在視頻監(jiān)控行業(yè)內(nèi),有很多里程碑式的產(chǎn)品,我們可以從這些產(chǎn)品中了解視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢。2000年左右,第一臺DVR面世奠定了視頻監(jiān)控行業(yè)從CCTV走向數(shù)字化的基礎;而到了2007年,業(yè)界首臺百萬像素的高清IPC的出現(xiàn),開啟了視頻監(jiān)控網(wǎng)絡化、高清化的序幕。
2013年,全球第一臺Smart IPC發(fā)布,標志著視頻監(jiān)控正式步入了智能實用化時代。這一路走來,從產(chǎn)品形態(tài)、技術路線的演變上,我們可以清晰地看到一個主線——那就是IP化。而根據(jù)全球最具權(quán)威性的調(diào)查機構(gòu)IHS的調(diào)查顯示,早在2013年,IP產(chǎn)品總銷售額就已經(jīng)超過了模擬產(chǎn)品,而且這個差距還在不斷擴大當中,到了2015年,IP產(chǎn)品的出貨量也將首次超過模擬產(chǎn)品。這意味著,2015年IP產(chǎn)品的出貨量和銷售額都將超越模擬產(chǎn)品,2015年將成為IP全面超越模擬的轉(zhuǎn)折之年,IP大時代強勢來臨。那么,作為IP大時代的“主力軍”,IP槍機有哪些軟硬件的提升來應對IP化的大浪潮呢?
一、圖像效果進一步優(yōu)化,產(chǎn)品適應性更廣泛
產(chǎn)品效果始終是用戶最關注的部分,因此在IP大時代,IP攝像機的產(chǎn)品效果也在不斷的提升中,以便適應越來越廣泛的應用場景需求。
分辨率更高
IP攝像機的出現(xiàn),促進了視頻監(jiān)控高清化的進程。而人們追求高清的腳步也從沒停止,IP攝像機也從最初的130萬,到現(xiàn)在200萬、300萬、500萬、800萬,最高甚至可以達到1200萬。而真正的高清是需要一系列配套產(chǎn)品來支撐的,后端高清NVR、解碼器、大屏等等自然不必多說,單就前端攝像機而言,除了高清的芯片之外,其實還有一個容易被大家忽略的配件,那就是鏡頭。
分辨率越來越高,也意味著對鏡頭的要求也越來越高,如果1200萬像素的攝像機配的是200萬像素的鏡頭,那得到的監(jiān)控畫面仍然是200萬。但是,由于種種技術限制,市面上超高清鏡頭并不多見,基本以國外品牌為主,而且價格不菲。想想看,每個攝像機都要配一個鏡頭,那總體鏡頭的成本就不是一個小數(shù)目了。因此,現(xiàn)在已經(jīng)有一些國內(nèi)監(jiān)控廠商開始建立自己的鏡頭研發(fā)團隊,旨在給用戶提供性價比更高,更有市場競爭力的鏡頭產(chǎn)品,保障高清的應用。
動態(tài)范圍更廣
