索尼高清监控摄像机技术新亮点

　　高清定义

　　高清，顾名思义是指高清晰度，英文缩写是HD（High Definition）。

　　ATSC标准 (Advanced Television Systems Committee)中定义了18种数字电视格式，其中分辨率为720×576的格式属于标清电视，分辨率为1280×720和1920×1080的格式属于高清电视，这就是通常说的720P、1080I与1080P，其中P代表逐行扫描，I代表隔行扫描，这三种格式都采用16:9的宽屏幕。1080I的格式，实际上是采用1920×540的隔行扫描的标准。因为逐行扫描并不将一帧分为交替的扫描线，所以可提供更高的图像质量，因此720P能提供比1080I更小的损失和更好的图像，而1080P是这18种格式中图像质量最好的格式。

　　对于移动目标的图像采集，相对隔行扫描，逐行扫描可以获得更好的动态图像，不会产生拖尾，因此对安防监控应用来说逐行扫描更加适合。从以下画面可以看出高清图像和传统的标清图像的区别（图1所示）。
 

▲图1 高清和传统标清的图像区别

　　高清视频监控的发展，起源于高清监控摄像机，高清监控摄像机的技术在高清视频监控系统中至关重要。感光器件是摄像机最为核心的部件，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，而索尼CCD长期以来都在市场上有着很好的表现，出货量遥遥领先。进入高清监控时代以后，CMOS逐渐被人们所认识。CCD的特点是灵敏度高，但响应速度较低，不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式，因此高清监控摄像机普遍采用CMOS感光器件。对于相同尺寸的感光器件，像素越高，意味着每个像素的进光量越少，因此目前高清监控摄像机的突出问题是清晰度提高，灵敏度降低。幸运的是，目前已经研发出720P与1080P专用的CMOS器件，其灵敏度性能已经与CCD接近（图2所示）。
 

▲图2 CCD与CMOS的对比

 　　高品质图像的要求

　　图像品质是监控最基本也是最重要的要求，离开了图像品质这一点再谈其他的功能特性都是舍本逐末。监控场景千差万别，这就要求监控摄像机能适应各种场景的复杂光线，获得出色的图像品质。图像品质包含的内容非常多，主要有以下几点：

　　(1) 色彩还原。摄像机是否能真实还原实际场景的图像颜色，白平衡是否准确，是否存在偏暖或偏冷。

　　(2)  动态效果。移动物体边缘是否清晰，是否有拖尾。

　　(3) 低照度表现。在低光环境下摄像机能否获得明亮的图像，灵敏度是否出色。

　　(4) 宽动态。在光线明暗对比强烈的场景中摄像机能否兼顾亮区和暗区，动态范围是否足够大。

　　(5) 对焦准确性。摄像机能否在各种光照条件下精确对焦，不出现失焦或对焦犹豫反复的情况。

　　高清监控摄像机技术特点

　　１、可视画面更宽

　　相对于传统的4:3图像比例，高清图像的16:9格式更适合安防监控的应用。监控场景往往是需要对大范围横向区域进行监看，比如高速公路收费站、铁路沿线、体育场馆出入检票口等，这些场所的特点都是以横向排列的方式出现在画面中，而画面顶部的天空和底部的路面往往是我们不关心的内容。所以16:9的画面可以去除这些不重要的区域，而增大我们关心的监控目标的面积。以往要用好几支模拟摄像机横向排列才能监控的区域现在只要一只高清网络摄像机就可以覆盖，不仅提高了清晰度，也节省了成本（图3所示）。
 

▲图3 16∶9画面与传统4∶3画面区别

　　从图3对比可以看出，在大部分场景，16:9画面在获得更宽监控范围的同时，还显著地减少了无用图像。

　　2、色彩还原能力强

　　需要特别注意的是，高清电视与高清监控摄像机在图像内容处理上有很大的不同。高清电视强调整体的视觉冲击力，除了在图像分辨率上比标清有很大的提升外，其色彩也更加丰富、艳丽、细腻，图像层次感强，根据SMPTE 292M高清电视标准及SMPTE 274M高清电视标准，其色差信号占总带宽的一半。

　　而高清监控摄像机则强调目标的可识别性，即大幅度提升了图像的分辨率，而相对弱化对色彩的处理，这样处理的优势就在于保证画面的分辨率与可识别性的同时，让视频信号的码流也得到了很好地控制。

