安防视频监控技术动态及发展趋势

中国安全防范产品行业协会专家委员会陈朝武史彦林

资料来源：中国安防行业网

视频安防监控技术在“平安城市”、“和谐社会建设”中发挥着越来越重要的作用。近年来，视频安防监控技术的更新换代、新技术的更迭以及未来的发展越来越受到各界的高度重视。高清视频技术、视频编解码技术、视频存储技术、智能视频分析技术、IP网络技术成为当前视频技术发展的主要方面。未来几年，视频监控系统建设的主题是整合：实现不同平台和系统之间的互联、互通、互控。

一、视频采集技术

（一）图像传感器件

目前的安防应用中，多采用CCD和CMOS两种图像传感器。CCD传感器以其成像质量好，灵敏度高、信噪比高以及技术成熟的优势，经历30年应用经久不衰。而CMOS传感器因其成本低廉、体积小、功耗低、动态范围大，倍受网络摄像机、手机、数码相机制造商的亲睐。目前，CCD传感器的代表厂家有SONY、SHARP、Pansonic、PHILIPS、FUJI、KODA等，CMOS传感器的代表厂家有Aptina、Omnivision、PixelCam等。

日本Nikon公司于2003年发布的LBCAST JFET图像传感器，融合了CCD成像质量好与CMOS低功耗的优势，具有瞬时启动、高灵敏度、高分辨率、低功耗、成品率高和低噪声等特色。在LBCAST JFET中，提取像素数据的晶体管是JFET（结型场效应管）而非CMOS中的MOSFET（绝缘栅型场效应管），并且每个像素中都包含一对电荷积累部分与检测放大用的JFET晶体管，可实现光电转换、存储和放大。LBCAST JFET 图像传感器更适合于新闻报道、体育摄影等高速拍摄场合。

荷兰Delft技术学院的Edoardo Charbon带领的研究小组开发出了一种名为Gigavision的新成像技术，这种成像技术能直接输出数字图像。研究发现，如果将光线照射在芯片上，那么芯片中的每一个存储单元便能将光能转换为充电电能存储在单元内部。这种技术的优势在于能直接生成数字化的影像信息，无需使用模-数转换芯片，这样便能大大简化周边元件的数量和设计，非常有利于分辨率的进一步提升，据称分辨率可以提升到现有的100倍左右。

由于使用这种技术制成的感光像素尺寸极小，因此其感光性并不高（像素尺寸越大，感光性便越好）；其次，由于采取数字化存储方式，因此每个像素单元只能记录1/0两种信息，而无法像CCD那样储存灰度等信息。目前Charbon的团队采用过度取样的方法来解决这个问题，对彼此相邻的100个像素的图像信息作求取平均值的计算，以此得到灰度信息，事实证明这种做法还是比较可行的。另外，在低光照度或较高光照度的条件下Gigavision的表现也比传统CCD方案要优越。当然，要想看到基于这种技术的一亿像素级别的摄像头上市还需要耐心等待一段时间。

（二）摄像机

摄像机、镜头一体机及快球，具有自动聚焦功能的摄像机成为了视频安防应用的主流；快球是一体化摄像机与云台的结合体，与传统摄像机相比，一体机体积小、监控范围广、性价比高，可免除手动调焦的麻烦。分辨率在600线、照度为0.001Lux、40倍光学变焦、具有智能分析功能的宽动态的日夜型摄像机正投放市场，球机及一体机的需求向多样化发展，以适应不同客户的个性化需求。

近年来，随着摄像机芯片技术、编解码技术及高速宽带网络、海量存储技术的不断发展，高清视频正在成为监控技术发展的方向之一。高清摄像机通常以CMOS为感光器件，采用MPEG4编码算法，高端的采用标准H.264算法，显示分辨率可达到720P（1280*720）或1080P（）水平。基于标准H.264 Main Profile算法的百万像素网络摄像机一般采用500万像素的逐行扫描图像传感器，支持高清模拟输出，清晰度可以达到720TVL的广播级图像画质。由于采用标准H.264压缩，录像文件可使用标准解码器解码，

