高清視頻監(jiān)控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

近年來，高清視頻監(jiān)控技術(shù)逐步進(jìn)入人們的眼簾，成為未來安防監(jiān)控領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的方向之一?！白屛覀兛吹酶宄?、“還給人們一個清晰的世界”這樣的呼聲和口號也日愈高漲，體現(xiàn)出來的是一種需求和趨勢。在這種趨勢下，“高清”這一名詞，不再像人們以前感覺到的那么遙遠(yuǎn)。越多來越多的廠商開始推出“高清”化的產(chǎn)品。透過市場上品類繁多的“高清產(chǎn)品”，我們發(fā)現(xiàn)，我們的目光應(yīng)該不僅僅是停留在“高清”概念上，而應(yīng)更多地關(guān)注“高清”產(chǎn)品的一、高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程及現(xiàn)狀最初，“高清”概念與標(biāo)準(zhǔn)是廣播電視業(yè)提出的。上世紀(jì)60年代，日本國家廣播公司NHKF始研究高后來居上超越日本和歐洲，也是從那時起，大家承認(rèn)了數(shù)字式電視是未來高清的發(fā)展方向。目前市場上的高清數(shù)字電視可以分為兩大陣營，分別是歐洲的數(shù)字電視廣播聯(lián)盟DV￥口美國視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的不同時期，其視頻清晰度也相應(yīng)地得到了不斷的提高。并且隨著CCD的不斷發(fā)展，模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控的清晰度又在縱向提高，模擬攝像機(jī)的水平分辨率從380線發(fā)展到540線，攝像機(jī)；在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPCamera)方興未艾時，則一般認(rèn)為720P以上即可稱為高清攝像機(jī)。而因CCDDSPt技術(shù)的進(jìn)步，目前網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)在高清視頻監(jiān)控領(lǐng)域正扮演著越來越重要高清對于視頻監(jiān)控并不是件容易的事情。它涉及到監(jiān)控系統(tǒng)的頗多環(huán)節(jié)，從前端攝像機(jī)到傳輸，再到記錄存貯和顯示設(shè)備，為了到達(dá)“高清”指標(biāo)都需要做出相應(yīng)調(diào)整，只要一個環(huán)節(jié)滿足不了要求，就達(dá)不到“高清”要求。二、監(jiān)控行業(yè)高清標(biāo)準(zhǔn)高清視頻監(jiān)控近年來得以迅速發(fā)展，主要是為了解決人們在正常監(jiān)控過程中“細(xì)節(jié)”看不清的問題?！案咔濉奔础案叻直媛省?，關(guān)于高清的定義，最早來源于數(shù)字電視領(lǐng)域，高清電視，又叫“HDTV,是由美國電影電視工程師協(xié)會確定的高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)格式。電視的清晰度，是以水平掃描線數(shù)作為計量的，它的集中高清分辨率為1920X1080,隔行/60Hz,行頻為33.75KHz。辨率為1280X720,逐行/60Hz,行頻為45KHz分辨率，約為44萬像素，清晰度在300至500電視線之間；采用高清網(wǎng)絡(luò)800電視線的清晰度，那么網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的分辨率至少要達(dá)到12萬像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，就達(dá)到了超高清圖像的要求，寬高比為16:9的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，對應(yīng)分到?率為1920x1080,寬高比為清”。安防市場中已經(jīng)出現(xiàn)了分辨率能夠達(dá)到1080i和720P的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，這是因為網(wǎng)絡(luò)給高清視頻的傳輸提供了一個很高的保障。當(dāng)然，也有具有高清傳輸接口的模擬攝像機(jī)，如具有Y/Pb/Pr和VGA所以，這里借用一下廣電標(biāo)準(zhǔn)：能達(dá)到百萬像素的攝像機(jī)，配套以1080P分辨率的顯示設(shè)備及相應(yīng)的傳輸通道，就可以形成一套可稱之為高清的監(jiān)控系統(tǒng)。安防視頻監(jiān)控行業(yè)目前還沒有通用的高清標(biāo)準(zhǔn)。