解析：IP網(wǎng)絡(luò )高清攝像機為何可欲亦可求

2008年以前，在安防監控領(lǐng)域，IP高清攝像機曾經(jīng)被人們視為一種“可欲而不可求”的事物。它的“欲”在于網(wǎng)絡(luò )+高清為我們賦予了太多的幻想，將我們此前太多的憧憬漸漸變成了可能。但是它的“不可求”又在于網(wǎng)絡(luò )+高清的發(fā)展情況卻又不是那么順利，在滿(mǎn)足大家期望的同時(shí)，仍不免糾結。于是，IP高清攝像機就在迷惘中前進(jìn)著(zhù)。在過(guò)去的幾年里，市場(chǎng)份額上二十幾個(gè)百分點(diǎn)的增長(cháng)，是用戶(hù)對IP高清監控快速認可的最好體現。而這種認可度上的提升，與IP高清攝像機的技術(shù)的支持與發(fā)展無(wú)疑是分不開(kāi)的。

IP高清攝像機產(chǎn)品的解決方案

高清不僅僅是視頻的高清采集，即安裝了IP高清攝像機，而是貫穿視頻采集、編碼、傳輸、存儲、控制、解碼輸出，到中心管理軟件的全過(guò)程各個(gè)節點(diǎn)，從這個(gè)意義上講，高清監控不是靠某個(gè)產(chǎn)品或某幾個(gè)產(chǎn)品來(lái)實(shí)現的，它一定是一場(chǎng)持久戰，需要的是整體解決方案。完整的高清監控解決方案，涵蓋了如下從前到后的各個(gè)環(huán)節。

前端采集

高清的視頻效果保證首先來(lái)源于高清信息的采集，如果沒(méi)有前端高清視頻采集，無(wú)法談及后端的高清效果。從目前情況來(lái)看不論是130萬(wàn)像素還是200萬(wàn)像素都還是CCD占絕大多數，而且基本都應用在中高端市場(chǎng)；而CMOS的價(jià)格便宜基本都應用于低端市場(chǎng)；但是隨著(zhù)CMOS在制造工藝和影像處理技術(shù)上的不斷突破，業(yè)內對CMOS的前景預測也越來(lái)越樂(lè )觀(guān)。

編碼及傳輸

除前端采集外，高清編碼及傳輸也是在監控系統中不可缺少的重要環(huán)節，高清視頻常見(jiàn)編碼格式有H.264、M-JPEG、MPEG4等格式。在這幾種編碼格式中，H.264是目前最有前途的一種編碼格式，相對于MPEG2、MPEG4而言，其壓縮效率是三種編碼中最高的。在傳輸過(guò)程中，高清意味著(zhù)需要更高帶寬，以1080P計算，H.264編碼的一個(gè)1080P高清畫(huà)面所用帶寬約為8M，與D1畫(huà)質(zhì)的MPEG2相當。由此可以看出，對于“高清”，網(wǎng)絡(luò )傳輸并沒(méi)有特別的要求。目前的互聯(lián)網(wǎng)對大路數的高清傳輸還有一定的瓶頸，在一些平安城市或多級聯(lián)網(wǎng)的項目中，大都采用專(zhuān)網(wǎng)或者光纖。相比模擬傳輸，IP網(wǎng)絡(luò )傳輸高清視頻具有得天獨厚的優(yōu)勢。

高清存儲

IP高清存儲常見(jiàn)的類(lèi)型一般采用兩種方式：分布式存儲和集中存儲；通常采用NVR做分布式存儲，而大系統的集中存儲則使用IP-SAN來(lái)實(shí)現。隨著(zhù)IP高清的普及，IP-SAN在存儲中扮演著(zhù)越來(lái)越重要的角色，IP-SAN通過(guò)采用IP構架的以太網(wǎng)傳輸，具備良好的擴展性、共享性和較低的分攤應用成本，是目前多路高清監控存儲主要采用的技術(shù)之一，而存儲介質(zhì)儲多半是采用我們常見(jiàn)的硬盤(pán)，容量一般是TB級別，隨著(zhù)2TB硬盤(pán)甚至更高容量的產(chǎn)品走入我們視線(xiàn)，大型高清監控系統PB級海量存儲解決方案也得到普遍應用。

目前高清存儲面臨的一個(gè)問(wèn)題就是在大路數多級聯(lián)網(wǎng)的高清項目中，如果降低存儲的成本，一方面這需要壓縮算法的改進(jìn)，一方面需要硬盤(pán)及IP-SAN的成本下降。在算法方面，目前已經(jīng)有廠(chǎng)家可以實(shí)現2M碼流傳輸720P的高清圖像，使一路高清一小時(shí)的存儲空間大約在1.8G左右。

