高清攝像機將如何保持視頻圖像的清晰度

　　智能視頻分析技術(shù)

　　視頻存儲時(shí)間長(cháng)是安防行業(yè)的特點(diǎn)。根據監控行業(yè)的視頻畫(huà)面特點(diǎn)，30%的畫(huà)面為重要畫(huà)面(人/車(chē)運動(dòng))，其他70%基本上都是次要畫(huà)面(晃動(dòng)的樹(shù)、花草、動(dòng)物)。

　　而在30%的重要畫(huà)面中，可能只有20%的運動(dòng)畫(huà)面是我們所關(guān)注的，其他80%的人/車(chē)運動(dòng)并不影響我們的安全。所以，如果利用智能視頻分析將重要畫(huà)面識別出來(lái)，那么我們就可以節省94%的高碼流空間，考慮到智能視頻分析算法識別性能，對于這94%的次要畫(huà)面，我們可以采用低幀速率+高碼流來(lái)進(jìn)行錄像(視場(chǎng)景不同而定，對于實(shí)時(shí)性畫(huà)面要求高的應用，可考慮低碼流+高幀速率)。表1簡(jiǎn)要說(shuō)明了采用智能視頻分析前后的存儲空間差別。

　　從表1可以看出，每天的硬盤(pán)空間節省了40GB，是傳統高清存儲空間需求的37%。假設一塊2TB SATA硬盤(pán)800元，硬盤(pán)錄像1年，那么節省的硬盤(pán)成本是6000元，如果以IPSAN存儲系統考慮的話(huà)，那節省的成本將近10萬(wàn)元。

　　當前市場(chǎng)上有很多產(chǎn)品都宣稱(chēng)自己是智能的，其實(shí)，當前市場(chǎng)大部分產(chǎn)品都是高級移動(dòng)偵測(Advanced VMD)。高級移動(dòng)偵測可以景深標定，可以做很好的前/背景分離來(lái)做目標探測，通過(guò)像素大小也可以做基本的目標分類(lèi)，從而在干凈的環(huán)境下獲得不錯的識別性能和誤報抑制能力，但是高級移動(dòng)偵測和智能視頻分析技術(shù)的一個(gè)最大區別就是智能視頻分析是采用目標分類(lèi)技術(shù)和自動(dòng)標定技術(shù)。在這里，高清智能視頻分析的應用具有如下三個(gè)特點(diǎn)：

　　自動(dòng)標定：攝像機在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運行后，因為大風(fēng)、支架安裝力度等原因，可能會(huì )發(fā)生角度偏移，沒(méi)有自動(dòng)標定功能的AVMD高級移動(dòng)偵測技術(shù)將造成景深標定錯誤，從而造成根據像素大小對目標進(jìn)行分類(lèi)的算法失敗，出現大量誤報。真正的智能視頻分析系統具有自動(dòng)標定能力，無(wú)論攝像機如何發(fā)生傾斜，都可以自動(dòng)學(xué)習環(huán)境景深，從而為目標識別創(chuàng )造良好的基礎像素數據。

　　目標分類(lèi)：智能視頻分析技術(shù)的第二個(gè)特點(diǎn)就是先進(jìn)的目標分類(lèi)能力，通過(guò)內置20多萬(wàn)種目標模式，利用強大的人工智能神經(jīng)學(xué)習算法，可以大大抑制自然界引起的誤報，如雨、雪、大風(fēng)、小動(dòng)物、飛鳥(niǎo)、光影變化、樹(shù)枝晃動(dòng)等。而高級移動(dòng)偵測技術(shù)僅簡(jiǎn)單地根據像素大小來(lái)判定目標，不考慮目標的外表紋理、顏色、形體幾何組合、步伐等人體/車(chē)輛模式，必將導致很高的誤報率。如夏天飛蟲(chóng)、昆蟲(chóng)在攝像機前面飛動(dòng)，露水、雨水滴滑過(guò)鏡頭表面，這些異常事件都會(huì )導致系統依據像素大小來(lái)做目標分類(lèi)的錯誤，從而出現大量誤報，浪費錄像空間。

　　1080P高清分辨率智能視頻分析：當前市場(chǎng)主流的高級移動(dòng)偵測技術(shù)都是采用CIF格式來(lái)做目標探測，CIF格式必然導致探測區域小，從而導致大量的漏報和降低錄像系統的可用性。真正的高清智能視頻分析能夠在1080P分辨率畫(huà)面上進(jìn)行目標探測和目標分類(lèi)，從而保證廣闊的識別區域，不發(fā)生漏報，保證未來(lái)查詢(xún)錄像時(shí)，能夠獲得所有的運動(dòng)目標的高清錄像。

　　降低網(wǎng)絡(luò )傳輸壓力

　　網(wǎng)絡(luò )和VMS視頻服務(wù)器之所以壓力大，是因為所有的高碼流高清視頻必須傳輸到控制中心才能保存，這對于傳統安防工程商來(lái)講是一個(gè)挑戰。過(guò)多的視頻流需要劃分VLAN網(wǎng)段，而VLAN網(wǎng)段需要中心路由，所以3層交換機、核心交換機、邊緣交換機等等大量的設計和安裝配置工作是必不可少的。網(wǎng)絡(luò )人才來(lái)自IT系統和電信、網(wǎng)絡(luò )通信行業(yè)，人工成本高，人才流動(dòng)性大，對工程商也造成了很大的公司運營(yíng)負擔。