有廠家認(rèn)為圖像監(jiān)檢總局發(fā)布的《視頻安防監(jiān)控數(shù)字錄像設(shè)備國家標(biāo)準(zhǔn)GB20815-2006》規(guī)定，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，“高清”技術(shù)必然引入視頻監(jiān)控領(lǐng)域，視頻監(jiān)控行業(yè)的高清標(biāo)準(zhǔn)也會不斷完善。三、高清前端采集技術(shù)高清的視頻效果的保證首先來源于高清信息的采集，如果沒有前端高清視頻采集，無法談及后端的高清效果。無論前端采集設(shè)備一般使用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。我們知道，攝像機(jī)的清晰度主要取決于感光芯片的性能，主要有CCD^CMOS!種，代表了其技術(shù)的不斷發(fā)展，再經(jīng)過圖像處理芯片的配合，能夠達(dá)到分辨率720P甚至1080i的樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體，而隨著CMOSE制造工藝和影像處理技術(shù)上的不斷突破，業(yè)內(nèi)對CMOS勺前景預(yù)測也越來越樂觀。高清數(shù)字影像的普及更是CMO蔽術(shù)發(fā)展的一個難得機(jī)遇。而且，與CCCffi比，CMOS勺制造原理更加簡單，體積更小，功耗可以大大的降低，種種跡像表明：圖像傳感器的領(lǐng)域正面臨著另外，鏡頭要能夠保證進(jìn)光量和角度，同時還要有一個適宜調(diào)焦和光圈來配合感光元器件的成像，因為高清的視頻通常依賴于一個調(diào)焦的操作。對于焦距和光圈不滿足實際需求來說，高清攝像機(jī)也惘然。在一體機(jī)中通常配合較高的變倍來更好的體現(xiàn)高清的效果。當(dāng)然，評價一個高清攝像機(jī)，除了清晰度外，還有其他許多影響圖像質(zhì)量的因素，如超寬動態(tài)、自動白平衡、自動測光補償?shù)鹊?。除了采集?高清圖像編碼也是重要環(huán)節(jié),高清視頻編碼最常用的編碼格式是MPEG2-TSMPEG4H.264MPEG和MPEGKMovingPictureExpertsGroup）運動圖像專家組制定，這是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）也有一個優(yōu)點，那就是相對于另外兩種編碼，它對于系統(tǒng)資源的消耗是最小的。但是隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，MPEG4fc要用于低帶寬應(yīng)用和交互式圖形應(yīng)用（游戲等合成內(nèi)容）、交互式多媒體（WWW等內(nèi)容分標(biāo)準(zhǔn)框架的MPEG4第一版）成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC14496-1）,提供多種算法和工具的第二版已于1999年底成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC14496-2）。標(biāo)準(zhǔn)由國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部（ITU-T）和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會（ISO/IEC）共同研究發(fā)布，格式的最大特點是在保證畫面質(zhì)量的情況下，它可以把文件大小控制在MPEG絡(luò)式的二分之一甚至三分之一。所以其更高的壓縮比、更好的IP和無線網(wǎng)絡(luò)信道的適應(yīng)性，在數(shù)字視頻通信和存儲領(lǐng)域得到越公司的采納，同時也包含在HDDVDW藍(lán)光中，包括華納和環(huán)球等影業(yè)公司也有采用這種格式的意向。是最后被認(rèn)可的高清編碼格式，因為有微軟的后臺，所以這種編碼格式不能小窺，相對于MPEG2VC-1的壓縮比更高；但相對于H.264而言，編碼解碼的計算則要稍小一些。數(shù)字存儲媒體和其他相關(guān)應(yīng)用，具有性能高（與H.264相當(dāng)）、復(fù)雜度低（算法復(fù)雜度比H.264明顯低）、我國掌握主要知識產(chǎn)權(quán)、專利授權(quán)模式簡單且費用低等特點。基于此，可以認(rèn)為AVS標(biāo)準(zhǔn)是能夠支撐國家數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是安防監(jiān)控行業(yè)應(yīng)該采納的重要標(biāo)準(zhǔn)。