支持常用播放软件直接播放。在相同码率下具有比MPEG-4倍增的画质，或在同样的画面质量下，码率仅为MPEG-4的二分之一。目前已开始出现130万、200万、300万、500万甚至1000万像素的高清摄像机，体现了视频高清化的一种主流趋势。同时，传输、存储技术的不断发展也会促进高清视频的大范围应用，高清摄像机、红外热成像仪的开发和应用，对镜头的种类及性能提出了更高的要求。

网络摄像机有关的视频编解码技术、网络技术、视频监控管理平台技术，国内都已发展较成熟，可以说与国外处于同等水平。虽然网络摄像机是一种趋势，但目前仍存在着编码方式不统一、对带宽要求较高等问题，模拟摄像机与网络摄像机必然在很长一段时间内共同存在，因此网络摄像机与目前DVR、DVS系统兼容就显得格外重要，这需要一个开放的视频软件平台支撑，这也是目前制约网络摄像机发展的一个重要因素。随着安防监控的深入，规模的扩大，传统的监控显然很难适应日益膨胀的信息检索需求，智能监控发展势不可挡。

（三）前端配套设备

镜头与摄像机配合，可以将远距离目标成像在CCD的靶面上，根据环境的照度来选择镜头的光圈大小，根据观察距离决定镜头的焦距，镜头的质量直接影响监视画面的效果。近年来镜头的变化主要体现在一体化摄像机上，它能实现镜头的自动聚焦和对焦距的控制。

防护罩用于保护摄像系统工作的可靠性，延长使用寿命还可防止对摄像系统人为破坏。摄像机安装在恶劣的环境下，不仅具有高度密封、耐高寒、耐酷热、抗风沙、防雨雪等特点，还应具备防砸、抗冲击、防腐蚀等功能。由于视频监控系统的应用范围不断扩大，如燃油储备库、火药储备库，煤矿井下作业隔爆防护、水下监视等都需要特殊结构的防护罩和云台。

解码器是把监控中心矩阵、DVR传送过来的控制信号进行解码，并驱动摄像机镜头和云台等运动功能。解码器与防护罩、云台一体化是近年来发展的趋势，单独使用解码器的应用方式已不多见。

二、传输系统

视频信号最基本的传输方式主要有同轴电缆传输、光纤传输、无线传输、视频信号调制成高频共缆传输、网络数字传输和双绞线传输等，同轴电缆基带传输仍然是模拟视频信号的常用传输方式。由于基带传输方式其衰减信号强度与线缆长度成正比关系，因此线缆越长衰减越大，主要应用于传输距离在300米以内的视频系统内。无线传输系统往往应用于临时架设或作为有线传输系统的补充。

光纤传输低损耗、低色散、高带宽的诸多优点，为视频信号的多路数、长距离、高质量传输提供了解决途径。现在几十路摄像机以上规模的视频安防监控系统基本上都以光纤作为图像传输的主干路由。光器件的发展使光端机的种类更加丰富，传输性能不断提高。据报道，现在的节点型光端机可以在一条单模光纤内以数字方式同时传送64路至288路视频图像信号。

网络带宽发展迅速，千兆网络已经普及，万兆带宽的网络设备也已经产品化。端口带宽的急速发展和快速普及为视频信号传输提了优良的传输平台。遍布全球的互联网络可以满足复杂的大型监控系统的组网要求，是最大IP网络应用实例。随着IT技术与安防技术的融合，以城市监控报警联网系统为代表的广域、城域监控系统，都是建立在网络传输架构上。

目前，基于局域和城域范围数字无线网络内已形成了许多国际标准。主要的无线传输技术有802.11系列的WLAN技术、WI MAX，数字集群技术，3G技术、传统微波传输等。尤其是备受关注的3G技术更为引人注目，随着3G网络的逐步建成和普及，3G的数据传输能力大为提高，已经具备了传输视频信号的带宽能力。国内应用的3G技术主要有W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等，其中TD-SCDMA即时分同步的码分多址技术，是由中国提交、ITU正式发布的第三代移动通信空间接口技术规范之一，它得到了CWTS及3GPP的全面支持。无疑，3G技术的应用，为视频安防监控系统提供了新的平台。

三、视频存储技术

（一）硬盘存储与数字硬盘录像机