 　　3、图像压缩技术的灵活性

▲图4 三种压缩方式带宽占用情况分布

　　目前，在高清监控摄像机中被广泛采用的图像压缩技术有MJPG/MPEG4/H.264三种方式，图4就是这三种压缩方式带宽占用情况。每种压缩方式有不同的特点，如MJPG能获得最高的单幅画面质量，且对摄像机本身的处理平台要求也较低，但对连续图像压缩占用带宽最大，H.264可以获得最高的压缩比，但对摄像机本身的处理平台要求也最高。

　　为适应各种不同的网络环境和应用需求，比较高端的高清监控摄像机都配备了强大的MJPG/MPEG4/H.264三编码引擎，同时具有灵活的双码流功能。

　　4、智能分析多种方式实现

　　随着监控的高清化发展，图像更清晰、更细致，高清也意味着海量数据，这些海量数据的传输、显示、处理、存储是一个很大的挑战。此外，目前的监控系统，更多的是依赖于监视人员，是被动式的监控，存在很多无法解决的问题。智能分析一直是高端摄像机追求的功能，这个功能最初的开发构想就是让人从繁重的监控工作中解放出来，让机器智能地进行监控、判断、分析、报警。如何充分利用智能视频分析的手段，将以往被动监控变更为主动监控，真正做到24小时全天候监控，实现快速响应，防范于未然。

　　目前的智能视频实现方式主要有两种：

　　A、后端智能

　　后端处理，需要把高帧率、高分辨率的图像全部送到后端的服务器进行处理，这对网络设施和服务器提出了非常高的要求，需要高额的投资，而且延时更大，处理效率比较低，系统的伸缩性较差。并且由于分析的数据是压缩后的数据，因此准确性相应降低，如果受传输制约而降低传输带宽，准确性将进一步降低。

　　B、前端智能

　　就是前端的智能网络摄像机实时地进行智能处理，是基于压缩前的最高品质图像进行的实时处理，因此效率更高，实时性更好，准确性更高。前端智能的方式对后端的传输、存储、显示不会产生影响，是分布式的处理架构，以此构成的系统伸缩性较高，系统的扩容也不需要付出较大的成本。

　　由于把所有的智能视频分析功能都放到前端，因此对摄像机本身的处理能力要求相当高，目前只有个别高端厂商的高端产品可以实现前端智能功能。

　　5、标准化与开放性设计

　　由于视频监控系统的规模越来越大，多级系统、多站点、多区域非常普遍，同时同一系统里不同厂商的产品共存、新老产品共存也经常出现，因此摄像机的标准化变得越来越重要，标准化的目的是使不同厂商的产品能互联互通，这样客户才能真正享受到网络监控带来的灵活高效。

　　兼容性的另一方面也体现在软件管理平台对于不同品牌、不同型号监控摄像机的支持上。很多品牌的管理平台只支持本品牌的摄像机，而不支持其他品牌的机器。为了解决以上这些兼容性问题，索尼和安迅士、博世共同发起建立一个名叫ONVIF的标准。其目的就是推动网络摄像机的标准化和互操作性，截至2009年9月底已有参与成员103个。ONVIF规范描述了网络视频模型、接口、数据类型和数据交换方式，为网络视频发送设备与网络视频客户端的通讯定义了标准流程，通过使用这些接口，使得使用不同厂商的视频发送设备来组建一个统一的网络视频系统成为可能。ONVIF规范接口功能涵盖设备的自动发现、设备的管理配置、事件处理、PTZ控制、视频分析以及实时音、视频流处理。而这一重要的网络摄像机架构正在高清摄像机上开始推广和发展，未来的高清摄像机必然也会以此标准来进行开发和生产。

 　　6、模拟摄像机的传统功能

　　模拟摄像机的许多功能，如宽动态、日夜转换、白平衡、降噪、伽玛校正等功能，是在视频监控行业发展的过程中逐步产生、提升的，对应于不同的应用场景，高清监控摄像机同样也应该具备这些功能。

　　此外，语音报警、数字防抖、FTP、Email、DDNS、存储插槽、无线网络等功能，在某些特定场景与应用下也可以解决客户的许多实际问题，也在高清监控摄像机中成为可能。