JPEG2000是一■種圖像編碼格式，而并不是視頻編碼格式，設(shè)計之初是用于取代JPEG,而視頻序區(qū)塊編碼方式，而改為采用以小波變換為主的多解析編碼方式，壓縮率比JPEG高約30%左右，同時在清晰度方面，它可以先解碼一副畫面的四分之一尺寸，然后再二分之一，最后解碼出整幅畫面；在圖像質(zhì)量方面，它可以先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高圖像質(zhì)量，讓圖像由朦朧到清晰顯示；“感興趣區(qū)域”是指用戶可以任意指定圖像上感興趣區(qū)域的壓縮質(zhì)量，還可以選擇指定的部份先解壓縮，便于突出重點。但JPEG200耐算量太大，壓縮率不高，目前很難在嵌入式實時系統(tǒng)中實現(xiàn)，對存儲傳輸也提出了較高的要求，目前僅有一些高清專用系統(tǒng)采用了這個算法。執(zhí)行H.264HP@L4（1080P30fps、1080i60fps、720p60fps）的同步多格式高清編碼、解碼與轉(zhuǎn)碼方面，表現(xiàn)出色。還有一款高清入門級的TI芯片DM355它內(nèi)置了編解碼算法實現(xiàn)，能夠以720p格式可編程、支持H.264和MJPEG（MotionJPEG是一種視頻壓縮格式，其中每一幀圖像都分別使用JPEG編碼）等多協(xié)議的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于實時視頻通信、數(shù)字圖像監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等領(lǐng)域。五、高清傳輸技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)傳輸技術(shù)主要有視頻基帶傳輸、光纖傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸、微波傳輸、雙絞線平衡傳輸和寬頻共纜傳輸六種傳輸方式。每種傳輸技術(shù)都有其自身特點，有各自的應(yīng)用層面，對于一個復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)往往根據(jù)不同的傳輸距離，不同的監(jiān)控要求，采用不同的傳輸方式。面對高清應(yīng)用的超大數(shù)據(jù)量，以及實時性的要求，采用光纖傳輸是解決長距離視頻不受電磁波干擾、重量輕、保密性好等一系列優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于國家及省市級的主干通信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)及高速寬帶計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。而在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，光纖傳輸也已成為長距離音視頻及控制信號傳輸?shù)氖走x方式。但光纖傳輸需專門的技術(shù)人員負(fù)責(zé)光纖熔接及設(shè)備維護(hù)方面的工作，另外對于近距離監(jiān)控信號傳輸不夠經(jīng)濟(jì)。帶寬約為10M,與D1畫質(zhì)的MPEG》目當(dāng)。由此可以看出，對于“高清”，網(wǎng)絡(luò)傳輸并沒有特別的要求。不過有一點必須指出，目前的互聯(lián)網(wǎng)是不能夠承載高清畫質(zhì)的，必須是專網(wǎng)甚至光纖。相比模擬傳輸，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸高清視頻具有得當(dāng)然，由于高清占用了更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，在組建高清系統(tǒng)特別是大路數(shù)高清系統(tǒng)時對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用還是應(yīng)該精打細(xì)算。例如，如果使用100M以太網(wǎng)，實際上同時只能承載5路左右的高清圖像（考慮到以太網(wǎng)的碰撞偵聽特性）。如果同一視頻源有多個用戶訪問，占用的帶寬會更大。因此對于系統(tǒng)設(shè)計、組播、六、高清顯示技術(shù)后端的顯示設(shè)備一般分為CRTLCDPDP三種。受高清電視技術(shù)發(fā)展的影響，監(jiān)控顯示設(shè)備的高清化速度非常快。在軌道交通、平安城市等大型圖像聯(lián)網(wǎng)指揮中心，大都使用了拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟，現(xiàn)在一些新的顯示技術(shù)帶來了產(chǎn)品的不斷升級，如索尼OLE嗝清屏僅0.3mm厚，日本NICT推出裸眼可視3D顯示產(chǎn)品，還有適用于柔性顯示的EP摩技術(shù)將逐漸把各種顯示技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品，適應(yīng)于工作、生活的各方面。