網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控 索尼技術(shù)引領(lǐng)未來

引言

    在安防監(jiān)控領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控正以前所未有的速度發(fā)展著。從08年到09年，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與模擬攝像機(jī)的構(gòu)成比例已經(jīng)發(fā)生了顯著的變化，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的占比增幅顯著。造成這一變化的原因多種多樣，比如網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)了高清實時圖像，產(chǎn)品類型越來越豐富，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的改善帶來了更大的帶寬和更高的網(wǎng)速，等等。面對網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢，業(yè)內(nèi)應(yīng)如何調(diào)整產(chǎn)品發(fā)展方向，如何調(diào)整渠道資源，如何推廣網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和平臺管理軟件的解決方案，諸如此類的問題是需要我們思考的。

    從網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的產(chǎn)品和技術(shù)角度來看，索尼認(rèn)為以下八個方面的表現(xiàn)最為重要：

    1） 高清晰度。圖像的清晰度和分辨率，圖像是否足夠清晰從而辨別出畫面細(xì)節(jié)；

    2） 高畫質(zhì)。圖像的色彩還原是否真實、艷麗，動態(tài)效果如何，噪點控制等等；

    3） 高效率。視頻編碼的種類和選擇方式，壓縮效率和畫面流暢度；

    4） 安全性。圖像傳輸過程中的加密，攝像機(jī)權(quán)限控制等；

    5） 可靠性和耐用性。攝像機(jī)設(shè)計使用壽命年限，適應(yīng)惡劣復(fù)雜環(huán)境，如極端高溫低溫、防水防塵的能力；

    6） 高智能。攝像機(jī)不依賴后端軟件而本身具有智能分析的能力，從靠人力被動監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)閿z像機(jī)自行分析的主動監(jiān)控，把管理人員從繁重的監(jiān)看中解放出來；

    7） 兼容性。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)應(yīng)與安防系統(tǒng)中其他品牌、不同類別的安防產(chǎn)品相兼容，無縫整合工作；

    8） 系統(tǒng)化。攝像機(jī)不應(yīng)獨立于系統(tǒng)中，而應(yīng)該與傳輸、存儲、顯示、回放、管理等環(huán)節(jié)結(jié)合起來，形成一個完整的系統(tǒng)。

    本文將從以上幾個方面來對目前網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的發(fā)展情況和索尼具備的技術(shù)來進(jìn)行闡述。

高清定義

    高清，顧名思義是指高清晰度，英文縮寫是HD（High Definition）。清晰度的分辨率有很多種，而目前安防行業(yè)內(nèi)所說的高清監(jiān)控攝像機(jī)主要指分辨率為720P與1080P兩種格式的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，其畫面寬高比定義為16:9。720P即是1280*720分辨率，而1080P則是1920*1080，其中后綴“P”代表的是逐行掃描。對于移動目標(biāo)的圖像采集，相對隔行掃描，逐行掃描可以獲得更好的動態(tài)圖像，不會產(chǎn)生拖尾，因此對安防監(jiān)控應(yīng)用來說逐行掃描更加適合。從下圖可以看出高清圖像和傳統(tǒng)的標(biāo)清圖像的區(qū)別。

    相對于傳統(tǒng)的4:3圖像比例，高清圖像的16:9格式更適合安防監(jiān)控的應(yīng)用。監(jiān)控場景往往是需要對大范圍橫向區(qū)域進(jìn)行監(jiān)看，比如高速公路收費站、鐵路沿線、體育場館出入檢票口等，這些場所的特點都是以橫向排列的方式出現(xiàn)在畫面中，而畫面頂部的天空和底部的路面往往是我們不關(guān)心的內(nèi)容。所以16:9的畫面可以去除這些不重要的區(qū)域，而增大我們關(guān)心的監(jiān)控目標(biāo)的面積。以往要用好幾支模擬攝像機(jī)橫向排列才能監(jiān)控的區(qū)域現(xiàn)在只要一只高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就可以覆蓋，不僅提高了清晰度，也節(jié)省了成本。索尼作為高清監(jiān)控的領(lǐng)導(dǎo)者，在今年將會推出全線高清產(chǎn)品，包括720P高清和1080P全高清。產(chǎn)品形態(tài)涵蓋槍機(jī)、紅外槍機(jī)、半球、紅外防暴半球、室內(nèi)/室外快球等。

高品質(zhì)圖像

    圖像品質(zhì)是監(jiān)控最基本也是最重要的要求，離開了圖像品質(zhì)這一點再談其他的功能特性都是舍本逐末。監(jiān)控場景千差萬別，這就要求監(jiān)控攝像機(jī)能適應(yīng)各種場景的復(fù)雜光線，獲得出色的圖像品質(zhì)。圖像品質(zhì)包含的內(nèi)容非常多，主要有以下幾點：

