⾼清⽹络摄像机技术发展趋势
近年来,⾼清视频监控技术逐步进⼊⼈们的眼帘，成为未来安防监控领域技术发展的⽅向之⼀。越多来越多的⼚商开始推出⾼清化的产品。其中，作为⾼清视频监控的“排头兵”——⾼清⽹络摄像机，更是受到⼴⼤⼚商的青睐，五花⼋门的产品层出不穷，各式各样的技术名词更是让⼴⼤⽤户眼花缭乱。如何把握好⾼清⽹络摄像机的脉搏，了解其未来的发展⽅向?本⽂将从技术发展⾓度出发，对⾼清⽹络摄像机未来的发展趋势进⾏简要的介绍和展望。 ⼀、分辨率不断提⾼
⾼清的定义，最早来源于数字电视领域。⾼清电视,⼜叫“HDTV”，是由美国电影电视⼯程师协会确定的⾼清晰度电视标准格式。电视的清晰度，是以⽔平扫描线数作为计量的，它将⾼清划分为:720p 格式(750条垂直扫描线,720条可见垂直扫描
线,16:9，分辨率为1280×720，逐⾏/60Hz,⾏频为45KHz、1080i格式(1125条垂直扫描线,1080条可见垂直扫描线,16:9，分辨率为1920×1080，隔⾏/60Hz,⾏频为33.75KHz 和1080p格式(1125条垂直扫描线,1080条可见垂直扫描线,16:9，分辨率为
1920×1080，逐⾏扫式。
监控⾏业借鉴了⼴电⾏业的相关标准。上海市于2010年9⽉颁布了国内第⼀个针对安防监控⽤数字摄像机的地⽅性技术规范，规范中将数字摄像机按清晰度由低到⾼分为A、B、C三级。其中,B级要求分辨率≥1280×720,C级要求分辨率
≥1920×1080。可见,720p和1080p已经成为业界⾼清⽹络摄像机的⼀种标准。
然⽽，有的⼚商对于⾼清⽹络摄像机还有着其他的命名⽅式,⽐如百万像素⾼清⽹络摄像机，两百万像素⾼清⽹络摄像机等等，这可以理解为“⾮标准”命名，它和“标准”有⼀定关联，但不能简单对应。⽐如,720p的像素为92.16万,1080p的像素为207.36万，可以分别叫做百万像素和两百万像素，但常见的130万像素其实际分辨率为1280×1024，虽然也具有较⾼清晰度，但并不符合⼴电⾏业标准。
就分辨率⽽⾔,⾼清⽹络摄像机的发展可以说是⼀⽇千⾥，除了我们⽬前接触较多的百万像素、130万像素、200万像素外,300万像素、500万像素、800万像素的产品已经在市场上出现，甚⾄千万及其千万以上像素的产品也开始在监控⾏业中露出端倪。可以说,⼈们在追求看得更清楚的路上将永不⽌步。
⼆、COMS逐渐取代CCD
感光器件是摄像机最为核⼼的部件,⽬前普遍采⽤的主要有CCD(Charge Coupled Device，感光耦合元
件和
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化⾦属半导体两种。两者都是利⽤感光⼆极管(photodiode进⾏光电转换，将图像转换为数字信号,⽽其主要差异是数字信号传送的⽅式不同。CCD在数据传送时不会失真，因此各个像素的数据可汇聚⾄边缘再进⾏放⼤处理;
⽽CMOS⼯艺的数据在传送距离较长时会产⽣噪声，因此，必须先放⼤，再整合各个像素的数据。也正
由于其数据传输⽅式不同,CCD与CMOS传感器在效能与应⽤上也有诸多差异。通常认为CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等⽅⾯都优于CMOS传感器,⽽CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及⾼整合度的特点。
针对CMOS性能的不⾜之处，业界正在通过不断的技术⾰新加以改善，其中最主要的技术突破点在于低照度条件下的成像性能提升和降低图像中的噪声信号。未载入sso模块
以提升低照度性能⽽⾔，业界提出了微透镜(Micro Lens技术，让更多的光源能导⼊到CMOS传感器的表⾯(光电⼆极体上，从⽽增加感应的亮度，不过微透镜技术已属微机电系统(MEMS的层次,⽽⾮原有的单纯半导体电路层次，所以挑战难度的增加⾃是不难想像。
对于降低图像中的噪声信号,⼀种作法是对原有半导体制程进⾏改进，在CMOS 电路的硅表⾯上掺⼊杂质，以此形成⼀个针扎层(Pinning Layer，此结构可将光源吸收到硅晶⽚的内部，进⽽降低(光电⼆极体表⾯的噪声，此种作法也称为针扎光电⼆极体(Pinned Photodiode。⽬前此种作法确实改善了噪声问题，使图像品质提升，不过现阶段此种制程也会增加晶⽚的制造成本。
