解析：IP網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)為何可欲亦可求

2008年以前，在安防監(jiān)控領(lǐng)域，IP高清攝像機(jī)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，在滿足大家期望的同時(shí)，仍不免糾結(jié)。于是，IP高清攝像機(jī)就在迷惘中前進(jìn)著。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(zhǎng)，是用戶對(duì)IP高清監(jiān)控快速認(rèn)可的最好體現(xiàn)。而這種認(rèn)可度上的提升，與IP高清攝像機(jī)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(jī)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(jī)，而是貫穿視頻采集、編碼、傳輸、存儲(chǔ)、控制、解碼輸出，到中心管理軟件的全過(guò)程各個(gè)節(jié)點(diǎn)，從這個(gè)意義上講，高清監(jiān)控不是靠某個(gè)產(chǎn)品或某幾個(gè)產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它一定是一場(chǎng)持久戰(zhàn)，需要的是整體解決方案。完整的高清監(jiān)控解決方案，涵蓋了如下從前到后的各個(gè)環(huán)節(jié)。

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(shù)，而且基本都應(yīng)用在中高端市場(chǎng)；而CMOS的價(jià)格便宜基本都應(yīng)用于低端市場(chǎng)；但是隨著CMOS在制造工藝和影像處理技術(shù)上的不斷突破，業(yè)內(nèi)對(duì)CMOS的前景預(yù)測(cè)也越來(lái)越樂(lè)觀。

編碼及傳輸

除前端采集外，高清編碼及傳輸也是在監(jiān)控系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，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(duì)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，高清意味著需要更高帶寬，以1080P計(jì)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(dāng)。由此可以看出，對(duì)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(duì)大路數(shù)的高清傳輸還有一定的瓶頸，在一些平安城市或多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目中，大都采用專網(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(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

高清存儲(chǔ)

IP高清存儲(chǔ)常見(jiàn)的類型一般采用兩種方式：分布式存儲(chǔ)和集中存儲(chǔ)；通常采用NVR做分布式存儲(chǔ)，而大系統(tǒng)的集中存儲(chǔ)則使用IP-SAN來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著IP高清的普及，IP-SAN在存儲(chǔ)中扮演著越來(lái)越重要的角色，IP-SAN通過(guò)采用IP構(gòu)架的以太網(wǎng)傳輸，具備良好的擴(kuò)展性、共享性和較低的分?jǐn)倯?yīng)用成本，是目前多路高清監(jiān)控存儲(chǔ)主要采用的技術(shù)之一，而存儲(chǔ)介質(zhì)儲(chǔ)多半是采用我們常見(jiàn)的硬盤(pán)，容量一般是TB級(jí)別，隨著2TB硬盤(pán)甚至更高容量的產(chǎn)品走入我們視線，大型高清監(jiān)控系統(tǒng)PB級(jí)海量存儲(chǔ)解決方案也得到普遍應(yīng)用。

目前高清存儲(chǔ)面臨的一個(gè)問(wèn)題就是在大路數(shù)多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的高清項(xiàng)目中，如果降低存儲(chǔ)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)有廠家可以實(shí)現(xiàn)2M碼流傳輸720P的高清圖像，使一路高清一小時(shí)的存儲(chǔ)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(xiàn)畫(huà)面切換，高清上墻，輪詢切換等。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(yīng)用范圍也最廣，造價(jià)也最便宜；HDMI接口代表著高清顯示接口的趨勢(shì)，它的主要特點(diǎn)是色彩還原度高，畫(huà)質(zhì)無(wú)損耗。

平臺(tái)控制

目前在平臺(tái)尤其以大規(guī)模高清監(jiān)控平臺(tái)遇到問(wèn)題最為典型，例如：視頻設(shè)備數(shù)量龐大；前端設(shè)備的品牌很雜需實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理；實(shí)施過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多種多樣；在多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的情況下，還經(jīng)常涉及到多級(jí)聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題，對(duì)接困難等。針對(duì)這種情況，高清平臺(tái)部署可采用“分而治之”的策略將高清監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成化整為零，將大系統(tǒng)建設(shè)問(wèn)題按管理分級(jí)、業(yè)務(wù)分層、設(shè)備分類進(jìn)行逐級(jí)分解為小系統(tǒng)建設(shè)問(wèn)題，以邏輯上的虛擬條帶為構(gòu)建基礎(chǔ)單元解決系統(tǒng)中大量設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)靈活的系統(tǒng)擴(kuò)充，也便于系統(tǒng)建設(shè)分步實(shí)施。

高清攝像機(jī)方案重點(diǎn)

高清監(jiān)控Image Sensor是關(guān)鍵

IP高清攝像機(jī)從本意上講超越了傳統(tǒng)常用的模擬攝像機(jī)。現(xiàn)在市面上的高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)已經(jīng)形成以百萬(wàn)像素為基礎(chǔ)，200萬(wàn)像素，300萬(wàn)像素為先導(dǎo)的多元化產(chǎn)品格局。一臺(tái)IP高清網(wǎng)攝像機(jī)主要由視頻采集、視頻編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葞撞糠纸M成。一臺(tái)IP高清攝像機(jī)可以被看作一臺(tái)高清攝像機(jī)和一臺(tái)電腦的結(jié)合體。它通過(guò)CMOS/CCD感光器進(jìn)行逐行掃描，將光信號(hào)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，從而使用戶能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的基于IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)架在本地或者遠(yuǎn)程地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)觀看、存儲(chǔ)和管理高清視頻數(shù)據(jù)。

