CCD 攝像機質量對網絡攝像機的影響

CCD 攝像機質量對網絡攝像機的影響
提要：網絡攝象機 ( 網絡攝象服務器、視頻服務器、網絡視頻轉換器等 ) 采用的 CCD 攝像機的質量對帶寬的影響很大，采用優(yōu)質的 CCD 攝像機可以大大減少網絡攝象機的帶寬。

1. 問題的提出

網絡攝象機技術的發(fā)展，特別是寬帶網絡的普及，使得基于網絡的網絡監(jiān)控應用正在普及。靈活的監(jiān)視和控制配置、與信息網絡緊密融合、長距離遠程監(jiān)控等優(yōu)勢都是傳統(tǒng)監(jiān)控所不可比擬的。如何正確掌握及合理應用網絡攝象機是用戶面臨的新課題。

網絡攝象機實際應用中的主要問題，第一是圖像壓縮技術問題：第二就是網絡帶寬數據傳輸問題。所謂解決帶寬問題的實質就是如何在有限的帶寬上傳輸更高質量的圖像，當然還有計算機操作系統(tǒng)軟件管理能力的提高（解壓）問題；圖像數據壓縮技術的發(fā)展以及高速中央處理器的應用等都是解決網絡攝象機圖像壓縮問題的基礎技術，許多技術（特別是 MPEG4 ）的發(fā)展，無疑使我們今天的網絡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量是圖像壓縮的關鍵

在一定的壓縮技術和一定的應用環(huán)境下，是什么因素影響網絡攝象機的帶寬呢？這就是系統(tǒng)前端使用的 CCD 攝像機是否能夠送出穩(wěn)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，這個因素往往被大家忽視。不穩(wěn)定不干凈的圖像輸入到網絡攝象機后，網絡攝象機識別為新增加的原始參考圖像而被重新傳輸。本來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、畫面扭曲或滾動、干擾條紋、噪點等等。實踐證明，網絡攝象機傳輸的這些不穩(wěn)定不干凈的圖像本來應該作為沒有變異的圖像傳輸，那么這些圖像數據所占用的傳輸帶寬就一定很大。為什么會出現這個結果呢？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兩個環(huán)節(jié)來實現：第一個環(huán)節(jié)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。第二個環(huán)節(jié)是對圖像形成過程的壓縮，就是在連續(xù)圖像傳輸的過程中，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現了壓縮，也就減少占用過多的帶寬，。

比如，我們監(jiān)控一個房間里的情況。在房間里沒有人或動物走動時，我們看到的圖像是靜止的，此時網絡攝象機沒有必要重復傳輸那么多相同的畫面，所以靜止狀態(tài)所占用的帶寬很小。而當有人或動物走動時，網絡攝象機只需傳輸圖像變化的部分，這樣就使整個圖像數據大為減短。圖像數據雖然減短了，但是仍然忠實的記錄了房間內的全部情況。網絡攝象機在識別圖像是靜止還是活動的依據主要是檢測圖像的灰度（或色階）是否發(fā)生變化，沒變化就是靜止的，反之就是活動的?？墒怯绊懟叶茸兓囊蛩夭粌H是移動的人和物體，而且還有光線的變化和我們上面提到的不穩(wěn)定和不干凈圖像噪聲信號的影響，在網絡攝象機的眼里，即使是靜止的房間，對于這些不穩(wěn)定不干凈的圖像它也認為是變異的畫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 CCD 攝像機確保變異圖像減少

采用優(yōu)質 CCD 攝像機可以提高信噪比和實現高速追蹤白平衡是確保變異畫面減少，從而減少網絡攝象機帶寬的關鍵。

沒有噪聲的畫面就是干凈的畫面，表現的指標就是信噪比高，相反，信噪聲比不好的 CCD 攝像機的畫面中充滿噪點，而噪點在畫面中的位置是沒有重復性的，每一禎畫面都不一樣，在網絡攝象機看來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。實驗表明，這樣的畫面數據比干凈畫面的數據要大 30% 以上甚至更多，這就是我們很多用戶的網絡攝象機帶寬增大的主要原因之一。

另外一個參數是 CCD 攝像機的追蹤白平衡的速度，這個參數實際上反映的是 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 萬次 / 秒，優(yōu)質 CCD 攝像機中的 DSP 的運算速度可達 1000 萬次 / 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)境來說明這個問題。

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，也就是說大致需要 6 — 8 個圖場（ PAL 制為 50 場 / 秒）才能完成 1 個白平衡的變化，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變化速度的，因此在日光燈照明的環(huán)境下，所攝圖像就會產生色偏和色漂移的現象，原本靜止的畫面就會變成顏色周期性變化的“活動“圖像，這樣受騙的自然又是網絡攝象機了。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(wěn)定的圖像。這個例子的啟示是：隨著環(huán)保和節(jié)能要求的不斷提高，脈沖式照明的應用也會日益廣泛，而在這樣的形勢下，網絡攝象機對采用的 CCD 攝像機的 DSP 的運算速度的要求就會變成必須了，也就是說，對 CCD 攝像機 DSP 的運算速度的要求將成為網絡監(jiān)控（硬盤錄像機也一樣）的一項指標。

從以上的分析可以看出，優(yōu)質 CCD 攝像機（提供 52db-60db 的信噪比指標和 1000 萬次 / 秒 DSP 運算速度）可以大大提高網絡攝象機的應用質量。

當然，影響 CCD 攝像機畫質的指標還有 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的信噪比。

值得說明的是， CCD 攝像機的清晰度指標對畫質的影響不大，而對網絡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，盲目追求網絡攝象機的高清晰度不僅提高了使用造價，而且增加了圖像的傳輸、處理和存儲數據，這是不科學的選擇。