淺談高清視頻監控在智能建筑行業的應用

萬云峰 / 周 鳴 （廣州市偉昊科技電子有限公司, 廣東 廣州 510055)

0 引言

“高清”本身是一個比較主觀的概念，是人眼對視頻圖像清晰程度的識別。高清到底是什么？究竟是清晰的畫面還是一種記錄的格式？百萬像素攝像機是不是高清攝像機？高清攝像機有哪些優勢和劣勢？本文將與大家一起探討什么是高清攝像機以及高清視頻監控在智能建筑行業的應用。

1 高清視頻監控的概念

“高清”的概念最初是由電視行業提出， 經過幾十年的發展，在廣播電視行業已得到很好的應用。然而安防行業引入“高清”的概念則遲了許多，且沒有對高清監控的標準做出定義，大部分廠家都在宣傳自己的“高清”。在過去的模擬視頻監控時代，大家通常把電視線在480TVL或540TVL以上的攝像機稱為高清攝像機。然而高清攝像機不僅僅是電視線數達標，更主要是體現在畫面的清晰度上，而要做到畫面的高清晰度，與寬動態、信噪比、白平衡、色彩還原、測光補償等方面是息息相關的，要達到綜合要求才能算得上是高清攝像機。

隨著視頻監控系統由傳統的模擬時代向數字化、網絡化的演變，人們對視頻畫質也提出了更高的要求。HDTV（High Definition Television）的應用也逐漸擴展到了視頻監控領域并得到了不斷的重視，在實際項目中也開始采用HDTV標準。根據SMPTE（電影電視工程師協會）標準，高清IP監控系統要求如下：

1）分辨率需達到1280×720/逐行或1920×1080/隔行/逐行；

2）幀率需達到全幀速，即25/30fps；

3）具有更好的圖像色彩保真度；

4）16:9格式。

由此可見，百萬像素攝像機已經達到高清攝像機的分辨率要求了，另外的關鍵指標是是否達到實時幀率和是否具有16:9的高圖像色彩保真度效果。只有在滿足上述條件的前提下，才能稱之為高清攝像機。但是，由于目前百萬像素攝像機與高清攝像機在像素、色彩還原、長寬比、幀率的區別不是十分明顯，所以我們通常把高清攝像機與百萬像素攝像機“相提并論“，本文主要討論網絡高清監控給視頻監控系統帶來的改變。

2 高清視頻監控的優勢

視頻監控系統是安防系統的重要組成部分，值班人員或有關領導通過電視墻、計算機等顯示設備能實時、直觀地監看對象畫面，是作為事前防范處理和事后分析取證的一種重要手段，如今也已成為維護治安及協助公安機關破案的有效工具，但是事后錄像回放效果欠佳，難以發揮出真正的作用，因為缺乏有效的視頻監控導致真相也隨之“躲貓貓”。大家應該都有類似的印象，之前無論報紙還是電視上所播出的犯罪現場的監控錄像或截圖，都像UFO照片一樣模模糊糊讓人看不清。更重要的是無法讓公安機關在最短的時間內破案，需要耗費大量的人力物力來還原圖像。因此作為扮演著“眼睛”角色的前端攝像機，其性能的好壞及圖像質量的高低將直接影響到實時監看和錄像效果。

2.1 覆蓋范圍

對于視頻監控而言，圖像清晰度無疑是最關鍵的特性。由于高清攝像機能達到更高的分辨率，其監控覆蓋面也更廣更寬，因此一臺高清攝像機就能達到數臺普通攝像機的監控效果?？梢杂行У乜s減系統規模，避免各種繁復的視頻線、控制線和電源線的鋪設，有效降低施工難度和控制成本。

2.2 圖像細節

通過使用更為先進的感光元件，搭配逐行掃描方式可以有效解決隔行掃描帶來的梳狀模糊現象，以及針對移動對象獲取高清晰無鋸齒的視頻，使圖像細節更為清晰、細膩，提供更好圖像畫質的同時也使錄像變得真正有價值。

3 高清視頻監控面臨的問題

3.1 高帶寬

高清意味著高帶寬。高清監控在傳輸這一環節往往受到帶寬的影響。早期的百萬像素攝像機主要壓縮方式為M-jpeg，雖然編碼方式簡單也比較成熟，但其缺點也很明顯。因其采用幀間壓縮技術，壓縮效率低。此外它的實時性差，很難完成實時壓縮，而且丟幀嚴重，如果采用高壓縮比則視頻質量會嚴重降低。為了解決這個問題，目前主流百萬像素高清攝像機多數采用的是H.264幀內壓縮方式，可區分每幅影像的差異而且只傳送影像不同的部分，其最大的優勢是具有很高的數據壓縮比率，能夠在低碼率情況下提供高質量的視頻圖像。需要注意的是，越高效的視頻編碼算法，其對編碼壓縮芯片的處理能力要求越高，因此芯片的成本也越高。三星智能編碼算法能對人臉及自定義區域進行高質量圖像壓縮，非重要或變化不大的場景則使用低質量圖像壓縮，該技術能大大節省碼流，解決海量存儲問題。

3.2 海量存儲

視頻監控主要是視頻碼流的持續寫入，而存儲空間是與碼流成正比的，高清視頻監控需要大量的碼流來支持其高分辨率，因此會遇到大量的存儲空間需求。目前解決海量存儲的辦法主要是通過移動偵測、設置重要時間段存儲、降低幀率、報警觸發錄像等方式相結合來滿足存儲需求。多數情況下人們往往只會看到高清攝像機“需要如此大的存儲空間”，而忽略其一臺高清攝像機覆蓋范圍就相當于數臺標清攝像機能覆蓋的范圍，不僅不會提高總體存儲空間，而會因其能提供優異的圖像質量使視頻存儲更具有真正價值。

