高清視頻監(jiān)控?cái)z像頭有待解決的問(wèn)題
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在大安防時(shí)代，隨著平安城市等工程的展開(kāi)，網(wǎng)絡(luò)攝像頭正以其在傳輸、高清等方面的出色表現(xiàn)，逐漸形成了規(guī)模應(yīng)用的態(tài)勢(shì)。我們相信在網(wǎng)絡(luò)攝像頭技術(shù)不斷的變革下，其將會(huì)突破自身的技術(shù)制約和外在條件的束縛，呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景和面臨的問(wèn)題。
作為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的核心設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)攝像頭的應(yīng)用和普及代表了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控發(fā)展的階段和程度。而素有“千里眼”之稱的網(wǎng)絡(luò)攝像頭正在逐步適應(yīng)當(dāng)前和未來(lái)的多樣化需求，其必將成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。
視頻監(jiān)控?cái)z像頭面臨著諸多有待解決的問(wèn)題，如高碼率帶來(lái)的帶寬壓力、存儲(chǔ)壓力及高清鏡頭在實(shí)際項(xiàng)目中的選擇和成本問(wèn)題等等。
1、帶寬：IP攝像頭在視頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面遇到的最大的瓶頸之一就是傳輸帶寬。隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的廣泛應(yīng)用，高清視頻已經(jīng)成為市場(chǎng)的主流，然而目前H.264標(biāo)準(zhǔn)在高清視頻監(jiān)控應(yīng)用中呈現(xiàn)出越來(lái)越多的局限性。
1080P的視頻圖像一般需要占用4~10M的帶寬，這給網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)建設(shè)帶來(lái)了較大的成本壓力。帶寬、成本、技術(shù)等原因都成為制約行業(yè)快速向高清化發(fā)展的瓶頸。2013年正式發(fā)布的下一代數(shù)字視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.265技術(shù)得到業(yè)內(nèi)極大關(guān)注。
比起H.264，H.265提供了更多不同的工具來(lái)降低碼率。以編碼單位來(lái)說(shuō)，H.264中每個(gè)宏(marcoblock/MB)大小都是固定的16×16像素，而H.265的編碼單位可以選擇從最小的8×8到最大的64×64。在相同的圖像質(zhì)量下，相比于H.264，通過(guò)H.265編碼的視頻大小將減少大約39-44%。而在碼率減少51-74%的情況下，H.265編碼視頻的質(zhì)量還能與H.264編碼視頻質(zhì)量近似甚至更好。
此外，H.265標(biāo)準(zhǔn)也同時(shí)支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清視頻，借此可以提高智能分析技術(shù)的準(zhǔn)確性。由于H.265在壓縮效率、并行處理能力以及網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性方面相比H.264有非常大的改進(jìn)，其必將成為接下來(lái)幾年壓縮技術(shù)的主流。
2、成本：除了帶寬之外，成本也是制約網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控發(fā)展的另一個(gè)主要因素。對(duì)帶寬要求的提高，從而帶來(lái)復(fù)雜的編解碼，這樣勢(shì)必會(huì)引起成本的增加。網(wǎng)絡(luò)攝像頭產(chǎn)品的簡(jiǎn)單化、安裝的簡(jiǎn)便性、終端用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像頭的了解度等因素，都可能影響到網(wǎng)絡(luò)攝像頭市場(chǎng)的健康成長(zhǎng)。現(xiàn)在大多廠商實(shí)現(xiàn)了用系統(tǒng)解決方案的概念來(lái)推IP攝像頭，針對(duì)目前網(wǎng)絡(luò)攝像頭真正的核心價(jià)值未體現(xiàn)出來(lái)的狀況，重點(diǎn)突出整個(gè)系統(tǒng)的功能和附加價(jià)值，以此來(lái)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