    1） 色彩還原。攝像機(jī)是否能真實還原實際場景的圖像顏色，白平衡是否準(zhǔn)確，是否存在偏暖或偏冷；

    2） 動態(tài)效果。移動物體邊緣是否清晰，是否有拖尾；

    3） 低照度表現(xiàn)。在低光環(huán)境下攝像機(jī)能否獲得明亮的圖像，靈敏度是否出色；

    4） 寬動態(tài)。在光線明暗對比強(qiáng)烈的場景中攝像機(jī)能否兼顧亮區(qū)和暗區(qū)，動態(tài)范圍是否足夠大；

    5） 對焦準(zhǔn)確性。攝像機(jī)能否在各種光照條件下精確對焦，不出現(xiàn)失焦或?qū)�焦猶豫反復(fù)的情況。

    沒有先進(jìn)的技術(shù)作保障，要實現(xiàn)優(yōu)秀的圖像效果是不可能的，而索尼正是具備深厚研發(fā)實力的企業(yè)，這保證了高品質(zhì)的圖像效果。索尼是業(yè)內(nèi)唯一能同時提供監(jiān)控攝像機(jī)各個主要部件的廠商，包括感光器件CCD/CMOS、圖像處理芯片DSP、攝像機(jī)模塊、及成品攝像機(jī)，形成了完整的產(chǎn)品線。同時索尼在日本和中國都設(shè)有研發(fā)中心，實現(xiàn)了世界最新的技術(shù)與中國實際需求同步。

    感光器件是攝像機(jī)最為核心的部件，在模擬攝像機(jī)以及標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，最為廣泛使用的是CCD，而索尼CCD長期以來都在市場上有著很好的表現(xiàn)，出貨量遙遙領(lǐng)先。進(jìn)入高清監(jiān)控時代以后，CMOS逐漸被人們所認(rèn)識。CCD的特點是靈敏度高，但響應(yīng)速度較低，不適用于高清監(jiān)控攝像機(jī)采用的高分辨率逐行掃描方式，因此高清監(jiān)控攝像機(jī)普遍采用CMOS感光器件。對于相同尺寸的感光器件，像素越高，意味著每個像素的進(jìn)光量越少，因此目前高清監(jiān)控攝像機(jī)的突出問題是清晰度提高，靈敏度降低。幸運(yùn)的是，目前已經(jīng)研發(fā)出720P與1080P專用的CMOS器件，其靈敏度性能已經(jīng)與CCD接近。

    在索尼推出的高清產(chǎn)品中，為了提升圖像效果，包括靈敏度和寬動態(tài)，特別開發(fā)了一項新的功能——View-DR。這個功能實際上包含了三項先進(jìn)技術(shù)：索尼針對安防監(jiān)控研發(fā)的專業(yè)高靈敏度Exmor CMOS、多次曝光寬動態(tài)技術(shù)、可視性增強(qiáng)（VE）技術(shù)。一般來說寬動態(tài)打開后靈敏度是會降低的，但通過開啟這個功能，不僅寬動態(tài)范圍超過120dB，達(dá)到超寬動態(tài)的驚人效果，而且相比傳統(tǒng)寬動態(tài)靈敏度提升了2倍，同時對比度也增加4倍，使圖像效果在低光和明暗對比強(qiáng)烈的環(huán)境中得到極大增強(qiáng)和改善（如下圖所示）

View-DR: 關(guān)

View-DR: 開

    在高清監(jiān)控攝像機(jī)噪點控制方面，索尼也有獨特的技術(shù)，即超級動態(tài)降噪技術(shù)（XDNR）。傳統(tǒng)的降噪技術(shù)往往在噪點控制和移動物體拖尾兩方面難以兼顧，噪點降低了但移動物體就會有拖尾，而移動物體邊緣清晰了那噪點就會增加。索尼高清攝像機(jī)的超級動態(tài)降噪技術(shù)正是平衡了這兩者的關(guān)系，在降低噪點的同時也能保證移動物體的邊緣清晰不拖尾（如下圖所示）。這對于安防監(jiān)控來說是非常關(guān)鍵的，因為安防主要就是關(guān)注移動物體如人、車等。

XDNR: 關(guān)

XDNR: 開

高效網(wǎng)絡(luò)傳輸

    網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅軐τ诰W(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)特別是高清機(jī)型來說是非常重要的。因為高清攝像機(jī)比普通標(biāo)清攝像機(jī)發(fā)送的圖像分辨率更大、信息更多，客觀上對網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。很多方面的問題諸如最大分辨率對帶寬的影響、有幾種編碼方式、有幾種碼流可選、是否實時、是否支持無線網(wǎng)絡(luò)等等都需要考慮。

