高清视频监控技术的现状及发展趋势

近年来，高清视频监控技术逐步进入人们的眼帘，成为未来安防监控领域技术发展的方向之一。“让我们看得更清楚些”、“还给人们一个清晰的世界”这样的呼声和口号也日愈高涨，体现出来的是一种需求和趋势。在这种趋势下，“高清”这一名词，不再像人们以前感觉到的那么遥远。越多来越多的厂商开始推出“高清”化的产品。透过市场上品类繁多的“高清产品”，我们发现，我们的目光应该不仅仅是停留在“高清”概念上，而应更多地关注“高清”产品的一、高清视频监控系统的发展过程及现状最初，“高清”概念与标准是广播电视业提出的。上世纪60年代，日本国家广播公司NHKF始研究高后来居上超越日本和欧洲，也是从那时起，大家承认了数字式电视是未来高清的发展方向。目前市场上的高清数字电视可以分为两大阵营，分别是欧洲的数字电视广播联盟DV¥口美国视频监控系统的发展经历了从模拟到数字的不同时期，其视频清晰度也相应地得到了不断的提高。并且随着CCD的不断发展，模拟视频监控和数字视频监控的清晰度又在纵向提高，模拟摄像机的水平分辨率从380线发展到540线，摄像机；在网络摄像机(IPCamera)方兴未艾时，则一般认为720P以上即可称为高清摄像机。而因CCDDSPt技术的进步，目前网络数字摄像机在高清视频监控领域正扮演着越来越重要高清对于视频监控并不是件容易的事情。它涉及到监控系统的颇多环节，从前端摄像机到传输，再到记录存贮和显示设备，为了到达“高清”指标都需要做出相应调整，只要一个环节满足不了要求，就达不到“高清”要求。二、监控行业高清标准高清视频监控近年来得以迅速发展，主要是为了解决人们在正常监控过程中“细节”看不清的问题。“高清”即“高分辨率”，关于高清的定义，最早来源于数字电视领域，高清电视，又叫“HDTV,是由美国电影电视工程师协会确定的高清晰度电视标准格式。电视的清晰度，是以水平扫描线数作为计量的，它的集中高清分辨率为1920X1080,隔行/60Hz,行频为33.75KHz。辨率为1280X720,逐行/60Hz,行频为45KHz分辨率，约为44万像素，清晰度在300至500电视线之间；采用高清网络800电视线的清晰度，那么网络摄像机的分辨率至少要达到12万像素的网络摄像机，就达到了超高清图像的要求，宽高比为16:9的网络摄像机，对应分到?率为1920x1080,宽高比为清”。安防市场中已经出现了分辨率能够达到1080i和720P的网络摄像机，这是因为网络给高清视频的传输提供了一个很高的保障。当然，也有具有高清传输接口的模拟摄像机，如具有Y/Pb/Pr和VGA所以，这里借用一下广电标准：能达到百万像素的摄像机，配套以1080P分辨率的显示设备及相应的传输通道，就可以形成一套可称之为高清的监控系统。安防视频监控行业目前还没有通用的高清标准。有厂家认为图像监检总局发布的《视频安防监控数字录像设备国家标准GB20815-2006》规定，随着科学技术的进步，“高清”技术必然引入视频监控领域，视频监控行业的高清标准也会不断完善。三、高清前端采集技术高清的视频效果的保证首先来源于高清信息的采集，如果没有前端高清视频采集，无法谈及后端的高清效果。无论前端采集设备一般使用网络摄像机。我们知道，摄像机的清晰度主要取决于感光芯片的性能，主要有CCD^CMOS!种，代表了其技术的不断发展，再经过图像处理芯片的配合，能够达到分辨率720P甚至1080i的样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体，而随着CMOSE制造工艺和影像处理技术上的不断突破，业内对CMOS勺前景预测也越来越乐观。高清数字影像的普及更是CMO蔽术发展的一个难得机遇。而且，与CCCffi比，CMOS勺制造原理更加简单，体积更小，功耗可以大大的降低，种种迹像表明：图像传感器的领域正面临着另外，镜头要能够保证进光量和角度，同时还要有一个适宜调焦和光圈来配合感光元器件的成像，因为高清的视频通常依赖于一个调焦的操作。对于焦距和光圈不满足实际需求来说，高清摄像机也惘然。在一体机中通常配合较高的变倍来更好的体现高清的效果。