3、多技術(shù)合力提升性能：相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，所面臨的諸多問(wèn)題將被逐步破解，高清監(jiān)控會(huì)變得更easy，高清網(wǎng)絡(luò)IPC的市場(chǎng)也會(huì)迅速擴(kuò)大，所以在看到問(wèn)題的同時(shí)我們也要看到其未來(lái)的發(fā)展方向。較之傳統(tǒng)模擬監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)攝像頭無(wú)疑可以提供更多的功能、更清晰的畫面、更智能化的應(yīng)用，使得以IPC為前端所建立起來(lái)的IP監(jiān)控系統(tǒng)更符合當(dāng)前信息化的發(fā)展大潮。總體而言，當(dāng)前業(yè)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)攝像頭的主要應(yīng)用技術(shù)及未來(lái)IPC的發(fā)展方向體現(xiàn)在以下幾方面。
4、超寬動(dòng)態(tài)：寬動(dòng)態(tài)技術(shù)多應(yīng)用于室內(nèi)有通光的現(xiàn)場(chǎng)，比如學(xué)校教室、銀行柜臺(tái)、停車場(chǎng)、道路收費(fèi)站等強(qiáng)逆光場(chǎng)所。IPC的寬動(dòng)態(tài)技術(shù)主要解決攝像頭照射場(chǎng)景內(nèi)因有強(qiáng)烈的明暗對(duì)比而導(dǎo)致的室內(nèi)場(chǎng)景比較暗的現(xiàn)象。一般室內(nèi)的場(chǎng)景監(jiān)控，從窗戶或者門外會(huì)透進(jìn)大量的太陽(yáng)光，IPC攝像頭顯示圖像時(shí)室內(nèi)的場(chǎng)景會(huì)發(fā)暗或者變黑，一般的背光補(bǔ)償可以讓室內(nèi)看得清楚，但是室外場(chǎng)景基本上就是一片白，寬動(dòng)態(tài)攝像頭通過(guò)對(duì)室內(nèi)外或前后場(chǎng)景分別曝光控制和圖像合成技術(shù)使得圖像效果達(dá)到平衡，這樣既能看到室內(nèi)的場(chǎng)景，也能看到室外的場(chǎng)景。寬動(dòng)態(tài)范圍是圖像能分辨最亮的亮度信號(hào)值與能分辨最暗的亮度信號(hào)值的比值，一般這個(gè)值越大，IPC攝像頭的寬動(dòng)態(tài)性能越好，現(xiàn)在主流廠家的寬動(dòng)態(tài)可以達(dá)到120dB。
5、低照度：有統(tǒng)計(jì)表明，治安案件發(fā)生90%以上都是在夜間，所以夜間的監(jiān)控要比白天的監(jiān)控更為重要。最低照度是人們?cè)u(píng)價(jià)攝像頭對(duì)光照靈敏度的一個(gè)指標(biāo)。業(yè)界對(duì)于照度低于0.1Lux的攝像頭稱之為低照度攝像頭，這個(gè)值越低說(shuō)明攝像頭靈敏度越高，性能越好。
6、透霧功能：去除視頻中的霧氣，改善圖像質(zhì)量是提升戶外視頻監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)值的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。近來(lái)，PM2.5這一氣象領(lǐng)域?qū)I(yè)詞匯成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)話題，空氣中的液滴和固體小顆粒不僅危害人體健康，同時(shí)由于大量懸浮粒子的散射作用，大氣能見(jiàn)度下降，戶外圖像顏色和對(duì)比度退化，影響圖像信息的提取，也致使戶外可見(jiàn)度變低導(dǎo)致交通事故頻發(fā)。因此，圖像去霧技術(shù)成為圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域研究的重要課題，也是人們迫切需要解決的問(wèn)題之一。其采用的圖像增強(qiáng)和圖像復(fù)原技術(shù)，能夠真實(shí)地還原霧前的清晰圖像，針對(duì)性強(qiáng)，得到的去霧效果自然。