目前市面上主要有三種類型寬動態(tài)產(chǎn)品:數(shù)字寬動態(tài)、120dB寬動態(tài)和140dB寬動態(tài)。數(shù)字寬動態(tài)主要是通過算法來實現(xiàn)的,無需硬件支持,但效果上一般沒有硬件寬動態(tài)好;120dB和140dB寬動態(tài)都屬于硬件寬動態(tài),所謂硬件寬動態(tài),就是圖像傳感器本身支持二次曝光,針對暗處的一次長曝光和針對亮處的一次短曝光,最后,再通過算法將兩次曝光后的圖像進行合成,就可以得到前景明亮、后景清晰的圖像了。而140dB寬動態(tài)攝像機相對于120dB寬動態(tài)攝像機來說,硬件和算法上都有了很大的提升,首先是圖像傳感器不僅可以支持二次曝光,甚至還可以支持三次曝光,在長幀和短幀之間有了一幀過渡幀的話,可以使圖像細節(jié)更豐富,畫面更自然。同時,也可以使動態(tài)范圍更廣泛,畫面暗處更明亮,亮處更清晰。但是,這樣的三次曝光對攝像機本身硬件性能的要求較高,因此,只有在新一代高性能平臺的攝像機上才能實現(xiàn)。
眾所周知,寬動態(tài)主要是用在逆光環(huán)境下,因此在大廳出入口、停車庫出入口、銀行柜臺、窗口等典型的逆光環(huán)境下使用較多。而寬動態(tài)的另一項應用則是夜間抑制車燈,夜晚環(huán)境下如果需要看清車牌,需要攝像機具備低照度,如果夜間抑制車燈無法很好應用,也會造成車牌無法看清的狀況,因此,星光級超低照度攝像機配上良好的寬動態(tài)效果,已經(jīng)逐漸成為道路監(jiān)控夜晚看車牌的明星產(chǎn)品了
照度值更低
人類對于高清的追求是永無止境的,因此向著更高清的方向發(fā)展是一個必然的趨勢。然而眾所周知,像素越高的攝像機其低照度效果越差,但隨著技術的發(fā)展,圖像傳感器工藝的進步,一定會出現(xiàn)既高清、低照度效果也好的圖像傳感器。其實目前市場上500萬像素以上的攝像機低照度效果相比較3年前已經(jīng)有了相當大的提升。
另外,像素越高,圖像傳感器等部件的價格越貴,考慮到CCD比CMOS成本上要貴很多,且兩者之間夜間成像效果已經(jīng)相差無幾,甚至結(jié)合一些優(yōu)秀圖像處理算法,CMOS的效果還要好于CCD,因此未來的超高清超低照度攝像機市場肯定還是要以CMOS為主。
超低照度攝像機通常指感光度較好的攝像機,只需要一點點光,就可以呈現(xiàn)比較明亮的圖像。而星光級超低照度攝像機是目前低照度領域夜晚監(jiān)控效果最好的一類攝像機,因其出色的夜晚成像效果,廣泛應用于平安城市、平安鄉(xiāng)鎮(zhèn)、交通、金融、高檔樓宇、住宅小區(qū)、校園、港口、高速公路、街道等對攝像機性能要求比較高但又不宜外加補光設備的環(huán)境下。例如道路監(jiān)控看車牌的場景,有些城市居民會覺得加了補光燈后造成光污染,比較排斥補光設備,而紅外攝像機照射車牌后,車牌的特殊材質(zhì)會導致反光,從而看不清車牌細節(jié),所以如果要看清車牌并不適合用紅外攝像機,星光級超度照度攝像機一出現(xiàn),就立刻成為平安城市道路監(jiān)控炙手可熱的機型,只需要利用一些微弱的路燈或環(huán)境光來進行補光就可以呈現(xiàn)明亮的圖像,達到看清車牌的目的。
二、編碼技術突破“天花板”,高清成本不再是阻礙
當我們思考如何有效降低存儲成本的同時,將不得不面對一個兩難的抉擇——圖像質(zhì)量還是數(shù)據(jù)量?顯而易見,當我們追求圖像質(zhì)量時,必須增加數(shù)據(jù)量。當我們想降低數(shù)據(jù)量時,必須犧牲圖像質(zhì)量。那么,如何打破這個僵局?