高清顯示

高清的解碼顯示通常由高清解碼器或者高清網(wǎng)絡(luò )矩陣來(lái)完成，通過(guò)高清解碼器或者高清網(wǎng)絡(luò )矩陣配合網(wǎng)絡(luò )鍵盤(pán)使用可以實(shí)現畫(huà)面切換，高清上墻，輪詢(xún)切換等。以高清輸出接口來(lái)說(shuō)，目前主流有的VGA和HDMI等接口，VGA的最為普遍，而且應用范圍也最廣，造價(jià)也最便宜；HDMI接口代表著(zhù)高清顯示接口的趨勢，它的主要特點(diǎn)是色彩還原度高，畫(huà)質(zhì)無(wú)損耗。

平臺控制

目前在平臺尤其以大規模高清監控平臺遇到問(wèn)題最為典型，例如：視頻設備數量龐大；前端設備的品牌很雜需實(shí)現統一管理；實(shí)施過(guò)程中網(wǎng)絡(luò )環(huán)境多種多樣；在多級聯(lián)網(wǎng)的情況下，還經(jīng)常涉及到多級聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題，對接困難等。針對這種情況，高清平臺部署可采用“分而治之”的策略將高清監控系統構成化整為零，將大系統建設問(wèn)題按管理分級、業(yè)務(wù)分層、設備分類(lèi)進(jìn)行逐級分解為小系統建設問(wèn)題，以邏輯上的虛擬條帶為構建基礎單元解決系統中大量設備進(jìn)行統一管理，實(shí)現靈活的系統擴充，也便于系統建設分步實(shí)施。

高清攝像機方案重點(diǎn)

高清監控Image Sensor是關(guān)鍵

IP高清攝像機從本意上講超越了傳統常用的模擬攝像機?，F在市面上的高清監控攝像機已經(jīng)形成以百萬(wàn)像素為基礎，200萬(wàn)像素，300萬(wàn)像素為先導的多元化產(chǎn)品格局。一臺IP高清網(wǎng)攝像機主要由視頻采集、視頻編碼、網(wǎng)絡(luò )傳輸等幾部分組成。一臺IP高清攝像機可以被看作一臺高清攝像機和一臺電腦的結合體。它通過(guò)CMOS/CCD感光器進(jìn)行逐行掃描，將光信號直接能夠捕獲影像并通過(guò)SoC單芯片處理，直接通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，從而使用戶(hù)能夠通過(guò)標準的基于IP網(wǎng)絡(luò )基礎構架在本地或者遠程地點(diǎn)實(shí)現觀(guān)看、存儲和管理高清視頻數據。

IP高清攝像機以核心部件的圖像傳感器(ImageSensor)做分類(lèi)的話(huà)，主要有CCD和CMOS兩種。其中CMOS又細分為傳統的CMOS和ExmorCMOS即背照式CMOS。CCD和CMOS就基本結構和工作原理來(lái)說(shuō)，區別如下：

CCD是ChargeCoupledDevice(電荷耦合器件)的縮寫(xiě)，它是一種半導體成像器件，CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實(shí)施轉移后讀取，電荷信息轉移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復雜。

CMOS是ComplementaryMetal-OxideSemiconductor(互補性氧化金屬半導體)的縮寫(xiě)，和CCD一樣同為在高清攝像機中可記錄光線(xiàn)變化的半導體，CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉換后直接產(chǎn)生電流(或電壓)信號，信號讀取十分簡(jiǎn)單，兩者的特點(diǎn)如下。

·CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢；

·CMOS光電傳感器采集光信號的同時(shí)就可以取出電信號，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多；

·CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；

·CMOS光電傳感器只需使用一個(gè)電源，耗電量非常小，CMOS光電傳感器在節能方面具有很大優(yōu)勢。

IP高清攝像機的“大腦”：核心處理芯片

高清IPC的設計方案很多，但從架構上來(lái)看，主要包括兩種：其一，采用CCD/CMOS傳感器作為圖像采集設備，配套提供實(shí)現圖像處理和編碼功能的SoC芯片；其二，采用前端攝影機模塊，作為圖像采集設備，和一個(gè)通用的ASIC或DSP進(jìn)行編碼和傳輸。

由于第一種架構設計靈活，廣泛被廠(chǎng)家采用。

在圖像處理方面有三種實(shí)現方案：第一種方案采用專(zhuān)用的ISP處理芯片和編碼處理部分，該方案較靈活，采用專(zhuān)用的ISP芯片穩定性好，能夠保證圖像的質(zhì)量；第二種方案采用集成ISP的編碼芯片，該方案靈活性次于第一種方案，且專(zhuān)用的ISP處理芯片穩定性雖高，但圖像質(zhì)量一般、成本較高；第三種方案采用FPGA等芯片實(shí)現信號處理及編碼功能，該方案靈活性最強，但是穩定性差、成本最高、圖像質(zhì)量難于保證。專(zhuān)用ISP方案設計靈活、性?xún)r(jià)比高、可以保證圖像的質(zhì)量，適用于高清IPC的設計。

