CCD 攝像機質(zhì)量對網(wǎng)絡(luò )攝像機的影響

CCD 攝像機質(zhì)量對網(wǎng)絡(luò )攝像機的影響
提要：網(wǎng)絡(luò )攝象機 ( 網(wǎng)絡(luò )攝象服務(wù)器、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )視頻轉換器等 ) 采用的 CCD 攝像機的質(zhì)量對帶寬的影響很大，采用優(yōu)質(zhì)的 CCD 攝像機可以大大減少網(wǎng)絡(luò )攝象機的帶寬。

1. 問(wèn)題的提出

網(wǎng)絡(luò )攝象機技術(shù)的發(fā)展，特別是寬帶網(wǎng)絡(luò )的普及，使得基于網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )監控應用正在普及。靈活的監視和控制配置、與信息網(wǎng)絡(luò )緊密融合、長(cháng)距離遠程監控等優(yōu)勢都是傳統監控所不可比擬的。如何正確掌握及合理應用網(wǎng)絡(luò )攝象機是用戶(hù)面臨的新課題。

網(wǎng)絡(luò )攝象機實(shí)際應用中的主要問(wèn)題，第一是圖像壓縮技術(shù)問(wèn)題：第二就是網(wǎng)絡(luò )帶寬數據傳輸問(wèn)題。所謂解決帶寬問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是如何在有限的帶寬上傳輸更高質(zhì)量的圖像，當然還有計算機操作系統軟件管理能力的提高（解壓）問(wèn)題；圖像數據壓縮技術(shù)的發(fā)展以及高速中央處理器的應用等都是解決網(wǎng)絡(luò )攝象機圖像壓縮問(wèn)題的基礎技術(shù)，許多技術(shù)（特別是 MPEG4 ）的發(fā)展，無(wú)疑使我們今天的網(wǎng)絡(luò )攝象機能夠比以前取得更大的圖像壓縮比。但是否有了這些就足夠了呢？答案是否定的。

2. 提高原始參考圖像質(zhì)量是圖像壓縮的關(guān)鍵

在一定的壓縮技術(shù)和一定的應用環(huán)境下，是什么因素影響網(wǎng)絡(luò )攝象機的帶寬呢？這就是系統前端使用的 CCD 攝像機是否能夠送出穩定干凈的圖像，即每一幀都作為新增加原始參考圖像呢，還是作為不變的可壓縮的變異圖像，這個(gè)因素往往被大家忽視。不穩定不干凈的圖像輸入到網(wǎng)絡(luò )攝象機后，網(wǎng)絡(luò )攝象機識別為新增加的原始參考圖像而被重新傳輸。本來(lái)不變的可壓縮的變異圖像被誤判成新增加原始參考圖像，表現為帶有色偏、色滾、畫(huà)面扭曲或滾動(dòng)、干擾條紋、噪點(diǎn)等等。實(shí)踐證明，網(wǎng)絡(luò )攝象機傳輸的這些不穩定不干凈的圖像本來(lái)應該作為沒(méi)有變異的圖像傳輸，那么這些圖像數據所占用的傳輸帶寬就一定很大。為什么會(huì )出現這個(gè)結果呢？這要從圖像數據壓縮原理去理解。

圖像數據壓縮通常主要通過(guò)兩個(gè)環(huán)節來(lái)實(shí)現：第一個(gè)環(huán)節是對圖像尺寸的壓縮，圖像尺寸越小，圖像數據就越短，從而達到壓縮數據量的目的。第二個(gè)環(huán)節是對圖像形成過(guò)程的壓縮，就是在連續圖像傳輸的過(guò)程中，我們只傳輸圖像中變化的部分，而使相對靜止的部分不傳輸，這樣使圖像數據變短而實(shí)現了壓縮，也就減少占用過(guò)多的帶寬，。

比如，我們監控一個(gè)房間里的情況。在房間里沒(méi)有人或動(dòng)物走動(dòng)時(shí)，我們看到的圖像是靜止的，此時(shí)網(wǎng)絡(luò )攝象機沒(méi)有必要重復傳輸那么多相同的畫(huà)面，所以靜止狀態(tài)所占用的帶寬很小。而當有人或動(dòng)物走動(dòng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò )攝象機只需傳輸圖像變化的部分，這樣就使整個(gè)圖像數據大為減短。圖像數據雖然減短了，但是仍然忠實(shí)的記錄了房間內的全部情況。網(wǎng)絡(luò )攝象機在識別圖像是靜止還是活動(dòng)的依據主要是檢測圖像的灰度（或色階）是否發(fā)生變化，沒(méi)變化就是靜止的，反之就是活動(dòng)的?？墒怯绊懟叶茸兓囊蛩夭粌H是移動(dòng)的人和物體，而且還有光線(xiàn)的變化和我們上面提到的不穩定和不干凈圖像噪聲信號的影響，在網(wǎng)絡(luò )攝象機的眼里，即使是靜止的房間，對于這些不穩定不干凈的圖像它也認為是變異的畫(huà)面而增加了圖像的數據，而這些是我們不需要的。