普通標清攝像機

三星高清攝像機

3.3 高成本

成本價格是目前高清網絡攝像機市場普及的最大阻力。要實現真正的高清視頻監控必須從視頻源的采集、視頻信號的編碼壓縮、視頻信號的傳輸、視頻的瀏覽、錄像文件的回放等環節全面支持高清才有意義。高清系統對于存儲、帶寬等要求要比標清系統更高，而對于眾多的普通客戶而言，成本是任何項目所必須考慮的問題，因為任何一項新技術新產品在投放市場之初時是比較昂貴的。因此高清的應用還是需要因地制宜，集中在一些重要場合進行部署。

4 高清在智能建筑行業的應用

4.1 需求分析

相對傳統標清而言，高清能帶來更優異的圖像等各種全新的視覺體驗。然而在實際項目過程中，受制于帶寬、存儲、成本等各種因素，并不需要將整個視頻監控系統換成高清配置。充分考慮各種場景及環境的影像，利用原有模擬監控系統搭配IP攝像機、高清攝像機，混合搭建一個完整的、性價比高的系統，不僅能滿足有效控制成本的需求同時也能帶來體驗高清帶來的改變。

4.2 前端

如只需對場景進行大概的了解，如在大廳、走廊及地下停車場總體人流、車流情況，沒有對人臉、車牌識別的需求，在這樣的情況下，可以使用原有模擬或普通IP攝像機來對場景進行總體監看；如在一般監看的需求上對畫面細節、清晰度有更高的要求，如對畫面中的人物和車牌進行清晰識別則可以使用高清攝像機獲得目標更多的細部特征。 三星SNB-7000P網絡高清攝像機最大支持300萬（2048×1536）像素，寬動態功能能更好的適應各種逆光環境，通過智能編碼技術可以大大節省碼流和存儲空間，POE可大幅度減少線材的鋪設，減少安裝難度和降低工程成本；可同時傳輸多種編碼方式，支持多種不同的用途；搭配NET-i網絡管理平臺能不受時間、地點限制從而直接實現遠程視頻監控的目的。

寬動態關閉

寬動態打開

通過POE供電，不僅減少了復雜的布線問題還不斷地降低了安裝成本。

4.3 傳輸

采集高清畫面之后需要考慮的問題就是視頻信號的傳輸，而高清視頻對傳輸也提出了更高的要求。如果一套建設好的系統選用的都是能夠產生或處理高質量畫面的攝像機、鏡頭、監視器、錄像機，但是沒有良好的傳輸系統，最終在監視器上看到的圖像將無法令人滿意。根據“木桶法則”，最終的圖像質量將取決于整個系統中最差的一環，而這最差的一環往往就是傳輸系統。為了滿足高清視頻監控的高帶寬和實時性的要求，目前主要是使用光纖+通信網絡兩種混合傳輸模式來解決高清帶來的高帶寬占用問題。光纖主要具有衰減小、頻帶寬、不受電磁波干擾、重量輕、保密性好等一系列優點，通過將視頻及控制信號轉換為光信號在光纖中傳輸，是解決長距離視頻監控高速傳輸系統的最佳解決方式。隨著目前網絡傳輸技術的迅猛發展，通信網絡也逐漸朝1000M甚至10000M方向發展。只有根據實際需要選擇合適的傳輸方式才能達到理想的傳輸效果。

4.4 存儲

毋庸置疑，存儲系統是視頻監控系統中重要組成部分之一。從現階段乃至今后相當長一段時期，監控的視音頻數據存儲下來以備檢索取證，仍將是監控系統的主要功用之一。三星SRN-1671P網絡視頻錄像機通過H.264/MJPEG雙編碼方式支持百萬像素分辨率的錄像及400fps下的4CIF高分辨率實時錄像。三星NET-I Ware錄像軟件更是支持64路網絡視頻接入并可路數擴展，搭配免費viewer瀏覽，是中小型平臺搭建的最佳選擇。

4.5 平臺

海量數據在對網絡提出挑戰的同時，對平臺的處理能力也提出了巨大的挑戰。面對智能建筑行業項目規模日益龐大和復雜，一個強大的支撐調度軟件必不可缺少。三星NET-i具有良好的靈活性及穩定性，支持最大64路100Mbps網絡視頻存儲，可實現語音對講、報警聯動、圖像輪巡及圖像查詢回放等功能。

4.6 顯示

高清顯示效果必須使用大尺寸顯示設備才能表現出來，目前主要采用LCD、PDP、DLP 三種拼接墻技術，其中LCD 在圖像分辨率、畫面細膩度、灼屏、安裝體積、耗和后期維護成本上具有領先優勢，三星UT“超視界”系列無縫液晶拼接顯示器具有超窄邊、超清晰、超高亮度、超高對比度的“四超優

5 結語

勢”，能更好的在拼接墻上清晰展示畫面及最大程度減少觀看者的視覺盲點和視覺割裂感。鑒于一代46″超視界拼接屏的良好表現，更推出了32″、40″高清液晶監視器和55″第二代超視界拼接屏，足以滿足市場需要。

視頻監控系統是與光學、傳感、芯片、編解碼、網絡、存儲、電氣等技術密切相關的，任何相關技術的突破都可能帶來新的發展。而更好的畫質和更清晰的細節勢必帶來更好的體驗，高清也是視頻監控永恒的追求。我們相信隨著更合理的價格和更成熟的技術發展，無論你是堅守在模擬監控時代還是對網絡高清監控持觀望狀態，高清時代的腳步已離我們越來越近了。

[1] 西剎子.安防天下——智能網絡視頻監控技術詳解與實踐[M]北京：清華大學出版社，2010.2

[2] 三星泰科. 三星網絡監控系統應用方案[M].