主页（http://www.pttcn.net）：高清网络摄像机技术的解析 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。越多来越多的厂商开始推出高清化的产品。其中，作为高清视频监控的“排头兵”——高清网络摄像机，更是受到广大厂商的青睐，五花八门的产品层出不穷，各式各样的技术名词更是让广大用户眼花缭乱。如何把握好高清网络摄像机的脉搏，了解其未来的发展方向?本文将从技术发展角度出发，对高清网络摄像机未来的发展趋势进行简要的介绍和展望。 分辨率不断提高 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，它将高清划分为：720p格式(750条垂直扫描线，720条可见垂直扫描线，16∶9，分辨率为1280×720，逐行/60Hz，行频为45KHz);1080i格式(1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，16∶9，分辨率为1920×1080，隔行/60Hz，行频为33.75KHz);1080p格式(1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，16∶9，分辨率为1920×1080，逐行扫式)。 监控行业借鉴了广电行业的相关标准。上海市于2010年9月颁布了国内第一个针对安防监控用数字摄像机的地方性技术规范，规范中将数字摄像机按清晰度由低到高分为A、B、C三级。其中，B级要求分辨率≥1280×720，C级要求分辨率≥1920×1080。可见，720p和1080p已经成为业界高清网络摄像机的一种标准。 然而，有的厂商对于高清网络摄像机还有着其它的命名方式，比如百万像素高清网络摄像机，200万像素高清网络摄像机等等，这可以理解为“非标准”命名，它和“标准”有一定关联，但不能简单对应。比如，720p的像素为92.16万，1080p的像素为207.36万，可以分别叫做百万像素和200万像素，但常见的130万像素其实际分辨率为1280×1024，虽然也具有较高清晰度，但并不符合广电行业标准。 就分辨率而言，高清网络摄像机的发展可以说是一日千里，除了目前接触较多的百万像素、130万像素、200万像素外，300万像素、500万像素、800万像素的产品已经在市场上出现，甚至千万及千万以上像素的产品也开始在监控行业中露出端倪。可以说，人们在追求看得更清楚的路上将永不止步。 COMS逐渐取代CCD 感光器件是摄像机最为核心的部件，目前普遍采用的主要有CCD(Charge CoupledDevice，感光耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor，互补性氧化金属半导体)两种。两者都是利用光敏二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字信号，而其主要差异是数字信号传送的方式不同。CCD在数据传送时不会失真，因为各个像素的数据是逐点传输到输出端再进行放大处理;而CMOS传感器是每个像素都有放大器，其放大效果保持均衡很困难，因而最后整合会产生噪声。也正由于其数据传输方式不同，CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异。通常认为CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。 针对CMOS传感器性能的不足之处，业界正在通过不断的技术革新加以改善，其中最主要的技术突破点在于低照度条件下的成像性能提升和降低图像中的噪声信号。 以提升低照度性能而言，业界提出了微透镜(MicroLens)阵列技术，让更多的光能导入到CMOS传感器的每个像素(光电二极管)上，从而增加感应的亮度，不过微透镜技术已属微机电系统(MEMS)的层次，而非原有的单纯半导体电路层次，所以挑战难度的增加自是不难想像。 对于降低图像中的噪声信号，一种做法是对原有半导体制程进行改进，在CMOS电路的硅表面上掺入杂质，以此形成一个针扎层(PinningLayer)，此结构可将光吸收到硅晶片的内部，进而降低(光电二极管)表面的噪声，此种作法也称为针扎光电二极管(PinnedPhotodiode)。目前此种作法确实改善了噪声问题，使图像品质提升，不过现阶段此种制程也会增加晶片的制造成本。 随着技术的发展，CMOS传感器的性能正在得到快速提升。此外，尽管相同尺寸的CCD传感器分辨率优于CMOS传感器，但如果不考虑尺寸限制，CMOS传感器在成品率上的优势可以有效克服大尺寸感光原件制造的困难，这样CMOS传感器在更高分辨率下将更有优势。另外，CMOS传感器响应速度比CCD快，因此更适合高清监控的大数据量特点。 从市场方面来看，CCD的传统生产厂商SONY已经开始把重心移向了CMOS传感器，不但研发出了ClearVidCMOS技术，推出了Exmor系列的高清CMOS产品，在其生产的高清网络摄像机中更是几乎清一色地采用了CMOS传感器，这也许可以看作是CMOS传感器的一个阶段性胜利。 ISP(Image Signal Processing)被编码芯片集成 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，影像处理部分也是高清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，而较复杂的自动曝光、自动白平衡以及自动对焦等功能则必须通过后端ISP处理，以获得良好的影像效果。 传统的ISP是通过专门的ASIC或者DSP加以实现，随着技术的发展，后端的编码芯片已经越来越多的将ISP的功能加以集成。 以TI的DM36×平台为例，其中视频处理子系统(VPSS)中包含了CCD或CMOS传感器的控制器，直接接收原始视频信号，然后由集成的ISP进行预处理，其中有H3A处理(即自动曝光AE、自动白平衡AWB、自动聚焦AF)、镜头畸形校正模式(LDC)处理、硬件人脸检测引擎、影像协处理器(IMCOP)、影像处理加速器(IPIPE)，以及增强型屏幕叠加显示(OSD)等等。 通过集成ISP，不但可大幅降低系统成本，更能大大增强视频的稳定性，优化影像在光学方面的性能。这对于提升高清网络摄像机的成像品质具有及其重要的作用。 智能分析功能更加实用 智能化是监控系统发展的必然趋势，其本质在于从模拟或数字视频流中自动跟踪并识别对象，分析运动并提取有用视频信息。对网络视频监控而言，前端摄像机的智能化具有极其重要的实用价值。例如异常报警录像，就是将所监控的视频图像，经过前端智能网络摄像机的分析识别后，只将有异常的图像传输到后端去记录与显示，因而可大大减轻网络的负担，有效地节省带宽资源。另一方面，在有智能网络摄像机的智能视频监控系统后端，就只需集中对前端摄像机发送过来的目标数据信息进行管理，而不需要对视频信号进行处理与识别，所以后端系统不需要昂贵的设备也能完成高效的智能视频分析。由于后端只有前端发送来的预/报警事件的关联画面显示，使监控中心工作人员能够很轻松地完成整个系统的监视，而这种关联录像的功能，也使录像搜索和回放变得简单迅速，从而节省了宝贵的时间。
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