未来视频监控:高清网络摄像机综述

2011-05-05 18:30:31来源: CBSi中国
  随着社会不断进步,经济快速发展和技术突飞猛进,公共秩序安全、生产安全、财产安全等越来越受到人们的重视,从而使以视频信息为特征的视频监控更为广泛地被应用在各行业领域,从传统的安防监控向管理和生产经营监控发展,从室内到无人值守特定场合应用的监控。

  传统的监控模式已不能满足政府“平安城市”、金融系统、高等教育、监管、监狱、文博等行业对安防的需求,而拥有网络化、智能化、数字化、远程化特点的网络视频监控系统则成为新的应用趋势,并形成一个高效、安全、先进的网络视频监控体系。

  在网络视频监控系统中,H.264编码压缩算法得以成功推广,随着用户的逐步认可、价格的降低及功能的完善,必然迎来高清网络摄像机主导未来视频监控领域的时代。

第一部分 高清网络摄像机的发展历史

  一、高清百万像素网络摄像机的描述:

  在这个“高清”横行的时代,随处可以看见冠以高清“头衔”的产品,那到底什么是高清?什么又是百万像素网络摄像机呢?

  1、高清的释义:

  目前,高清的定义只出现在广电行业,按照有关的标准,一般显示比例为16:9,至少能解析1080i(分辨率1920×1080)的数字信号,或扫描线数垂直和水平方向都必须达到720P的数字信号,只有满足或超到以上标准的产品才能被归类为高清产品。

  2、高清百万像素网络摄像机的定义:

  高清百万像素网络摄像机是指能按大于12FPS 连续采集最大分辨率大于720P(1280*720),甚至超过Full HD(1080P,分辨率1920*1080)到更高的2048×1536画面的网络摄像机。满足上文高清定义中提及的高清指标扫描线数垂直和水平方向都达到720P数字信号要求,可被理解为高清产品中百万像素级别。

  3、高清网络摄像机的运行特征:

  高清网络摄像机是高质量成像监控系统的源头,直接将视频进行数字采集(实际高端的数字传感器(CCDCMOS)才是,现在市面上大都是模拟采集),高清编码压缩并IP封装(即通过网络模块,把模拟信号压缩成数字信号),然后利用IP网络来承载高清视频流,实现高清的实时监控、录像、回放、转发的工作;其视频芯片为百万像素的CCD及COMS传感器(目前主流摄像机的CCD传感器像素多为44万像素),可以获得更多的视频信息,监控画面更清晰、自然流畅。

  二、高清百万像素网络摄像机的优势:

  一般百万像素网络摄像机较传统模拟摄像机、普通网络摄像机具如下优势:

  1、高清晰度,采用百万像素级传感器,能获得更多的视频信息,一般可达1280×720、1920×1080、1280×1024、1392×1024、1628×1236甚至2048×1536的分辨率。(在监控领域,前两种分辨率以治安监控的视频录像为主,后几种以道路抓拍为主。实际项目应用中,因系统造价和效果要求也将1920×1080即常说的1080P用于道路抓拍。)

  2、图象显示质量更高,能够更好地捕捉细节。

  3、逐行扫描CCD/COMS(高端的数字CMOS才具备逐行扫描,其价格甚至比CCD的还贵)让画面更清晰、自然流畅;方便集成智能分析功能。

  4、可支持HDTV的宽屏输出模式(16:9),HDTV实现了图像质量的一个巨大飞跃,这意味着更清晰的图像、更好的色彩保真度和宽屏格式。

未来视频监控领域:高清网络摄像机

  NTSC和HDTV的不同屏幕纵横比

  5、覆盖面更广,相同监视区域可以替代原有的多个固定点摄像机和一个全方位摄像机,节省线缆、安装、维护费用。

  三、高清网络摄像机的发展历程和趋势:

  闭路监控系统是随着电视和摄像机的出现发展壮大起来的,在这短短几十年的发展历程中,从二十世纪七、八十年代开始,随着新技术革命的兴起,微处理器进一步普及和发展起来,从黑白摄像机的诞生,到现在的高清晰摄像机的推出,摄像机的线数从380线发展到目前最新的高清晰摄像机线数可以达到上千线数。

  在视频监控领域,也发展到现在的高清网络摄像机阶段,这里的高清视频就是HDTV(即High Definision TV)。随着国际市场和国内市场对于监控系统的普及和大量使用,人们对图像的要求越来越高,从最开始的能看到图像,到现在的要清晰的图像,到今后的能进行处理分析的高清晰图像。因此在技术方面随着高清产业的不断发展和用户对高清晰影像的需求,Full HD已成为高清产业发展的新趋势。