7、智能分析：一般的智能分析包括移動(dòng)偵測(cè)、遮擋報(bào)警等。更為復(fù)雜的智能分析包括行為識(shí)別與分析，比如人臉識(shí)別、警戒等。智能分析在前幾年就已經(jīng)推出了相關(guān)的產(chǎn)品，包括各種具有智能分析功能的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。然而由于實(shí)際使用的環(huán)境復(fù)雜，加之算法本身不是很成熟，適應(yīng)能力不強(qiáng)，造成誤報(bào)漏報(bào)很多。而另一方面客戶的期望很高，但在實(shí)際使用中智能產(chǎn)品不佳的表現(xiàn)，往往很難滿足客戶的實(shí)際需求，且很高的維護(hù)成本，常常使得這些設(shè)備成為一種擺設(shè)。然而毋庸置疑，智能化是必然的趨勢(shì)，隨著監(jiān)控?cái)?shù)量的增多，試想幾十、幾百路甚至上千路的視頻，靠人眼一天24小時(shí)盯著，不現(xiàn)實(shí)也不可能。如何快速地從海量的數(shù)據(jù)中提取有用的信息，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，這非常緊要，也是客戶迫切希望解決的。例如在交通領(lǐng)域，相關(guān)的智能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用相對(duì)比較成熟，如道路狀況分析、車輛統(tǒng)計(jì)、車牌識(shí)別、逆行、壓黃線、違章停車，包括對(duì)交通狀況的監(jiān)控以及對(duì)違法行為的抓拍等，都已有廣泛應(yīng)用。
8、易用性：與傳統(tǒng)模擬攝像頭不同，槍型IP百萬(wàn)像素攝像頭涉及到IT的知識(shí)，因此，網(wǎng)絡(luò)攝像頭與模擬攝像頭在使用上有較大的區(qū)別，特別對(duì)于操作者及使用人員都有較高的要求。因此網(wǎng)絡(luò)攝像頭在開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)上，要考慮到這些因素，在安裝的便捷性和使用的易用性上要有充分的體現(xiàn)，例如支持PoE供電、本地視頻輸出，以及方便本地調(diào)試、支持無(wú)線功能等。
9、未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)：網(wǎng)絡(luò)攝像頭要想長(zhǎng)久立足于安防行業(yè)，不僅要有高新的技術(shù)，還需要與時(shí)俱進(jìn)、不斷的創(chuàng)新，那么未來(lái)將向哪些方向發(fā)展呢？
10、更高分辨率：高分辨率是高清IPC的一個(gè)重要因素。發(fā)展至今，720P、1080P的高清監(jiān)控前端已經(jīng)屢見(jiàn)不鮮，300萬(wàn)像素、500萬(wàn)像素的高清IPC也擁有一定的市場(chǎng)份額。目前最新的4K分辨率(4096×2160)是發(fā)展的趨勢(shì)，它相當(dāng)于1080P分辨率的四倍，當(dāng)然超高清的代價(jià)也是不菲的，每一幀的數(shù)據(jù)量都達(dá)到50MB，對(duì)編解碼要求更高，勢(shì)必會(huì)增加成本。
11、高壓縮算法：目前主流的壓縮算法有MPEG和H.264。前者在特定的格式要求下才會(huì)使用到，但其對(duì)帶寬會(huì)帶來(lái)更多的壓力，而H.264在壓縮能力上比MPEG高出一倍，所以能獲得更高的壓縮比。不過(guò)，隨著視頻監(jiān)控?cái)z像頭分辨率的不斷提高，碼流對(duì)帶寬及存儲(chǔ)的壓力越來(lái)越大，行業(yè)需要更高性能的壓縮算法。
H.264Highprofile相比第一代H.264，在性能上又提升了一倍，如今，主流的IPC廠商均采用該算法對(duì)視頻進(jìn)行壓縮。在未來(lái)，H.265算法則是新技術(shù)的代表，可以有效提高壓縮效率，減少延遲等，可實(shí)現(xiàn)利用1~2Mbps的傳輸碼流傳送1080P畫質(zhì)圖像。這也意味著，智能手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備將能夠直接在線播放1080P的全高清視頻。
12、云技術(shù)應(yīng)用：云計(jì)算將使安防行業(yè)發(fā)生商業(yè)模式的變革，使用戶能夠像用水、用電一樣地使用安防服務(wù)。隨著虛擬化、大數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，云安防正在不斷地涌現(xiàn)。攝像頭作為安防體系中重要的組成部分，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了配合網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)NVR實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)，當(dāng)云攝像頭連接NVR損壞之后，IPC會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)到這個(gè)NVR所屬云的NVR中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)云攝像頭的容災(zāi)存儲(chǔ)。云技術(shù)還可以包含如云報(bào)警、云圖片、云共享等前端技術(shù)，用戶可以通過(guò)IE瀏覽器或者云端軟件進(jìn)行瀏覽與操作。