    目前主流的壓縮格式有三種，分別是JPEG、MPEG-4、H.264。JPEG是單幀圖片的壓縮，單張圖片的效果最佳，但占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源較大；MPEG-4和H.264是幀與幀之間的連續(xù)壓縮，這是指如果監(jiān)控的目標(biāo)圖像沒有變化或變化不大時，攝像機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)非常小，這樣就能避免重復(fù)傳輸占用帶寬。其中目前最流行的壓縮格式H.264的壓縮效率最高。這三種壓縮方式各有優(yōu)缺點，不能簡單地說哪種更好，只能根據(jù)用戶實際使用的需求來選擇。H.264雖然壓縮效率最高，但其對后端服務(wù)器和管理軟件的解碼能力和資源耗費也最大；JPEG雖然占用帶寬最高，但作為存儲格式的圖像品質(zhì)是最好的，對于后期調(diào)查取證來說能得到最清晰的圖像；MPEG-4格式通用性最強(qiáng)，各個品牌和型號對其支持最好，同時對后端軟件系統(tǒng)解碼資源的占用也相對較低。所以這三種編碼方式各有所長，要根據(jù)實際應(yīng)用來選擇。

    另外，輸出碼流是否穩(wěn)定也成為影響網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹匾�因素。如果碼流不穩(wěn)，造成占用帶寬突然增大會造成哪些問題呢？最主要有三個方面的問題：圖像出現(xiàn)丟幀，遺漏重要圖像信息；網(wǎng)絡(luò)阻塞引起癱瘓；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和存儲資源在設(shè)計時不得不考慮更多冗余造成浪費。索尼高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在設(shè)計時特別考慮到了這個方面，可以使碼流控制在持續(xù)穩(wěn)定的水平。下圖是索尼與市場同類產(chǎn)品的碼流對比，從上部的波形圖可以看出左邊的波形變化是比較大的，而右邊索尼機(jī)型的波形相對穩(wěn)定在中心直線區(qū)域內(nèi)，而從下部的柱形圖可以看出，在監(jiān)控場景發(fā)生重大變化時，索尼碼流（綠柱）基本持平，而其他某品牌機(jī)型碼流則變化達(dá)到了16倍。這個變化非常大，極容易引起網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)、圖像丟幀。

智能分析

    智能分析一直是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)追求的功能，這個功能最初的開發(fā)構(gòu)想就是讓人從繁重的監(jiān)控工作中解放出來，讓機(jī)器智能地進(jìn)行監(jiān)控、判斷、分析、報警。但由于目前智能分析的研發(fā)能力限制，市面上大多數(shù)智能功能都難以滿足實際應(yīng)用，比如誤報警太多、需要占用太多帶寬和存儲空間、搜索和回放錄像太繁瑣費時等等，這些問題極大地限制了智能應(yīng)用的推廣。索尼一直致力于智能分析功能的研發(fā)，并早在2006年就推出了具備智能分析功能（DEPA）的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，最近又推出了新一代的智能分析功能DEPA Advanced（DEPA二代）。最新的DEPA二代技術(shù)將智能分析處理完全前移到前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，攝像機(jī)自身即可對采集的圖像進(jìn)行分析判斷，并將報警信號傳輸?shù)胶蠖讼到y(tǒng)中，這不同于以往智能技術(shù)將圖像傳輸?shù)胶蠖讼到y(tǒng)后再由軟件進(jìn)行分析報警的方式。以往的方式由于圖像信號在傳輸過程中存在損失，于是頻繁出現(xiàn)誤報警。而DEPA二代由于所有信號處理都在前端攝像機(jī)內(nèi)部，信號是最完整的，所以報警的準(zhǔn)確率大大提升。

    索尼DEPA二代智能分析技術(shù)還具備最新研發(fā)的“智能防破壞探測”和“智能語音探測”功能。智能防破壞探測功能可以識別人為地對攝像機(jī)進(jìn)行的遮擋、調(diào)焦、噴涂、移位等動作，并及時發(fā)出報警；智能語音探測則可以對尖叫、異響等作出報警。具體延時如下圖：

兼容性和標(biāo)準(zhǔn)化

    在整個安防系統(tǒng)中，監(jiān)控只是其中的一部分，還有眾多其他的子系統(tǒng)構(gòu)成了完整的安防系統(tǒng)，如門禁、入侵探測、資產(chǎn)跟蹤、信息安全、訪客管理、消防報警等等，系統(tǒng)眾多，品牌更是層出不窮。要使整個系統(tǒng)順利協(xié)調(diào)工作，就要求產(chǎn)品必須要有良好的兼容性和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計。

    索尼網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在接口方面有著良好的兼容性，并且采用標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格。比如下圖中索尼高清槍式攝像機(jī)的接口非常豐富，這對于整合到標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中正常工作是非常重要的。