随着技术的发展,CMOS的性能正在得到快速提升。此外，尽管相同尺⼨的CCD 传感器分辨率优于CMOS传感器，但如果不考虑尺⼨限制,CMOS在成品率上的优势可以有效克服⼤尺⼨感光原件制造的困难，这样CMOS在更⾼分辨率下将更有优势。另
外,CMOS响应速度⽐CCD快，因此更适合⾼清监控的⼤数据量特点。
从市场⽅⾯来看,CCD的传统⽣产⼚商SONY已经开始把重⼼移向了CMOS，不但研发出了ClearVid CMOS技术，推出了Exmor系列的⾼清CMOS产品，在其⽣产的⾼清⽹络摄像机中更是⼏乎清⼀⾊的采⽤了CMOS传感器，这也许可以看作是CMOS传感器的⼀个阶段性胜利。
旋转工作台
三、ISP(Image Signal Processing被编码芯⽚集成
要实现良好的图像质量，除了前端镜头、传感器部分对光线的处理，影像处理部分也是⾼清⽹络摄像机中不可忽视的⼀环。通常情况下，传感器部分设置有内嵌的图像处理芯⽚处理⼀些较简单的功能,⽽
较复杂的⾃动曝光、⾃动⽩平衡校对以及⾃动对焦等功能则必须通过后端ISP处理，以获得良好的影像效果。
传统的ISP是通过专门的ASIC或者DSP加以实现，随着技术的发展，后端的编码芯⽚已经越来越多的将ISP的功能加以集成。
以TI的DM36x平台为例，其中视频处理⼦系统(VPSS中包含了CCD或CMOS 控制器，直接接收原始视频信号，然后由集成的ISP进⾏预处理，其中有H3A处理(即⾃动曝光(AE、⾃动⽩平衡(AWB、⾃动聚焦(AF、镜头畸形校正模式(LDC处理、硬件⼈脸检测引擎、影像协处理器(IMCOP、影像处理加速器(IPIPE，以及增强型屏幕叠加显⽰(OSD等等。
通过集成ISP，不但可以⼤幅降低系统成本，更能⼤⼤增强视频的稳定性，优化影像在光学⽅⾯的性能。这对于提升⾼清⽹络摄像机的成像品质具有及其重要的作⽤。
四、智能分析功能更加实⽤
智能化是监控系统发展的必然趋势，其本质在于从模拟或数字视频流中⾃动跟踪并识别对象，分析运动并提取有⽤视频信息。对⽹络视频监控⽽⾔，前端摄像机的智能化具有极其重要的实⽤价值。例如，异常报警录像，就是将所监控的视频图像，经过前端智能⽹络摄像机的分析识别后，只将有异常
的图像传输到后端去记录与显⽰，因⽽可⼤⼤减轻⽹络的负担，有效地节省带宽资源。另⼀⽅⾯，在有智能⽹络摄像机的智能视频监控系统的后端，就只需集中对前端摄像机发送过来的⽬标数据信息进⾏管理,⽽不需要对视频信号进⾏处理与识别，所以后端系统不需要昂贵的设备也能完成⾼效的智能视频分析。由于后端只有前端发送来的预/报警事件的关联画⾯显⽰，使监控中⼼⼯作⼈员能够很轻松地完成整个系统的监视。
⽽这种关联录像的功能，也使录像搜索和回放变得简单迅速，从⽽⼜节省了宝贵的时间。
近两年，视频监控⾏业内对很多智能分析⽅案进⾏推⼴，但效果并不好，往往只是⼚商推销产品的噱头。其原因,⼀⽅⾯在于智能分析算法本⾝技术不够完善，没有实质意义上的突破；另⼀⽅⾯则在于传统“标清”摄像机的分辨率有限,⽆法为智能分析算法提供⾜够清晰的图像。随着⾼清⽹络摄像机的⼴泛应⽤，这⼀局⾯将得到改观
⽬前在⾼清⽹络摄像机中已经实现或者正在实现的智能分析功能有：视频遮挡与视频丢失侦测、视频变换侦测、视频模糊侦测、视频移动侦测、出⼊⼝⼈数统计、⼈运动及拥堵识别、物品遗留识别、⼊侵识别等等。这些功能看上去⽐过去的智能分析功能要“逊⾊”得多，但却更为实⽤。
五、标准化
与模拟视频监控封闭的系统不同,⽹络视频监控系统产品与产品之间要达到系统的兼容已成为摆在实际⼯程中的严峻问题，由此，关于标准问题的讨论⽇益增多，关于安防产品互通标准的组织也层出不迭，其中ONVIF、PSIA两⼤标准组织在安防企业的影响越来越⼤。
ONVIF，全称Open Network Video Interface Forum，即开放性⽹络视频接⼝论坛，由Axis、Bosch和Sony三家企业联合推出，是全球影响⼒最⼤的⽹络视频监控⾏业标准组织，其⽬的是以公开、开放的原则共同制定开放性⽹络视频监控⾏业标准。2008年11⽉，该组织正式发布了ONVIF第⼀版规范——ONVIF核⼼规范1.0。这⼀标准将为⽹络视频设备之间的信息交换定义通⽤协议(诸如装置搜寻、实时视频、⾳频、元数据和控制信息。
PSIA:(Physical Security Interoperability Alliance实体安防互通联盟，成⽴于2008年8⽉。
dsp2812该联盟的⽬标是为实体安防系统的硬件和软件平台创⽴⼀种标准化的接⼝。该联盟致⼒于使基于IP⽹络
