说，标准H.264解决困扰整个安防界的录像数据文件兼容性问题。

　　对于大家普遍关心的高清视频图像解码能力问题，目前普通双核PC机基本可以解码4路720P(30fps，2Mbps码流)或1路1080P(30fps，4Mbps码流)。而现在已经有主流IP摄像机厂商配套提供的1080P、720P、FullD1全兼容硬件解码器，从而实现管理中心平台控制的高清视频解码输出。此外主流IP摄像机厂商最新技术已经可以利用显卡硬件解码核心在一台PC机上完成多路高清实时视频的解码显示。

　　综上所述，我们认为百万像素的高清网络摄像机已经具备规模应用条件。理由如下：1)前端以标准H.264MainProfile+逐行扫描CMOS完全可以实现百万像素全高清全实时双码流数字视频处理并提供多种输入输出接口;2)标准H.264压缩的较低码流完全可以使高清视频在局域网和光纤网络中传输，此为成熟技术;3)以通用数据硬盘为主要介质，以IT业成熟的存储服务器技术早已成熟;4)液晶显示器、等离子拼接墙等显示设备在高清图像显示方面也已经成熟，而且极具性价比;5)管理平台经过近两年在平安城市等大型项目应用，架构已经成熟。而且基于标准H.264的标准压缩码流，可以使管理中心平台很容易兼容百万像素高清的显示管理和控制。

　　人类的每一次进步都改变了人类的生活习惯，你可以认为原有的监控系统很稳定，却丝毫不能阻止高清网络视频监控时代的到来。不经意间，高清已经来到您的身边。我们相信，高清永无止境。