浅析高清时代下的数字安防监控

文｜天津天地伟业数码科技有限公司

当前，数字高清不再是市场宣传的噱头，无论是传统安防监控研发企业还是作为数字安防监控新秀的年轻厂家都将IP高清监控视为企业的发展方向，并且已经把它当做市场推广的重点。那么，我们该如何认识和利用高清？

高清（High Definition）格式按照ITU（International Telegraph Union）的 定 义，是指分辨率达到720p和1080p，高宽比为16:9的视频格式。高清格式有隔行和逐行两种扫描方式，隔行扫描（Interlace）简写为I，逐行扫描（Progressive）简写为P。例如，1080i是指分辨率为1920×1080的隔行扫描方式，它相对于720p有更高的像素和清晰度，但是就动态画面的流畅度而言，则是720p更胜一筹。1080p是目前市场上的主流格式中最高清晰度和流畅性的代表。

清晰度从模拟安防监控时代就开始为人们所追求的重要技术指标之一。可以说，摄像机清晰度从曾经的300余线到现在的650线的发展，从一个侧面展示了安防监控的发展史。时至今日，模拟摄像机清晰度哪怕每一线的提升，都意味着更多的资金、技术和时间的投入，而高清摄像机从其降生的第一天起就拥有着堪比700线以上模拟摄像机的清晰度效果，两者根本不在同一个起跑线上。而且就监控整体构架而言，前端摄像机的清晰度并不代表整个系统的最终效果，传输介质作为整个系统中的“短板”，决定了整个系统的清晰度永远不超过44万像素，无论模拟监控前端设备的清晰度有多么高，经过数字化处理后，由于接口的限制，整个系统的清晰度也会大打折扣。

在纷繁复杂的高清市场上，存在着两种分辨率相同，价格却相差悬殊的产品——使用两种不同的感光元器件，即CCD与CMOS传感器的产品。CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管（Photodiode）进行光电转换，将图像转换为数字数据，而差异主要是数字数据传送的方式不同。CCD传感器中每一行中每一个像素的电荷数据都会依次传送到下一个像素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出。这种方式减少了传输过程中总的信号损失，却提高了制造难度。即使是有丰富CCD制造经验的公司，新品的一次制作成功率也很难突破50%，这也是CCD芯片价格高昂的主要原因之一。而在CMOS传感器中，每个像素都会连接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。CMOS独特的运作方式，使其不需要单独给每个感光元器件加电，从而拥有了更小的功耗（只有CCD芯片的1/3）。由于数据传送方式不同，CCD与CMOS传感器在最终市场定位上也大相径庭，这像极了Intel公司的奔腾处理器（Pentium）与赛扬处理器（Celeron），由于二级缓存（L2 CACHE）的差别，最终分别定位于高端和低端市场的情形。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，并且解析度高，图像还原逼真；而CMOS传感器则具有低成本、低功耗，以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的趋势。可以说，CCD让高清破茧而出，而真正让高清“化蝶”的则是CMOS。

高清监控相比传输数模混合监控和标清监控而言，最大的优势就是视频图像清晰。以标清D1分辨率为例，高清图像内所包含的视频信息是其5倍以上。在同样的时间内承载了更多的信息量，自然更有利于后续的分析工作。这使得高清在道路监控和城市安防监控上得以大显身手。

众所周知，无论城市安防监控智能化分析还是电子警察、卡口系统，都需要视频图像中的待分析目标有足够的分辨率，而百万像素以上的高清视频监控恰恰能够满足这一特点。那么，对于百万像素高清网络摄像机来说，是否越高的像素数就意味着越好的效果？答案是否定的：“适合的”才是最好的，因为监控是一整套系统，其中会涉及到众多影响最终效果的因素。

首先，对于高清监控来说，对较高的图像水平和实时性保证的要求必然造成前端产品带宽需求的增加（如表1所示）。以采用H.264压缩算法的720p百万像素高清网络摄像机为例，其监控静态场景时的带宽需求一般维持在1.5Mbps，而监控动态画面时则需要3Mbps～4Mbps的带宽，相当于普通标清D1分辨率监控的带宽的2倍。当高清网络摄像机大规模应用于城市安防建设中时，给整个系统网络带来的压力就将明显增大。

表1 视频监控带宽需求表

此外，存储也是高清监控涉及的重要问题。可以说，任何形式的监控都以监视和存储为首要目的，存储的稳定性和便捷性关系着系统最终的成熟度。如表2所示，标清D1分辨率每小时的存储容量为600MB～800MB；而高清网络摄像机由于其高分辨率和高带宽的占用，使得存储容量在3GB左右，因此对于大规模应用而言，IPSAN集中存储方式和分布式NVR存储成为了不可或缺的一部分——放眼整个安防监控行业，高清监控所带来的改变已经将DVR推向边缘化。

表2 视频监控每小时存储容量表

最后，高像素分辨率的视频解码，在没有显卡硬件加速的基础上，主要消耗计算机系统中的CPU和内存资源。一般来说，能同时显示16路D1画质的监控终端只能显示4～8路720p高清视频资源。这就是说，前端摄像机高清化将会整体拉升系统硬件配置，增加项目投入成本。

综上所述，高清在带来更加清晰的监控效果的同时，也造成了网络硬件、存储扩展和中心服务器建设投入的增加。因此，合理的方案配置才是高清推广的重中之重。

因此可以说，720p更适合于数字平安城市监控，而300万像素甚至500万像素的监控则更适合于道路卡口和电子警察抓拍。以天津天地伟业数码科技有限公司的高清网络摄像机TC-NC9010S2-MP为例，如图1所示，它拥有百万像素的成像质量，清晰度超过750线，在城市监控报警网、数字化城市监控管理方面有着良好的应用。

图1 天津天地伟业数码科技有限公司TC-NC9010S2-MP高清网络摄像机

百万高清监控的规模应用不仅意味着一种新产品的诞生，更预示着新的监控时代的来临，它最终将带领整个安防产业实现升级。让我们拭目以待，迎接高清时代的到来。