3. 采用優(yōu)質(zhì) CCD 攝像機確保變異圖像減少

采用優(yōu)質(zhì) CCD 攝像機可以提高信噪比和實(shí)現高速追蹤白平衡是確保變異畫(huà)面減少，從而減少網(wǎng)絡(luò )攝象機帶寬的關(guān)鍵。

沒(méi)有噪聲的畫(huà)面就是干凈的畫(huà)面，表現的指標就是信噪比高，相反，信噪聲比不好的 CCD 攝像機的畫(huà)面中充滿(mǎn)噪點(diǎn)，而噪點(diǎn)在畫(huà)面中的位置是沒(méi)有重復性的，每一禎畫(huà)面都不一樣，在網(wǎng)絡(luò )攝象機看來(lái)每幅都是全屏變化的圖像，壓縮后數據最大，占用的帶寬也最多。實(shí)驗表明，這樣的畫(huà)面數據比干凈畫(huà)面的數據要大 30% 以上甚至更多，這就是我們很多用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )攝象機帶寬增大的主要原因之一。

另外一個(gè)參數是 CCD 攝像機的追蹤白平衡的速度，這個(gè)參數實(shí)際上反映的是 CCD 攝像機中所用的 DSP 芯片的運算速度指標，普通 CCD 攝像機的 DSP 的運算速度為 10 萬(wàn)次 / 秒，優(yōu)質(zhì) CCD 攝像機中的 DSP 的運算速度可達 1000 萬(wàn)次 / 秒，整整差 100 倍。 DSP 快了有什么好處呢？比較容易想到的是色彩漂移問(wèn)題，因為運算速度快慢直接影響到它對白平衡跟蹤的速度。我們可以用日光燈環(huán)境來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

一般的 CCD 攝像機白平衡速度通常是在 120 毫秒到 160 毫秒之間，也就是說(shuō)大致需要 6 — 8 個(gè)圖場(chǎng)（ PAL 制為 50 場(chǎng) / 秒）才能完成 1 個(gè)白平衡的變化，這樣的速度肯定跟不上日光燈光源的變化。日光燈 1 秒鐘亮滅的變化為 100 次，也就是 20 毫秒就要變化一次，顯然一般攝像機是跟不上這個(gè)變化速度的，因此在日光燈照明的環(huán)境下，所攝圖像就會(huì )產(chǎn)生色偏和色漂移的現象，原本靜止的畫(huà)面就會(huì )變成顏色周期性變化的“活動(dòng)“圖像，這樣受騙的自然又是網(wǎng)絡(luò )攝象機了。但是如果 CCD 攝像機的 DSP 的運算速度快，如僅用 1 毫秒就可以平衡一次白平衡的變化，就完全可以得到非常穩定的圖像。這個(gè)例子的啟示是：隨著(zhù)環(huán)保和節能要求的不斷提高，脈沖式照明的應用也會(huì )日益廣泛，而在這樣的形勢下，網(wǎng)絡(luò )攝象機對采用的 CCD 攝像機的 DSP 的運算速度的要求就會(huì )變成必須了，也就是說(shuō)，對 CCD 攝像機 DSP 的運算速度的要求將成為網(wǎng)絡(luò )監控（硬盤(pán)錄像機也一樣）的一項指標。

從以上的分析可以看出，優(yōu)質(zhì) CCD 攝像機（提供 52db-60db 的信噪比指標和 1000 萬(wàn)次 / 秒 DSP 運算速度）可以大大提高網(wǎng)絡(luò )攝象機的應用質(zhì)量。

當然，影響 CCD 攝像機畫(huà)質(zhì)的指標還有 CCD 的靈敏度指標，靈敏度指標高的 CCD 攝像機可以提高照度低時(shí)的信噪比。

值得說(shuō)明的是， CCD 攝像機的清晰度指標對畫(huà)質(zhì)的影響不大，而對網(wǎng)絡(luò )攝象機的帶寬的利用有極大影響。清晰度越高的圖像占用存儲空間越大，盲目追求網(wǎng)絡(luò )攝象機的高清晰度不僅提高了使用造價(jià)，而且增加了圖像的傳輸、處理和存儲數據，這是不科學(xué)的選擇。