网络高清摄像机基础认识

面对网络化的发展趋势，业内应如何调整产品发展方向？如何创新产品技术？如何推广网络摄像机的解决方案？诸如此类的问题是需要我们思考的。

从网络监控的产品和技术角度来看，主要有以下几个方面的表现最为重要：

（1）高清晰度。图像的清晰度和分辨率，图像是否足够清晰从而辨别出画面细节；

（2）高画质。图像的色彩还原是否真实、艳丽，动态效果如何，噪点控制如何，等等；

（3）高效率。视频编码的种类和选择方式，压缩效率和画面流畅度；

（4）安全性。图像传输过程中的加密，摄像机权限控制等；

（5）可靠性和耐用性。摄像机设计使用寿命年限，适应恶劣复杂环境，如极端高温低温、防水防尘的能力；

（6）高智能。摄像机不依赖后端软件而本身具有智能分析的能力，从靠人力被动监控转变为摄像机自行分析的主动监控，把管理人员从繁重的监看中解放出来；

（7）兼容性。网络摄像机应与安防系统中其他品牌、不同类别的安防产品相兼容，无缝整合工作。

本文将从以上几个方面来对目前网络监控的发展情况和高清网络摄像机具备的技术来进行阐述。

二、高清图像与传统标清图像的区别

目前，安防行业内所说的高清监控摄像机主要指分辨率为720P 与1080P两种格式的数字摄像机，其画面宽高比定义为16:9a 720P 即是1280*720分辨率，而1080P则是1920*1080，其中后缀“P”代表的是逐行扫描。对于移动目标的图像采集，相对隔行扫描，逐行扫描可以获得更好的动态图像，不会产生拖尾。因此对安防监控应用来说逐行扫描更加适合。

相对于传统的4:3图像比例，高清图像的16:9格式更适合安防监控的应用。监控场景往往是需要对大范围横向区域进行监看，比如高速公路收费站、铁路沿线、体育场馆出入检票口等，这些场所的特点都是以横向排列的方式出现在画面中，而画面顶部的天空和底部的路面往往是我们不关心的内容。所以16:9的画面可以去除这些不重要的区域，而增大我们关心的监控目标的面积。以往要用好几支模拟摄像机横向排列才能监控的区域，现在只要一只高清网络摄像机就可以覆盖，不仅提高了清晰度，也节省了成本。

三、感光器件的技术应用

众所周知，感光器件是摄像机最为核心的部件，在模拟摄像机以及标清网络摄像机中，最为广泛使用的是CCD，而CCD长期以来都在市场上占有主导地位，出货量遥遥领先。进入高清监控时代以后，CMOS 逐渐被人们所认识。CCD的特点是灵敏度高，但响应速度较低，不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式，因此高清监控摄像机普遍采用CMOS感光器件。对于相同尺寸的感光器件，像素越高，意味着每个像素的进光量越少，因此目前高清监控摄像机的突出问题是清晰度提高，灵敏度降低。幸运的是，目前已经研发出720P与1080P 专用的CMOS器件，其灵敏度性能已经与CCD接近。图1是摄像机芯片技术发展框架图。

在整个安防高清产品中。各个厂家为了提升图像效果，包括灵敏度和宽动态，特别最近开发的一项新功能——View-DR。这个功能实

际上包含了三项先进技术：高灵敏度Exmor CMOS、多次曝光宽动态技术、可视性增强（VE）技术。一般来说宽动态打开后灵敏度是会降低的，但通过开启这个功能，不仅宽动态范围超过120dB，达到超宽动态的惊人效果。而且相比传统宽动态灵敏度提升了2倍，同时对比度也增加4倍，使图像效果在低光和明暗对比强烈的环境中得到极大增强和改善（如图2所示）。

在高清监控摄像机噪点控制方面，某些安防企业已经掌握了独特的技术，即超级动态降噪技术（XDNR）。传统的降噪技术往往在噪点控制和移动物体拖尾两方面难以兼顾，噪点降低了但移动物体就会有拖尾，而移动物体边缘清晰了那噪点就会增加。目前高清摄像机的超级动态降噪技术正是平衡了这两者的关系，在降低噪点的同时也能保证移动物体的边缘清晰不拖尾（如图3所示）。这对于安防监控来说是非常关键的，因为安防主要就是关注移动物体，如人、车或其他事物等，大大提高了高清的应用。

四、高效网络传输

网络传输的性能对于网络摄像机（特别是高清机型）来说是非常重要的。因为高清摄像机比普通标清摄像机发送的图像分辨率更大、信息更多，客观上对网络提出了更高的要求。很多方面的问题诸如最大分辨率对带宽的影响、有几种编码方式、有几种码流可选、是否实时、是否支持无线网络等等都需要考虑。

目前主流的压缩格式有三种，分别是JPEG、MPEG-4、H.264。JPEG 是单帧图片的压缩，单张图片的效果最佳，但占用的网络带宽资源较大；MPEG-4和H.264是帧与帧之间的连续压缩，这是指如果监控的目标图像没有变化或变化不大时，摄像机传输的数据非常小，这样就能避免重复传输占用带宽。其中目前最流行的压缩格式H.264的压缩效率最高。这三种压缩方式各有优缺点，不能简单地说哪种更好，只能根据用户实际使用的需求来选择。H.264虽然压缩效率最高，但其对后端服务器和管理软件的解码能力和资源耗费也最大；JPEG虽然占用带宽最高，但作为存储格式的图像品质是最好的，对于后期调查

取证来说能得到最清晰的图像；MPEG-4格式通用性最强，各个品牌和型号对其支持最好，同时对后端软件系统解码资源的占用也相对较低。所以这三种编码方式各有所长，要根据实际应用来选择。

另外，输出码流是否稳定也成为影响网络传输的重要因素。如果码流不稳，造成占用带宽突然增大会造成哪些问题呢？最主要有三个方面的问题：图像出现丢帧、遗漏重要图像信息，网络阻塞引起瘫痪，网络架构和存储资源在设计时不得不考虑更多冗余造成浪费。高清网络摄像机在设计时应特别考虑到这个方面，可以使码流控制在持续稳定的水平。图4是索尼与市场同类产品的码流对比，从上部的波形图可以看出左边的波形变化是比较大的，而右边索尼机型的波形相对稳定在中心直线区域内，而从下部的柱形图可以看出，在监控场景发生重大变化时，索尼码流（绿柱）基本持平，而其他某品牌机型码流则变化达到16倍。这个变化非常大，极容易引起网络不稳、图像丢帧。