IP高清攝像機產(chǎn)品的創(chuàng )新及應用

隨著(zhù)IP高清攝像機應用領(lǐng)域和市場(chǎng)需求的不斷擴張，用戶(hù)對畫(huà)面品質(zhì)及功能的不斷提升，IP高清攝像機會(huì )逐漸從一個(gè)單純的安防監控，演變到集多種功能更多、多種操作、多種管理等多種需求與一體的一個(gè)設備，具體來(lái)說(shuō)，IP高清攝像機在如下幾個(gè)方面會(huì )有創(chuàng )新及應用。

IP高清攝像機與物聯(lián)網(wǎng)結合

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的射頻技術(shù)(RFID)的成功應用，在未來(lái)可以實(shí)現與高清視頻的無(wú)縫結合從而帶來(lái)很好的實(shí)際應用?？梢酝ㄟ^(guò)IP高清攝像機的COM接口接收從射頻傳輸過(guò)來(lái)的數據，做到圖像和射頻的結合。舉例來(lái)說(shuō)，此項技術(shù)可以代替固定打卡、非法人員識別從而有助于改進(jìn)實(shí)際中很多較為繁瑣的工作，體現高智能、高技術(shù)的價(jià)值。

IP高清攝像機與報警設備聯(lián)動(dòng)

IP高清網(wǎng)絡(luò )攝像機上的報警(ALARMI/O)接口，可處理開(kāi)關(guān)量電平，當IP高清攝像機接收到此數據后，可以對其進(jìn)行編碼處理，而后送入TCP/IP網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)應用軟件對該報警信號進(jìn)行各種聯(lián)動(dòng)響應設置，如發(fā)出聲、光報警與進(jìn)行報警錄像等。

IP高清攝像機與移動(dòng)設備結合

隨著(zhù)3G技術(shù)的普及，以及每臺IP高清攝像機都擁有自己獨立的IP地址，可以通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )能夠直接與移動(dòng)設備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )連接，實(shí)時(shí)傳輸高清圖像，實(shí)現無(wú)線(xiàn)高清視頻的傳輸。也可以在IP高清攝像機中配置內置的Email、FTP等客戶(hù)端，當在能接入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，IP高清攝像機設備還可以通過(guò)Email、FTP等方式把報警觸發(fā)時(shí)抓拍的圖片或錄像發(fā)送到移動(dòng)設備。也可以通過(guò)COM口與能連接的SIM卡的設備連接，利用短信、彩信方式下發(fā)給指定的手機終端。這樣，做到實(shí)時(shí)且智能的監控，而僅利用很小的帶寬和成本。

從智能方面切入IP高清攝像機

因為IP高清攝像機前端即是帶有操作系統的，所有在前端上就可以附帶很多智能的算法。智能算法可以直接處理從芯片輸出的原始圖像信息，基于原始圖像，做一些恰當的、適合特征場(chǎng)合的應用。比如，可嵌入出入口人數統計功能。該功能可通過(guò)對攝像機所監控的畫(huà)面進(jìn)行分析，自動(dòng)統計計算穿越重要出入口或指定區域的人或物體的數量。而且在低碳時(shí)代，為智能算法與節能環(huán)保思想的結合則開(kāi)辟了另一巨大的市場(chǎng)。在黨政機關(guān)、學(xué)校、企業(yè)和大型家居環(huán)境，還可采用智能視頻分析技術(shù)消除巨大的電能浪費與安全隱患，如自動(dòng)關(guān)閉不必要的燈或打開(kāi)有人辦公工作的燈或視需要調整燈光的強度等。

綜述

在監控網(wǎng)絡(luò )化大潮的推動(dòng)和市場(chǎng)需求的驅動(dòng)下，IP高清獲得了實(shí)實(shí)在在的突破。IP高清攝像機所特有的聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放、遠程訪(fǎng)問(wèn)等特性勢必會(huì )大量應用在各種各樣的實(shí)際項目中，這標志著(zhù)安防監控已經(jīng)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )時(shí)代，高清時(shí)代。高清技術(shù)和產(chǎn)品的不斷涌現，高清監控系統的現實(shí)應用，將加速促進(jìn)視頻監控系統與安防其它子系統的無(wú)縫整合，再進(jìn)一步促進(jìn)安防系統與行業(yè)業(yè)務(wù)管理系統的無(wú)縫對接，這為視頻監控帶來(lái)更廣闊的發(fā)展空間?？梢杂鲆?jiàn)未來(lái)的安防監控肯定是IP網(wǎng)絡(luò )做主導，IP高清做先鋒！