　　索尼高清监控摄像机的亮点

　　在当今的视频安防行业中，用户对于网络监控系统以及更优异的视觉效果的追求日益增强。未来，产品由模拟到IP，图像质量从标清到高清的过渡过程中，这种需求还将会更趋强烈。为了更好地满足用户在各种应用场合的不同监控需求，索尼陆续推出针对不同应用、不同行业市场的不同种类的高清产品，进一步丰富自己的视频监控产品系列。

　　索尼作为高清监控的领导者，在今年将会推出全线高清产品，包括720P高清和1080P全高清。产品形态涵盖枪机、红外枪机、半球、红外防暴半球、室内/室外快球等。在2010年秋季之前，索尼将推出一系列的10余款新型高清摄像机。新的“IPELA”产品线将主要由“V系列”、“E系列”和“X系列”组成。

　　V 系列：V 系列作为新产品中的旗舰系列，这些产品采用了多项最先进的科技，如View-DR（索尼最新的超宽动态技术，可以实现高达125dB的惊人动态范围）和DEPA  Advanced 技术(索尼最先进的智能监控技术)。

　　E系列：E系列产品在提供常用的标准功能和索尼一贯高品质图像的同时，具有极高的性价比，可以让更多的用户来享用索尼的高清、高品质、高智能摄像机。

　　X系列：X系列具有独特的性能，如极其小巧的体积和美观时尚的外形设计, 这种紧凑型的设计将为一些空间狭小的特定应用场所提供理想的监控效果。

　　1、View-DR功能

　　在索尼推出的高清产品中，为了提升图像效果，包括灵敏度和宽动态，特别开发了一项新的功能——View-DR。这个功能实际上包含了三项先进技术：索尼针对安防监控研发的专业高灵敏度Exmor CMOS、多次曝光宽动态技术、可视性增强（VE）技术。一般来说宽动态打开后灵敏度是会降低的，但通过开启这个功能，不仅宽动态范围超过120dB，达到超宽动态的惊人效果，而且相比传统宽动态灵敏度提升了2倍，同时对比度也增加4倍，使图像效果在低光和明暗对比强烈的环境中得到极大增强和改善（如图5所示）。
 

View-DR: 关                                                      View-DR: 开
▲图5 View-DR功能开关图像对比

　　2、XDNR技术

　　在高清监控摄像机噪点控制方面，索尼也有独特的技术，即超级动态降噪技术（XDNR）。传统的降噪技术往往在噪点控制和移动物体拖尾两方面难以兼顾，噪点降低了但移动物体就会有拖尾，而移动物体边缘清晰了则噪点就会增加。索尼高清摄像机的超级动态降噪技术正是平衡这两者的关系，在降低噪点的同时也能保证移动物体的边缘清晰不拖尾（如图6所示）。这对于安防监控来说是非常关键的，因为安防主要就是关注移动物体如人、车等。
 

XDNR: 关                                                        XDNR: 开
▲图6 XDNR功能开关图像对比

 　　3、DEPA功能

　　索尼一直致力于智能分析功能的研发，并早在2006年就推出了具备智能分析功能（DEPA）的网络摄像机，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二代技术将智能分析处理完全前移到前端网络摄像机中，摄像机自身即可对采集的图像进行分析判断，并将报警信号传输到后端系统中，这不同于以往智能技术将图像传输到后端系统后再由软件进行分析报警的方式。以往的方式由于图像信号在传输过程中存在损失，于是频繁出现误报警。而DEPA二代由于所有信号处理都在前端摄像机内部，信号是最完整的，所以报警的准确率大大提升。

　　索尼DEPA二代智能分析技术还具备最新研发的“智能防破坏探测”和“智能语音探测”功能。智能防破坏探测功能可以识别人为地对摄像机进行的遮挡、调焦、喷涂、移位等动作，并及时发出报警；智能语音探测则可以对尖叫、异响等作出报警，具体延时如图7所示。
 

▲图7 索尼DPEA二代智能分析技术的功能体现

　　结束语

　　在当今的视频安防行业中，用户对于更优异的视觉效果的追求日益增强。未来，产品由模拟到IP，图像质量从标清到高清的过渡过程中，这种需求还将会更趋强烈。 （文/文军）

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