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    网络摄像机发展的三大技术

    作者:施工队长    来源:成都系统集成公司    更新时间:2010-6-30 18:30:33    设计指数:          ★★★ 

      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。

      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。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。

      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。

      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,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@2~4Mbps 25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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