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推动百万像素网络摄像机发展“三大因素”

      百万像素网络摄像机的技术发展主要取决于三个元器件:百万像素级镜头、百万像素传感器,以及压缩处理芯片。“无论是普通网络摄像机还是百万像素摄像机产品,真正最基本、最核心的还是传感器技术的突破和编解码技术的创新,图像效果和适光性是永恒的主题,”。进入百万像素级,只有镜头、传感器以及芯片得到良好的配合,并且随着传输技术和带宽的不断演变,用户才能得到清晰细腻的图像效果,获得实用价值。

百万像素镜头

      视频监控百万像素时代的到来,百万像素级的摄像机必然需要百万像素级光线配合,因而必然会诞生相配套的百万像素镜头。百万像素对应镜头可以更好地配合百万像素传感器,以获取焦距更清晰的图像,目前,TAMRON,Computar,FUJINON、厦门力鼎、福建福光等厂商均有不同规格的百万像素镜头推出。如腾龙在2007年开发了3种不同焦距对应百万像素的手动变焦镜头,KOWA针对300万-500万像素摄像机固定安装需求,推出3.5-10mm,10-20镜头百万像素对应镜头。百万像素镜头在设计、装配工艺以及加工精度等方面对技术要求较高,因而,相比较网络摄像机厂家,镜头技术稍显滞后。

CCD与CMOS之争

      感光器件是摄像机最为核心的部分,在模拟摄像机以及标清网络摄像机中,最为广泛使用的是CCD,但随着百万像素网络摄像机的出现,其主要采用高分辨率的逐行扫描方式,逐行扫描的CMOS传感器比隔行扫描CCD芯片更有优势,它依次扫描每一条电视线,而不是将电视线分成奇数和偶数线条再叠加成一副完整图像。采用隔行扫描,快速运动的物体在奇数场扫描和偶数场扫描中的位置存在较大差异,导致画面模糊不清,对于交通等领域而言,更需要的是清晰、无锯齿的运动车辆图像,CMOS在像素密度上的优势使其稳据一席之地。目前,130万网络摄像机沿袭模拟的优势,较多采用CCD,而200万以上的网络摄像机则更倾向于CMOS。CCD的特点是灵敏度高,但响应速度较低,而CMOS除了像素密集度的优势,成本和功耗优势更加得到厂家的青睐,其不足之处在于,低照度或黑暗的环境下噪点较多,如果没有补光措施无法在夜间达到理想效果。

     “CMOS在更高像素点情况下成本方面低于CCD,但从图像质量来看,CCD会比CMOS图像质量更好,这取决于厂家是否优先考虑图像,松下推出的300万像素网络摄像机采用的是CCD传感器。”当前,“CCD与CMOS更多的是围绕一个性价比的竞争以及与图像质量之间的平衡,既要保证一个比较好的图像品质,同时又要一个比较低的价格,”。据了解,目前市场上致力于CMOS研究的厂商已经研发出720P与1080P专用的CMOS器件,其灵敏度性能已经与CCD接近。“CCD与CMOS在不同的应用场景下,各有优势,但是随着CMOS工艺和技术的不断提升,以及高端CMOS价格的不断下降,CMOS未来会成为数字IP摄像机(IPC)的主力的感光元器件,必然会取代CCD,”

压缩处理芯片技术

       百万像素网络摄像机视频数据量非常大,对压缩芯片以及CPU处理能力要求较高。要获得清晰的图像,除了镜头和传感器外,还包括图像压缩分辨率和帧数。芯片压缩处理能力直接决定了对传输网络、录像存储以及后端处理的要求,也很大程度上影响着图像的质量。图像清晰度愈高,所占用带宽愈大。目前,芯片的处理能力主要体现在分辨率、低带宽多码流应用方面。

      ACTi、Axis、松下、索尼等厂家拥有较深厚的研发实力,芯片均根据实际应用需要自主开发。“松下注重产品的高品质,自主研发的视频处理芯片在等离子电视等数字产品中均会用到,在技术及成本上都占有优势,功能及性能方面能够得到保证,并且能与其它厂家形成差异化竞争。”谈及自主芯片研发,松下郑强这样认为。海思、TI以及升迈等芯片厂商均有相关芯片推出,以满足百万像素网络摄像机对芯片的需求。如海思半导体则针对百万像素网络摄像机开发出第三代监控解决方案——Hi3515和Hi3520,TI的基于DSP达芬奇系列海康威视、大华等厂家所采用,升迈科技现有GM8120和GM8161百万像素网络摄像机方案,新一代内建影像处理芯片预计明年上市。

      要实现良好的图像质量,除了前端镜头、传感器部分对光线的处理,影像处理部分也是百万像素网络摄像机中不可忽视的一环。通常情况下,传感器部分设置有内嵌的图像处理芯片处理一些较简单的功能,自动曝光、自动白平衡校对以及自动化对焦等功能则必须通过后端ISP芯片处理,以获得良好的影像效果。升迈科技股份有限公司网络摄像机产品企划项目经理梁杰恺认为,升迈科技网络摄像机产品企划项目经理梁杰恺认为,“以升迈为例,在多年开发芯片过程中,我们发现百万像素网络摄像机前端传感器收集到较多的光线信息,如何处理并善用这些信息,还原低照度或复杂光源下影像,提高动态范围及色彩表现,进行智能运算等,这需复杂的SOC芯片及强大技术与经验,最终才能产生良好的图像质量。”

      在百万像素网络摄像机中被广泛采用的图像压缩技术有M-JPEG/MPEG-4/H.264三种方式,每种压缩方式有不同的特点,M-JPEG能获得最高的单幅画面质量,但压缩效率较低,占用带宽最大;H.264可以获得最高的压缩比,对摄像机本身的处理平台要求也最高。为了获得较高的分辨率并且实现全实时传输,主流厂家均采用H.264的压缩算法,以实现低带宽下的应用。“720P画质并不是唯一追求目标,在低码流下实现一个高清流畅的画面,才能够满足各行各业对于高清视频的基本需求,”ACTi陈栋认为。据了解,主流厂家通过芯片压缩处理,目前可以实现的压缩率是720P@2~4Mbps25帧全实时传输状态,2Mbps的码率还有另外一个含义,D1(720X480)画质下DVR的存储码流就是2Mbps为主,这也就意味着用户可以在不大幅增加网络和存储成本的情况下选用720P网络摄像机。

      在实际应用中,百万像素网络摄像机还必须实现多码流的应用,网路摄像机在本地监控之外还有远程管理的需求,因此在保证本地百万像素高画质传输的同时,还需提供一个低码流的数据,以实现对关键图像、关键画面、关键录像数据的远程备份。目前,市场上比较高端的百万像素网络摄像机都配备了强大的M-JPEG/MPEG-4/H.264三编码引擎,同时具有灵活的双码流功能,根据用户的需求设计适合的解决方案。用户可以根据实际情况采用720P全实时传输,也可以在正常情况下只采用普通分辨率来传输实时图像(比如D1),而在报警条件发生时以高像素的JPEG形式传输高分辨率的图像,以便于事后放大观看,也就是平时传输占用带宽较小的实时图像,而在关键时刻传输图像效果好,但占用较大网络带宽的高清图像,以获取清晰的细节。

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