第二部分 高清网络摄像机的类型

  一、感光芯片(Sensor)的重要性:

  摄像机感光芯片(Sensor)分为CCD和CMOS。摄像机的清晰度取决于Sensor性能,CCD与CMOS两种感光芯片相比,CCD传感器在灵敏度、噪声控制、高质量图像输出、动态影像表现方面都要优于COMS 。

  CMOS摄像机的最大特点,是可在图像传感器同一芯片上,集成所有摄像机功能电路的单芯片摄像机。CMOS摄像机与CCD摄像机相比,具有集成度高、体积小、功耗低、帧速高、读取速度快、制作工艺简单、价格低等优点。但CMOS摄像机又存在固定模式噪点影响图像质量,在相同尺寸情况下CMOS摄像机的灵敏度不如CCD摄像机的缺点。

  二、高清百万像素网络摄像机传输、编码压缩方式:

  1、现今,高清百万像素网络摄像机的信号传输一般有2种:一种为Mono/RAW传输,直接通过模数转换器芯片转换成数字信号不进行任何压缩编码在网络上传输,直接将数据传输给计算机并借助计算机的处理手段在计算机中显示出来;另外一种为编码传输。

  2、现今网络摄像机编码压缩方式主要有:

  ⑴、JPEG、MJPEG:

  ①、JPEG压缩技术是所有图像压缩技术的基础,适合静态图像的压缩,直接处理整个画面,压缩倍数为20-80倍,分辨率没有选择的余地。

  ②、MJPEG(Motion JPEG)是在JPEG基础发展起来的动态图像压缩技术,只单独的对某一帧进行压缩,而基本不考虑视频流中不同帧之间的变化。后来出现了多层式JPEG(ML-JPEG)压缩技术,采取渐层式技术,先传输低解析的图档,然后再补送更细节的压缩资料,使画面品质改善。

  ⑵、MPEG-4:

  MPEG-4主要应用于三个领域,数字电视、交互式的图形应用(包括内容上的合成技术)、交互式多媒体领域。国内外大部分百万像素网络摄像机产品一般使用MJPEG/MPEG-4视频流编码传输,MPEG4在网络视频监控应用中的优势主要包括以下几方面:

  ①、节约存储空间:视音频全同步40M--120M/路/小时,是同质量的MPEG1或MJPEG的1/10;节省存储硬盘成本投入以及后期的硬盘更换费用。

  ②、占用网络传输带宽少:由于压缩比是同质量的MPEG1和MJEPG的十倍多,所以网络传输时占用的带宽是同质量的MPEG1和MJEPG的1/10。如在64K的带宽上,MPEG1和MJEPG平均只能传1/2帧,而MPEG4可以传5--7帧,将大幅度节省了传输线路租用费。

  ③、错误恢复能力强:当网络传输有误码或丢包现象时,MPEG4受的影响很小并且能够迅速恢复。如在误码达到1%时,MPEG1已经无法播放,而MPEG4只会有轻微的边缘模糊;再如当网络传输由瞬间丢包现象时,MPEG1恢复至少需要10多秒,而MPEG4只需要1~3秒。

  ④、图像质量高:可以达到接近DVD的效果。

  ⑤、可变带宽:网络输出速率从56K--384K可调。

  ⑶、H.264:当今主流视频压缩格式。

  H.264是由国际电信联盟(iTU-T)所制定的新一代的视频压缩格式。H.264最具价值的部分是更高的数据压缩比。在同等的图像质量,H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的 MPEG-2高2~3倍,比MPEG-4高1.5~2倍。正因为如此,经过H.264压缩的视频数据,在网络传输过程中所需要的带宽更少,也更加经济。目前H.264已经获得DVD Forum与Blu-ray Disc Association采纳,成为新一代HD DVD的标准,不过H.264解码算法更复杂,计算要求比WMA-HD还要高。

第三部分 高清网络摄像机选型注意事项

  一、安防监控镜头的选择:

  视频监控系统中,百万像素高清网络摄像机的镜头选择也非常重要。安防监控镜头的种类多种多样,规格也多的让人眼花缭乱,在监控项目中选择一款合适的镜头是十分重要的。在高清网络摄像机镜头选择中,下面推荐手动和自动两款光圈镜头:

  1、手动光圈镜头:

  

未来视频监控领域:高清网络摄像机

  规格:Computar镜头,M1214-MP,2/3" C mount, 12mm/F1.4。

  

[1] [2]

关键字:高清网络摄像机  视频监控

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0505/article_3681.html
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