的不同安防系统具有兼容性。PSIA内也不乏Cisco、GE、Honeywell与Panasonic等⼤品牌，后者成员在⽹络摄像机市场的占有率稍显逊⾊。
⽬前来说，从⽀持⼚商数量与影响⼒来说,ONVIF联盟更胜⼀筹。根据IMS Research的调查显⽰,⽬前
ONVIF组织的成员占据市场72%的份额，已在北美、欧洲和亚洲地区拥有众多会员企业。除了三家发起公司外，佳能、松下、三星、思科、西门⼦、TI、海康威视、浙江⼤华、GE、MARCH、IDIS、CNB、IndigoVision、American Dynamics、Anixter、Axxonsoft、Dallmeier、Deister、Genetec、HiTRON、Honeywell、ITRI、Itx、Milestone、NICE、Optelecom-nkf、Pacom、Pelco、Pravis、ZTE 等有影响⼒的企业都参与到这个标准组织中。截⽌2010年5⽉,ONVIF已经有超过150多家成员。
当然，不管是ONVIF还是PSIA，都是企业⾃发组织形成的标准，不过从其得到越来越多企业的响应来看，还是具有⾮常重要的意义。
未来⼏年内,⽹络视频监控系统建设成本将迅速降低，市场份额也将随之获得很⼤提升,⾯对⽇趋庞⼤的市场，整个视频监控产业链的分⼯将越来越细。⽇趋成熟的视频监控市场即将形成紧密的产业合作模式，这使得各⼚商产品提必须供标准化接
固液分离装置⼝，以满⾜整个监控产业的良性发展。从这个意义上说，标准化将成为⾼清⽹络摄像机⾛向市场的通⾏证。
六、传输技术的进⼀步提升
⾼清⽹络摄像机在提供给⼈们清晰的视觉体验的同时，也对⽹络带宽提出了更⾼的要求。以720P 实时视频为例，采⽤标准H.264
全息打印
Main Profile压缩算法的⾼清⽹络摄像机⾄少需要2Mbps才能获得“⾼清”的视觉效果,⽽1080P全实时视频则需
4Mbsp以上。普通ADSL的上⾏带宽早已⽆法满⾜⾼清视频的需要。随着3G、Wi-Fi、专⽹等⽆线、有线宽带技术的成熟和应⽤,⼤流量数据的远程传送更加⽅便，这也扫除了⾼清⽹络摄像机在⼤范围应⽤中的传输障碍。
改性沥青稳定剂⽬前，在平安城市、⾦融联⽹监控等项⽬中通常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100路1080P全实时⾼清⽹络摄像机(即使按每路占⽤资源4Mbps 计算，占⽤总带宽资源不到50%；如果是采⽤720P传输，带宽还可以减少⼀半。这样，完全可以有效⽀持⾼清⽹络摄像机的实际应⽤。
⽆线传输⽅⾯,3G⽹络加速了⼿机上⽹的速度，使可视电话、⼿机游戏等应⽤如⽕如荼。但在安防视频监控⾏业，却还没有实质性的应⽤。究其原因,⼀是3G⽹络建设相对滞后;⼆是3G资费依然太⾼。⾯对⾼清视频监控对于带宽的要求,3G更是⼒有未逮。要想真正实现⾼清⽆线视频监控，还需要等到4G的推⼴。⽬前,TD-LTE 的出现，为我们开启了4G时代⾼清视频监控的⼤门。
TD-LTE是TD-SCDMA向IMT-Advanced(4G标准演进的⽅向和⼯作基础，既继承并发展了中国⾃主知识产权的TD-SCDMA技术,⼜得到了⼴泛的国际⽀持。按照3GPP的TR25.913定义,LTE 峰值的速率要
求很⾼，上⾏50Mbps，下⾏100Mbps。从频谱效率⾓度来看,⽆论是上⾏的还是下⾏的频谱效率，都是我国现⾏⽹络的3-4倍。LTE的技术发展吸引了不同的体制规范的参与，包括了UMTS(即3GSM，还有CDMA2000阵营的参与，使LTE逐渐成为未来⽆线⽹络4G的⼀种可能。
在上海世博会上，中国移动搭建的TD-LTE演⽰⽹覆盖世博园5.28平⽅公⾥，共建有TD-LTE室外站17个，实现了对9个场馆的室内覆盖，包括浦东7 个场馆，浦西2个场馆。基于TD-LTE演⽰⽹的移动⾼清会议、移动⾼清视频监控、移动⾼清视频点播传、便携视传等演⽰业务都向公众开放，并取得了良好的效果。
结束语
随着监控技术的不断提⾼和发展,⾼清⽹络摄像机作为监控技术发展的主要⽅向之⼀，结合光学成像技术、智能分析技术、⽹络传输技术等等带来新的变⾰，在不断满⾜市场竞争需求的同时，趋向于⼀种⾃我的完美实现。它深刻的影响着监控技术领域，也将深刻的改变我们的⽣活⽅式。
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