而VMS視頻管理服務(wù)器、轉發(fā)服務(wù)器、IPSAN存儲系統，更是傳統的IT人士比較熟悉的。對于小型工程商來(lái)講，需要招聘高素質(zhì)專(zhuān)業(yè)人才或培養專(zhuān)業(yè)人才，這對于傳統模擬監控工程商來(lái)講，也是很大的開(kāi)支。

　　除此之外，大量的VMS視頻服務(wù)器、IPSAN存儲系統需要良好的供電、空調、防靜電和接地系統，這需要專(zhuān)業(yè)的機房工程，這也是一筆隱形的成本，對于很多用戶(hù)來(lái)講，大屏是面子工程，但是對幕后工作的機房工程往往不夠重視，一旦遭到雷擊或者斷電，系統有可能面臨癱瘓的風(fēng)險。

　　筆者認為，如果將NVR錄像轉移到每臺攝像機上，那么我們將不需要如此復雜的網(wǎng)絡(luò )和后臺服務(wù)器、存儲系統以及機房工程。即便網(wǎng)絡(luò )中斷，雖然控制中心無(wú)法看到實(shí)時(shí)畫(huà)面，但是監控系統的最基本功能錄像還在每臺攝像機上繼續運轉，完全可以待網(wǎng)絡(luò )恢復后瀏覽錄像或直接到現場(chǎng)攝像機以太網(wǎng)直連下載錄像，供警方查證。

　　通過(guò)分布式錄像設計，工程商可以降低施工隊伍的人才質(zhì)量要求，同時(shí)提高攝像機內置的錄像碼流，保證最好的視頻回放畫(huà)面。分布式錄像還可以分時(shí)間段、分批回傳備份到后臺服務(wù)器上，充分利用當前的百兆網(wǎng)絡(luò )技術(shù)優(yōu)勢，可以1小時(shí)之內把攝像機上的當天錄像回傳備份。

　　采用寬動(dòng)態(tài)成像元件

　　除此之外，選取內置寬動(dòng)態(tài)的Sony Exmor 1080P CMOS成像器件的高清攝像機，也是圖像清晰度保證的一個(gè)基本原則。按照Sony的測試報告，它的Exmor 1080P CMOS成像器件已經(jīng)超越了同樣分辨率的CCD的成像能力，當然和另外兩大CMOS器件廠(chǎng)商(同樣是最大的兩大手機照相機芯片供貨商)相比，Exmor成像質(zhì)量技高一籌，就連下一代的蘋(píng)果公司iPhone5也要采用Exmor作為其手機照相機標配。

　　當然，為了滿(mǎn)足實(shí)際安裝需要，筆者在此對高清攝像機廠(chǎng)商提出了過(guò)高要求。不過(guò)在筆者看來(lái)，美國VideoIQ公司(前GE安防子公司)作為一個(gè)致力于智能視頻分析技術(shù)的一體化攝像機廠(chǎng)商，在圖像清晰度保證問(wèn)題上，卻遠遠走在了其它國際大廠(chǎng)的前列，應該值得我們高清攝像機廠(chǎng)商深思。VideoIQ公司的iCVR一體化球機真正解決上面談到的幾個(gè)大問(wèn)題。在某個(gè)方面做到最好很容易，但是從每個(gè)方面都做到最好，是真正的不簡(jiǎn)單?？偨Y起來(lái)，VideoIQ公司做到了幾個(gè)第一：

　　· 第一家采用了Sony公司的Exmor寬動(dòng)態(tài)、低照度1080P成像器件，在Sony還未發(fā)布自己的1080P攝像機時(shí)，就提前拿到了Exmor成像器件，發(fā)布了自己的智能高清攝像機;

　　· 第一家采用1080P解析度的內置鏡頭，2009年通過(guò)日本鏡頭大廠(chǎng)定制了300萬(wàn)像素的鏡頭(VideoIQ在2010年3月發(fā)布1080P智能球機時(shí)，還沒(méi)有一家鏡頭廠(chǎng)商能夠提供商用3MP鏡頭);

　　· 第一家做到自適應高清智能分析算法，在主流市場(chǎng)還是CIF分析的情況下，VideoIQ搶先做到了1080P分辨率的智能視頻分析。據筆者了解，以色列DVTEL(原IOImage)也推出了3MP的智能攝像機，但其還是采用4CIF分辨率的目標探測算法，而且當時(shí)其鏡頭也無(wú)法達到3MP解析度;

　　· 第一家內置集成了750GB硬盤(pán)錄像，通過(guò)專(zhuān)利技術(shù)延長(cháng)了硬盤(pán)10倍使用壽命。板載錄像降低了網(wǎng)絡(luò )帶寬的要求，也大大降低了VMS視頻服務(wù)器和IPSAN存儲系統的要求，為中小型工程商提供了即裝即用的解決之道。

　　路漫漫兮其修遠兮，吾將上下而求索。國際大廠(chǎng)的發(fā)展思路就是我們學(xué)習的標桿，筆者真誠希望國內廣大智能高清攝像機廠(chǎng)商能夠快速研發(fā)出和VideoIQ公司類(lèi)似的高清產(chǎn)品，填補我國的空白，充分利用我們發(fā)達的制造業(yè)，在技術(shù)創(chuàng )新上也打上“中國制造”的標簽。