    兼容性的另一方面也體現(xiàn)在軟件管理平臺對于不同品牌、不同型號監(jiān)控攝像機(jī)的支持上。很多品牌的管理平臺只支持本品牌的攝像機(jī)，而不支持其他品牌的機(jī)器。為了解決以上這些兼容性問題，索尼和安迅士、博世共同發(fā)起建立一個名叫ONVIF的標(biāo)準(zhǔn)。其目的就是推動網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性，截至2009年9月底已有103個參與成員。ONVIF規(guī)范描述了網(wǎng)絡(luò)視頻模型、接口、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)交換方式，為網(wǎng)絡(luò)視頻發(fā)送設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)視頻客戶端的通訊定義了標(biāo)準(zhǔn)流程，通過使用這些接口，使得使用不同廠商的視頻發(fā)送設(shè)備來組建一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)成為可能。而這一重要的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)架構(gòu)正在高清攝像機(jī)上開始推廣和發(fā)展，未來的高清攝像機(jī)必然也會以此標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行開發(fā)和生產(chǎn)。

    此外，為了滿足不同項目特定的需求，索尼廣泛開展與第三方軟件開發(fā)公司的合作，即ISV合作伙伴計劃。通過把網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的SDK開發(fā)包開放給這些軟件系統(tǒng)公司，索尼產(chǎn)品能靈活整合到各個不同的平臺軟件中，即使用戶的需求千差萬別，也能針對不同的需求開發(fā)不同功能以滿足實際應(yīng)用。下圖是與索尼有合作伙伴關(guān)系的主要公司。

安全性與穩(wěn)定性

    由于安防監(jiān)控對保密的特殊要求，數(shù)據(jù)安全已越來越被用戶重視了。如果沒有可靠的數(shù)據(jù)安全技術(shù)做保障，那作為高度機(jī)密的監(jiān)控錄像就有可能被篡改或者刪除。索尼針對這個需求，特別開發(fā)了一系列保障數(shù)據(jù)安全的技術(shù)，比如802.11x安全認(rèn)證功能、多級用戶管理體系、IP地址過濾功能、本地存儲功能等等，這些功能的綜合使用能確保攝像機(jī)采集的圖像能安全地傳輸?shù)胶蠖瞬⒋鎯�及回放�?/P>

    攝像機(jī)的穩(wěn)定性和耐用性也是必須要考慮的因素。因為監(jiān)控攝像機(jī)安裝的環(huán)境非常復(fù)雜，各種惡劣環(huán)境都有可能遇到。如果攝像機(jī)本身適應(yīng)環(huán)境的能力不強(qiáng)，那安裝到惡劣環(huán)境中就非常容易出故障而不能工作。索尼產(chǎn)品定位于專業(yè)級應(yīng)用，設(shè)計時已經(jīng)充分考慮各種使用條件，從而能在各種應(yīng)用場所正常工作。比如室外機(jī)型都滿足防塵防水的IP66標(biāo)準(zhǔn)；一般工作溫度都在-40～50度，適應(yīng)極端溫度環(huán)境；帶有防破壞的堅固性外殼，甚至透明罩部分都能承受750公斤的撞擊力；標(biāo)配內(nèi)置多個散熱風(fēng)扇和加熱器，在不同溫度下自動開啟工作，等等。種種這些設(shè)計使索尼產(chǎn)品在市場上獲得了良好的口碑。

結(jié)語

    網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控正以成熟的技術(shù)和合理的價格逐漸進(jìn)入增長期和普及階段，已經(jīng)被越來越多的用戶所接受，目前也出現(xiàn)了不少成功應(yīng)用的案例。這充分表明了市場對高清圖像是認(rèn)可的，對高清攝像機(jī)整體的表現(xiàn)是接受的。我們從電視中經(jīng)常能看到很多案件的錄像畫面，清晰度不高，對細(xì)節(jié)特別是人臉看得不夠清楚；攝像機(jī)的安裝數(shù)量越來越多，如何有效的監(jiān)視、管理；管理人員對系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程管理的要求越來越多；很多關(guān)聯(lián)系統(tǒng)希望能夠調(diào)用攝像機(jī)的圖像資源，等等，這些因素說明了模擬攝像機(jī)的局限越來越大，而網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)特別是高清網(wǎng)路攝像機(jī)的市場需求將越來越多。從清晰度來說，模擬攝像機(jī)已經(jīng)接近極限，而網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在清晰度方面可以說沒有上限。網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)代表著監(jiān)控攝像機(jī)的未來。我們有理由相信，隨著技術(shù)的發(fā)展和用戶對高清晰圖像的需求，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)將在中國市場上呈現(xiàn)出超乎想象發(fā)展前景。