当然，评价一个高清摄像机，除了清晰度外，还有其他许多影响图像质量的因素，如超宽动态、自动白平衡、自动测光补偿等等。除了采集外,高清图像编码也是重要环节,高清视频编码最常用的编码格式是MPEG2-TSMPEG4H.264MPEG和MPEGKMovingPictureExpertsGroup）运动图像专家组制定，这是国际标准化组织（ISO）也有一个优点，那就是相对于另外两种编码，它对于系统资源的消耗是最小的。但是随着硬件技术的发展，MPEG4fc要用于低带宽应用和交互式图形应用（游戏等合成内容）、交互式多媒体（WWW等内容分标准框架的MPEG4第一版）成为国际标准（ISO/IEC14496-1）,提供多种算法和工具的第二版已于1999年底成为国际标准（ISO/IEC14496-2）。标准由国际电信联盟电信标准化部（ITU-T）和国际标准化组织/国际电工委员会（ISO/IEC）共同研究发布，格式的最大特点是在保证画面质量的情况下，它可以把文件大小控制在MPEG络式的二分之一甚至三分之一。所以其更高的压缩比、更好的IP和无线网络信道的适应性，在数字视频通信和存储领域得到越公司的采纳，同时也包含在HDDVDW蓝光中，包括华纳和环球等影业公司也有采用这种格式的意向。是最后被认可的高清编码格式，因为有微软的后台，所以这种编码格式不能小窥，相对于MPEG2VC-1的压缩比更高；但相对于H.264而言，编码解码的计算则要稍小一些。数字存储媒体和其他相关应用，具有性能高（与H.264相当）、复杂度低（算法复杂度比H.264明显低）、我国掌握主要知识产权、专利授权模式简单且费用低等特点。基于此，可以认为AVS标准是能够支撑国家数字音视频产业发展的重要标准，也是安防监控行业应该采纳的重要标准。JPEG2000是一■种图像编码格式，而并不是视频编码格式，设计之初是用于取代JPEG,而视频序区块编码方式，而改为采用以小波变换为主的多解析编码方式，压缩率比JPEG高约30%左右，同时在清晰度方面，它可以先解码一副画面的四分之一尺寸，然后再二分之一，最后解码出整幅画面；在图像质量方面，它可以先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图像由朦胧到清晰显示；“感兴趣区域”是指用户可以任意指定图像上感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部份先解压缩，便于突出重点。但JPEG200耐算量太大，压缩率不高，目前很难在嵌入式实时系统中实现，对存储传输也提出了较高的要求，目前仅有一些高清专用系统采用了这个算法。执行H.264HP@L4（1080P30fps、1080i60fps、720p60fps）的同步多格式高清编码、解码与转码方面，表现出色。还有一款高清入门级的TI芯片DM355它内置了编解码算法实现，能够以720p格式可编程、支持H.264和MJPEG（MotionJPEG是一种视频压缩格式，其中每一帧图像都分别使用JPEG编码）等多协议的优点，可广泛应用于实时视频通信、数字图像监控、网络摄像机等领域。五、高清传输技术监控系统传输技术主要有视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输和宽频共缆传输六种传输方式。每种传输技术都有其自身特点，有各自的应用层面，对于一个复杂的监控系统往往根据不同的传输距离，不同的监控要求，采用不同的传输方式。面对高清应用的超大数据量，以及实时性的要求，采用光纤传输是解决长距离视频不受电磁波干扰、重量轻、保密性好等一系列优点，广泛应用于国家及省市级的主干通信网络、有线电视网络及高速宽带计算机网络。而在视频监控系统中，光纤传输也已成为长距离音视频及控制信号传输的首选方式。但光纤传输需专门的技术人员负责光纤熔接及设备维护方面的工作，另外对于近距离监控信号传输不够经济。带宽约为10M,与D1画质的MPEG》目当。由此可以看出，对于“高清”，网络传输并没有特别的要求。不过有一点必须指出，目前的互联网是不能够承载高清画质的，必须是专网甚至光纤。相比模拟传输，数字网络传输高清视频具有得当然，由于高清占用了更高的网络带宽，在组建高清系统特别是大路数高清系统时对于网络带宽的使用还是应该精打细算。