這些產(chǎn)品無一不把高清放在最重要的位置，未來的高清顯示產(chǎn)品將會擁有更加地多種多樣、多姿多彩的市DVI信號的傳輸完全采用了數(shù)字格式，保證了視頻源到顯示終端的傳輸過程中資料的完整性，可以得到更快捷的傳持?jǐn)?shù)字顯示的設(shè)備；而DVI-A類似于VG雌口，采用模擬信號傳輸；而DVI-I則是同時支持?jǐn)?shù)字顯示和模擬顯示，并且碼音頻傳輸（支持DolbyDigital/DTS格式），無需單獨使用音頻連接線。同時其連接線的長七、高清的發(fā)展方向和前景首先，來看超高清技術(shù)的發(fā)展。日本在上世紀(jì)90年代就已研究出畫面分辨率為7680x4320像素的超高清晰視頻系統(tǒng)UHDVT,畫質(zhì)好得令人難以置彳to因其掃描行可達(dá)4000以上，故新系統(tǒng)被命名為4000（4K行）掃描線超高清晰度視頻系統(tǒng)。超高清是在高清基礎(chǔ)上的發(fā)展，其清晰度比目前市場上最先進(jìn)的高清電視還要高出16倍。當(dāng)然，新一代超高清主要還是為大屏幕電視或電視墻設(shè)計，因為在常規(guī)尺寸的電視上，肉眼無法分辨超高清電視技術(shù)帶來的畫面質(zhì)量的改善。在安防監(jiān)控領(lǐng)域，采用像素IPCJPEG200商碼技術(shù)的1600萬其次，是激光顯示技術(shù)的發(fā)展。顯示技術(shù)在歷經(jīng)黑白、彩色和數(shù)字高清顯示時代后，將迎來大色域顯示時代。三槍CRT使顯示產(chǎn)品由黑白顯示走向彩色顯示，較好地再現(xiàn)了客觀世界。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，高解析度視頻圖像的壓縮、傳輸以及解碼技術(shù)在圖像領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，視頻信號也由模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，從而解決了高分辨率畫面的傳輸帶寬和畫面穩(wěn)定問題。然而，由于顯示發(fā)光光源的制約，前三代顯示技術(shù)僅能再現(xiàn)人眼所能識別的色彩空間的30%,致使70%勺色彩無法通過顯示讓人們來感知，因此顏色的真實再現(xiàn)是下一代顯示的關(guān)鍵。激光顯示技術(shù)是以紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色激光為光源的顯示技術(shù)，其充分利用激光波長可選擇性和高光譜亮度的特點，使顯示圖像具有更大的色域表現(xiàn)空間，可以最真實地再現(xiàn)客觀世界豐富、艷麗的色彩，提供更具震撼的表現(xiàn)力。激光顯示色域覆蓋率可達(dá)90%,色彩飽和度為傳統(tǒng)顯示的100倍以上，同時完全繼承數(shù)字高清時代的高分辨率、數(shù)字信號等特征，實現(xiàn)人類有史以來最完美的色彩還原。我國激光顯示技術(shù)研究是國家863計劃項目，目前技術(shù)上與世界同步。預(yù)計在2010年以后，激光顯再次，高清技術(shù)的發(fā)展將推動圖像識別和智能分析技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，叫好不叫座的圖像識別和智能分析技術(shù)一直未能得到業(yè)界普遍期待的大規(guī)模應(yīng)用。主要原因是識別的精確度離用戶的期待還有不小的差距，而圖像的分辨率則是影響識別精確度的主要因素，高清監(jiān)控技術(shù)的發(fā)揮和大規(guī)模市場應(yīng)用將會為圖像識別和智能分析技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來前所未有的機(jī)遇。如人臉識別技術(shù)的應(yīng)用，目前主要應(yīng)用于經(jīng)特別設(shè)計的出入口通道等場合，每次也只能識別一張人臉，高清監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用將大大提高識別效率，拓展應(yīng)用場合，如城市治安監(jiān)控、銀行營業(yè)廳監(jiān)控、車站廣場監(jiān)控中的應(yīng)用。止匕外，要注意的是，安防監(jiān)控畫面與電視電影畫面的要求有著很大的差別。比如，在畫面內(nèi)容方面，電視講究好內(nèi)外高清電視標(biāo)準(zhǔn)相同的指標(biāo)，符合黃金分割，也符合人眼觀賞的舒適感。但是，安防監(jiān)控要的是對場景、目標(biāo)的關(guān)注，商榷。目前國內(nèi)安防行業(yè)沒有對高清監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)定義，許多廠家都在宣傳自