13、民用化：視頻監(jiān)控的家庭化、民用化發(fā)展非常迅速，同時(shí)其中也蘊(yùn)含著巨大的商機(jī)。在過(guò)去，老百姓并沒(méi)有多少安全防范意識(shí)，這與當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)、設(shè)備先進(jìn)性等有著密不可分的關(guān)系。時(shí)至今日，即便是高清IPC的價(jià)格對(duì)于普通家庭用戶而言均在承受范圍。手機(jī)實(shí)時(shí)瀏覽家里的情況，手機(jī)控制家用電器的開(kāi)啟和關(guān)閉，將是必然趨勢(shì)，IPC在智能家居里將發(fā)揮不可取代的作用。并且民用高清IP產(chǎn)品的P2P即插即用、自動(dòng)穿透多層路由、無(wú)需IP域名配置、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、支持多終端系統(tǒng)監(jiān)控等簡(jiǎn)單易懂的功能特性，使得安裝更加簡(jiǎn)單，只需要按照說(shuō)明書簡(jiǎn)單的指示就可安裝。
14、4G移動(dòng)監(jiān)測(cè)：3G、4G移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的部署使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為視頻圖像載體成為可能，尤其是時(shí)下三大運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)開(kāi)始了4G的建設(shè)和測(cè)試，并大力推廣4G網(wǎng)絡(luò)，最高速度可以達(dá)到100Mbps，完全可以滿足當(dāng)下高清IPC的通信帶寬，移動(dòng)視頻監(jiān)控是將來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展方向。移動(dòng)視頻監(jiān)控使原有基于固網(wǎng)的視頻監(jiān)控逐步向分布式移動(dòng)視頻監(jiān)控過(guò)渡，如鐵路、公交、地鐵等行業(yè)，從而突破原有視頻監(jiān)控在地域、技術(shù)、成本等方面的限制，使業(yè)務(wù)應(yīng)用受眾面得以擴(kuò)大。
15、平臺(tái)整合：作為前端產(chǎn)品，高清IPC必然離不開(kāi)后端平臺(tái)軟件的支持。因此在可應(yīng)用規(guī)模、系統(tǒng)軟件功能、系統(tǒng)擴(kuò)展性、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及操作人性化方面會(huì)成為高清IPC未來(lái)的主要競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。現(xiàn)在的高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)用戶以及圖像清晰度都在增加和提高，在一套高清系統(tǒng)中我們不能奢望只有攝像頭一種產(chǎn)品，還要兼容更多的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、NVR等系列產(chǎn)品。
16、功能豐富多樣：網(wǎng)絡(luò)攝像頭產(chǎn)品的功能形態(tài)較傳統(tǒng)產(chǎn)品更為豐富，可以為用戶帶來(lái)更多的附加值，攝像頭廠商也會(huì)在各自的IPC產(chǎn)品中融入豐富且實(shí)用的功能，以吸引更多的用戶。如可加入抓拍發(fā)送短信、電子防抖、3D打印技術(shù)和走廊模式等功能。其中我們可以在視頻監(jiān)控?cái)z像頭中配置內(nèi)置的Email客戶端、當(dāng)在能接入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，攝像頭設(shè)備還可以通過(guò)Email的方式把報(bào)警觸發(fā)時(shí)抓拍的圖片發(fā)送到指定的郵箱。也可以通過(guò)COM口與能連接的SIM卡的設(shè)備連接，利用短信、彩信方式下發(fā)給指定的手機(jī)終端。這樣，做到實(shí)時(shí)且智能的監(jiān)控，而僅利用很小的帶寬和成本。如此多的豐富功能勢(shì)必會(huì)帶來(lái)更好的用戶體驗(yàn)。
17、標(biāo)準(zhǔn)化：統(tǒng)一視頻協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，還是具有非常重要的意義。符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，融合ONVIF及GB/T28181等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，將成為視頻監(jiān)控攝像頭走向市場(chǎng)的通行證。