IP高清攝像機(jī)以核心部件的圖像傳感器(ImageSensor)做分類的話，主要有CCD和CMOS兩種。其中CMOS又細(xì)分為傳統(tǒng)的CMOS和ExmorCMOS即背照式CMOS。CCD和CMOS就基本結(jié)構(gòu)和工作原理來(lái)說(shuō)，區(qū)別如下：

CCD是ChargeCoupledDevice(電荷耦合器件)的縮寫(xiě)，它是一種半導(dǎo)體成像器件，CCD電荷耦合器存儲(chǔ)的電荷信息，需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)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(fù)雜。

CMOS是ComplementaryMetal-OxideSemiconductor(互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體)的縮寫(xiě)，和CCD一樣同為在高清攝像機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體，CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流(或電壓)信號(hào)，信號(hào)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(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，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(jié)能方面具有很大優(yōu)勢(shì)。

IP高清攝像機(jī)的“大腦”：核心處理芯片

高清IPC的設(shè)計(jì)方案很多，但從架構(gòu)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(shè)備，配套提供實(shí)現(xiàn)圖像處理和編碼功能的SoC芯片；其二，采用前端攝影機(jī)模塊，作為圖像采集設(shè)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(gòu)設(shè)計(jì)靈活，廣泛被廠家采用。

在圖像處理方面有三種實(shí)現(xiàn)方案：第一種方案采用專用的ISP處理芯片和編碼處理部分，該方案較靈活，采用專用的ISP芯片穩(wěn)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，且專用的ISP處理芯片穩(wěn)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(xiàn)信號(hào)處理及編碼功能，該方案靈活性最強(qiáng)，但是穩(wěn)定性差、成本最高、圖像質(zhì)量難于保證。專用ISP方案設(shè)計(jì)靈活、性價(jià)比高、可以保證圖像的質(zhì)量，適用于高清IPC的設(shè)計(jì)。

IP高清攝像機(jī)產(chǎn)品的創(chuàng)新及應(yīng)用

隨著IP高清攝像機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)張，用戶對(duì)畫(huà)面品質(zhì)及功能的不斷提升，IP高清攝像機(jī)會(huì)逐漸從一個(gè)單純的安防監(jiān)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(shè)備，具體來(lái)說(shuō)，IP高清攝像機(jī)在如下幾個(gè)方面會(huì)有創(chuàng)新及應(yīng)用。

IP高清攝像機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合

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

IP高清攝像機(jī)與報(bào)警設(shè)備聯(lián)動(dòng)

IP高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)上的報(bào)警(ALARMI/O)接口，可處理開(kāi)關(guān)量電平，當(dāng)IP高清攝像機(jī)接收到此數(shù)據(jù)后，可以對(duì)其進(jìn)行編碼處理，而后送入TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)應(yīng)用軟件對(duì)該報(bào)警信號(hào)進(jìn)行各種聯(lián)動(dòng)響應(yīng)設(shè)置，如發(fā)出聲、光報(bào)警與進(jìn)行報(bào)警錄像等。

IP高清攝像機(jī)與移動(dòng)設(shè)備結(jié)合

隨著3G技術(shù)的普及，以及每臺(tái)IP高清攝像機(jī)都擁有自己獨(dú)立的IP地址，可以通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)能夠直接與移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)時(shí)傳輸高清圖像，實(shí)現(xiàn)無(wú)線高清視頻的傳輸。也可以在IP高清攝像機(jī)中配置內(nèi)置的Email、FTP等客戶端，當(dāng)在能接入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，IP高清攝像機(jī)設(shè)備還可以通過(guò)Email、FTP等方式把報(bào)警觸發(fā)時(shí)抓拍的圖片或錄像發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備。也可以通過(guò)COM口與能連接的SIM卡的設(shè)備連接，利用短信、彩信方式下發(fā)給指定的手機(jī)終端。這樣，做到實(shí)時(shí)且智能的監(jiān)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(jī)

因?yàn)镮P高清攝像機(jī)前端即是帶有操作系統(tǒng)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(dāng)?shù)?、適合特征場(chǎng)合的應(yīng)用。比如，可嵌入出入口人數(shù)統(tǒng)計(jì)功能。該功能可通過(guò)對(duì)攝像機(jī)所監(jiān)控的畫(huà)面進(jìn)行分析，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算穿越重要出入口或指定區(qū)域的人或物體的數(shù)量。而且在低碳時(shí)代，為智能算法與節(jié)能環(huán)保思想的結(jié)合則開(kāi)辟了另一巨大的市場(chǎng)。在黨政機(jī)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(fèi)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(diào)整燈光的強(qiáng)度等。

綜述

在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化大潮的推動(dòng)和市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，IP高清獲得了實(shí)實(shí)在在的突破。IP高清攝像機(jī)所特有的聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放、遠(yuǎn)程訪問(wèn)等特性勢(shì)必會(huì)大量應(yīng)用在各種各樣的實(shí)際項(xiàng)目中，這標(biāo)志著安防監(jiān)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(xiàn)，高清監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，將加速促進(jìn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與安防其它子系統(tǒng)的無(wú)縫整合，再進(jìn)一步促進(jìn)安防系統(tǒng)與行業(yè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接，這為視頻監(jiān)控帶來(lái)更廣闊的發(fā)展空間?？梢杂鲆?jiàn)未來(lái)的安防監(jiān)控肯定是IP網(wǎng)絡(luò)做主導(dǎo)，IP高清做先鋒！