唯一有效的途徑,就是提升編碼效率。
視頻編碼技術在視頻監(jiān)控技術體系中的地位不亞于材料科學在航空技術體系中的地位,它是一門基礎學科。這意味著兩件事——第一,它的進展非常緩慢;第二,如果取得進展,那么將會帶來革命性的變化。
自從2003年?低曉谌蚍秶鷥(nèi),首次將H.264引入視頻監(jiān)控應用至今,已經(jīng)超過十年。H.264的編碼效率潛力已經(jīng)挖掘殆盡,所以必須用一種新的思路或新的技術來突破這個天花板。H.265無疑是H.264當之無愧的“繼承者”。
相比H.264,H.265提供了更多不同的工具來降低碼率。H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。信息量不多的區(qū)域劃分的宏塊較大,編碼后的碼字較少,而細節(jié)多的地方劃分的宏塊就相應的小和多一些,編碼后的碼字較多,這樣就相當于對圖像進行了有重點的編碼,從而降低了整體的碼率,編碼效率就相應提高了。這個過程有點像“ROI感興趣區(qū)域編碼”,針對重要的更多關鍵細節(jié)的部分進行增強劃塊, 無更多關鍵細節(jié)的部分進行簡單劃塊,但是這個過程在H.265上可以自適應識別實現(xiàn)。
圖1 H.264編碼分開示意圖 圖2 H.265編碼分開示意圖
反復的比較測試已經(jīng)表明,在相同的圖像質(zhì)量下,相比于H.264,通過H.265編碼的視頻碼流大小可以減少大約39-44%。由于質(zhì)量控制的測定方法不同,這個數(shù)據(jù)也會有相應的變化。以目前主流的分辨率為例,H.265在1080p分辨率下相比H.264碼率降低40% ~50%,這也就意味著,1080p全實時只需要1.5~2M左右的碼率。此外,隨著分辨率的提 升,H.265碼率降低也會更多,H.265在4k超高清分辨率下可降低50%~60%的碼率。
H.265憑借其超強的視頻壓縮效率,已然成為史上“最強”編碼技術,讓視頻監(jiān)控的碼率相對于當前的編碼技術最少降低了一倍。
三、硬件性能大幅度提升,智能前置成為主流
IP化發(fā)展過程中,智能化是“如影隨形”的。在智能化進程發(fā)展過程中,很長一段時間內(nèi),視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能分析功能都是采用中心分析的方式來實現(xiàn)。這種方式有其獨特的優(yōu)勢,比如不需要前端攝像機具有智能分析功能,只需要上傳視頻流給智能分析服務器即可;再比如,因為硬件結(jié)構(gòu)決定了智能分析服務器具有超高的處理性能,一臺智能分析服務器可以同時處理幾十路前端視頻流,等等。但即便如此,這種方式仍然存在一些難以調(diào)和的問題,例如隨著系統(tǒng)規(guī)模的增長,后端存儲管理和傳輸帶寬的壓力將逐漸增大,那就需要通過提高后端設備的性能來解決,而如果要提高服務器配置、增加服務器及交換機數(shù)量等,最終會導致視頻監(jiān)控系統(tǒng)成本的提升。
智能前置是相對于監(jiān)控中心智能分析服務器的后端智能分析來說的,簡單點說就是把一些智能分析算法嵌入前端攝像機產(chǎn)品中,直接利用攝像機來進行智能分析或行為偵測等,再把分析結(jié)果或報警信號傳給后臺。
智能前置的方式相當于給每一臺攝像機賦予了一個“智慧的大腦”,讓它們有“獨立思考”的能力。早期攝像機主要功能就是采集圖像和聲音信號,作用類似于人的“眼睛”,模擬攝像機實現(xiàn)了“看得見”,高清攝像機實現(xiàn)了“看得清”,那么智能前置的攝像機既要實現(xiàn)“看得清”、“看得懂”,還要“善思考”和“易交流”。 從目前的發(fā)展來看,智能化的攝像機絕不是相關的技術人員和產(chǎn)品供應商為純粹的商業(yè)目的而增加的“噱頭”,而是他們?yōu)閿z像機能夠更好地滿足實際應用需求所進行各種技術創(chuàng)新的成果。
從目前來看,智能前置這種方式有效解決了后端智能分析存在的一些問題,成為近年來智能發(fā)展的新方向。其主要優(yōu)勢主要表現(xiàn)有:一、精確度和實時性提升。因為不需要把視頻傳輸?shù)胶蠖酥悄芊治龇⻊掌鱽硖幚,因此不存在傳輸時可能產(chǎn)生的網(wǎng)絡延遲、丟包或由壓縮造成的誤差等情況,可以提升分析的精確性。另外,從傳統(tǒng)的“事后查閱錄像”到“事中及時響應”,大大提高了實時性,提升監(jiān)控的價值。二、規(guī)避了單點故障。把智能算法集成到每一個前端攝像機上,當其中有一臺機器的智能功能失效,智能監(jiān)控系統(tǒng)中的其他攝像機并不會受到影響,仍然可以獨立完成智能偵測和分析,從而降低風險,保證了整個系統(tǒng)的可靠性。三、系統(tǒng)建設成本降低。智能分析工作放到前端來處理,再傳輸分析結(jié)果到后臺,一方面網(wǎng)絡帶寬的壓力和成本降低了,另一方面由于服務器只需要處理報警就可以,還可以節(jié)省大量后臺服務器的配置和維護成本。
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