例如，如果使用100M以太网，实际上同时只能承载5路左右的高清图像（考虑到以太网的碰撞侦听特性）。如果同一视频源有多个用户访问，占用的带宽会更大。因此对于系统设计、组播、六、高清显示技术后端的显示设备一般分为CRTLCDPDP三种。受高清电视技术发展的影响，监控显示设备的高清化速度非常快。在轨道交通、平安城市等大型图像联网指挥中心，大都使用了拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟，现在一些新的显示技术带来了产品的不断升级，如索尼OLE嗝清屏仅0.3mm厚，日本NICT推出裸眼可视3D显示产品，还有适用于柔性显示的EP摩技术将逐渐把各种显示技术应用到产品，适应于工作、生活的各方面。这些产品无一不把高清放在最重要的位置，未来的高清显示产品将会拥有更加地多种多样、多姿多彩的市DVI信号的传输完全采用了数字格式，保证了视频源到显示终端的传输过程中资料的完整性，可以得到更快捷的传持数字显示的设备；而DVI-A类似于VG雌口，采用模拟信号传输；而DVI-I则是同时支持数字显示和模拟显示，并且码音频传输（支持DolbyDigital/DTS格式），无需单独使用音频连接线。同时其连接线的长七、高清的发展方向和前景首先，来看超高清技术的发展。日本在上世纪90年代就已研究出画面分辨率为7680x4320像素的超高清晰视频系统UHDVT,画质好得令人难以置彳to因其扫描行可达4000以上，故新系统被命名为4000（4K行）扫描线超高清晰度视频系统。超高清是在高清基础上的发展，其清晰度比目前市场上最先进的高清电视还要高出16倍。当然，新一代超高清主要还是为大屏幕电视或电视墙设计，因为在常规尺寸的电视上，肉眼无法分辨超高清电视技术带来的画面质量的改善。在安防监控领域，采用像素IPCJPEG200商码技术的1600万其次，是激光显示技术的发展。显示技术在历经黑白、彩色和数字高清显示时代后，将迎来大色域显示时代。三枪CRT使显示产品由黑白显示走向彩色显示，较好地再现了客观世界。随着数字技术的发展，高解析度视频图像的压缩、传输以及解码技术在图像领域的广泛应用，视频信号也由模拟信号转变为数字信号，从而解决了高分辨率画面的传输带宽和画面稳定问题。然而，由于显示发光光源的制约，前三代显示技术仅能再现人眼所能识别的色彩空间的30%,致使70%勺色彩无法通过显示让人们来感知，因此颜色的真实再现是下一代显示的关键。激光显示技术是以红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色激光为光源的显示技术，其充分利用激光波长可选择性和高光谱亮度的特点，使显示图像具有更大的色域表现空间，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼的表现力。激光显示色域覆盖率可达90%,色彩饱和度为传统显示的100倍以上，同时完全继承数字高清时代的高分辨率、数字信号等特征，实现人类有史以来最完美的色彩还原。我国激光显示技术研究是国家863计划项目，目前技术上与世界同步。预计在2010年以后，激光显再次，高清技术的发展将推动图像识别和智能分析技术的发展和应用，叫好不叫座的图像识别和智能分析技术一直未能得到业界普遍期待的大规模应用。主要原因是识别的精确度离用户的期待还有不小的差距，而图像的分辨率则是影响识别精确度的主要因素，高清监控技术的发挥和大规模市场应用将会为图像识别和智能分析技术的推广应用带来前所未有的机遇。如人脸识别技术的应用，目前主要应用于经特别设计的出入口通道等场合，每次也只能识别一张人脸，高清监控技术的应用将大大提高识别效率，拓展应用场合，如城市治安监控、银行营业厅监控、车站广场监控中的应用。止匕外，要注意的是，安防监控画面与电视电影画面的要求有着很大的差别。比如，在画面内容方面，电视讲究好内外高清电视标准相同的指标，符合黄金分割，也符合人眼观赏的舒适感。但是，安防监控要的是对场景、目标的关注，商榷。目前国内安防行业没有对高清监控的标准定义，许多厂家都在宣传自