高清视界鼎盛现状与行业应用

■陈奕彬

高清视界鼎盛现状与行业应用

■陈奕彬

高清监控大幕徐徐拉开，2011年获得更多的突破，但是都离不开——应用！高清监控的发展离不开应用这块基石，更多的应用会进一步刺激高清监控的发展。

百万高清视频监控强势登陆市场，从2006年的百万高清监控概念宣传发展至2011年百万高清视频技术的成熟实现与应用，体现出高清视频监控越来越重要的作用。几年前基于D1分辨率网络摄像机，发展到至今的720P、1080P（或1080i）分辨率的网络百万高清摄像机，商用行业应用主流像素如100万、130万、200万等，智能交通行业主流像素如200万、300万、500万等，以及未来的800万、1000万、1500万像素等；同时根据客户不同需求，产品出现1/4、1/3、1/2.7、1/2.5、1/2、1/1.8等多种类型图像传感器。更多的前端产品的出现，使得高清监控盛况空前，也预示着高清监控在视频监控领域的市场份额在逐渐上升。

百万高清视频监控主要采用CCD或CMOS图像传感器、嵌入式处理器或高速DSP形成一体化网络摄像机，视频信号采集无需经过转换，压缩编码及处理是全数字化方式，其输出信号是数字化的IP视频流。主要特点为：（1）采用H.264标准的高压缩比视频编码，能更有效地节省网络带宽资源和存储空间；（2）采用IP传输方式，方便远程监控、远程控制和管理；（3）由有线、无线传输的复杂网络组成，可以实现多形式网络管理；（4）集本地存储、网络存储、回放、检索等功能为一体并且实现人性化操作；（5）具双向对讲功能，方便前端监控点与远程监控端实现对话；（6）集成报警输入/出，可以提高安全防范效果并实现简易联动功能；（7）外置或网络供电方式，可选择POE网络交换机采用一根网线供电，方便施工、减少布线。高清监控以系统化、数字化、信息化、远程化为基础，逐渐成为现该阶段视频监控系统的主流产品。

另外，各种高速的有线传输、无线传输、移动传输等方式也被逐渐应用到安防监控系统中。并且DVR的图像分辨率从基于CIF、D1数字电视中的分辨率格式发展至现在的720P、1080P高清分辨率格式，模拟信号输入提升至模拟信号+网络数字信号混合管理。可见，智能、高清、无线、IP等技术在监控系统的应用是安防行业发展的必然趋势。

高清概念以及技术不断的普及，但是很多客户在高清认知方面还存在一定的误区。

高清分辨率误导与认识

视频监控系统在人们肉眼视界中因其图像直观逼真，网络摄像机除清晰度高之外并可直接连网络实行远程监控使用。在2008年之前，销售人员、客户以及用户都将CIF画质称为标清（简称VCD画质），D1画质称作高清（简称DVD画质），而720P、1080i、1080P是否称为HDVD画质呢？实际而言是几年前大多销售及用户未知晓压缩率和分辨率，所以借民用电器技术术语作为简单的称呼。直到目前，在网络监控行业中还有许多工程商在推荐产品时将D1格式网络监控称为高清监控，这个概念不但给用户产生误导，同时也引起用户的误解。在这误导和误解问题上我们不管是工程商还是厂商，都要认真认识分清并引导用户的认识，能给各行用户提供真正高清视频监控。事实上，在广播电视行业上认识比较深的朋友就很清晰这个概念，在每一个电视台节目转播结束后，在静态画面显示一幅Monoscope分辨率图形，并且画面上的圆圈方中间提示625、656或D1，这是代表电视信号水平分辨率，那也是说射频转播的电视信号最高分辨率，而在数字电视信号上也会出现720P或1080P。

在图像显示的“分辨率”称呼上在行业有多种不同的称呼，如CIF称为标清，D1为普高清，720P为准广播级、1080i及1080P为高清广播级。但这三种称呼我们要认真的分辨出各种不同分辨率的分类性质与显示应用，类型性质为：1）、CIF格式是常用的标准化图像格式，像素为352×288和176×144。2）、D1格式是数字电视系统显示格式的标准，像素为704×576和704×288。3）、720P格式是标准数字电视显示模式，750条垂直扫描线，720条可见垂直扫描线，分辨率为1280×720和1280×960/60Hz，行频为45KHz。4）、1080i格式（简称D3格式）是标准数字电视显示模式，1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，分辨率为1920×1080/60Hz（水平1080线，隔行扫描），行频为33.75KHz。5）、1080P格式（D5格式），是标准数字电视显示模式，1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，分辨率为1920×1080（水平1080线，逐行扫描），目前最高等级的高清视频清晰度标准。

实际应用中，只有720P/1080i/1080P三种分辨率才是算真正高清分辨率，并建议在选用显示设备时要将清晰度体现出来效果须选择16：9的监视器。

CCD与CMOS网络摄像机应用各有所长

在网络百万高清监控中，CMOS与CCD的市场应用方面有部分区别，当处于两者成本价格问题时，CMOS是安防行业应用主流，而高清CCD处于价格昂贵的阶段，但两者应用可根据不同场所作为互补应用。同样，D1网络摄像机与百万高清网络摄像机也可以可作为互补。而D1网络摄像机适合应用哪种场所？CCD与CMOS百万高清网络摄像机又适用哪种场所？

低照度环境下宜使用CCD摄像机：

CCD感光单元有效面积大，在光照强度较低的环境中，能相对清晰地呈现出被摄物体原貌。相反，CMOS传感器灵敏度低，ISO感光度差，低照时成像清晰度大大降低。所以，在低照度环境下，如灯光较暗的停车场、楼梯间、周界、社区通道、封闭通道和暗室等，宜选用感光灵敏的CCD摄像机。

图像质量要求高的场合宜选用CCD或CMOS百万高清摄像机：CCD与CMOS以现阶段技术更新与发展，两者都具有高清晰度摄像机，目前CCD在安防行业使用中，有常规使用的模拟600线以上的高清摄像机，在网络摄像机中有D1网络摄像机和百万像素网络摄像机。而对于某些场合的图像采集要求高质量，并且环境光线均衡的环境，可以选用CCD或CMOS百万像素网络摄像机；如车站出入口、身份安检、收费站、银行柜台、收银台、法庭庭审与物证、医疗手术台、娱乐场所出入口等可选用CCD或CMOS百万像素网络摄像机。

环境光线优越注重日间监控宜选用CMOS摄像机：安保监控与安全监控或取证监控的系统要求应用有所不同，安保监控要求环境比后两者来说，环境比较复杂，并且需24小时能看清环境画面；而安全监控或取证监控的环境处于光线较强的场合，这些环境将可不考虑光线不充足问题。如考场监控、多媒体教学、身份安检、收费站、银行柜台、收银台、法庭庭审与物证、医疗手术台、演练场、赛场等可选用CMOS百万像素网络摄像机。

注重高速物体移动图像质量高宜选用CCD摄像机：高速物体移动监控取证是比较特殊的一个行业监控，一般的摄像机都难以达到满意的效果，特别流量比较大并且取证的图像要清晰，不产生拖尾的毛刺边缘，需达到静态稳定画面的条件下，在这种环境不一定所有的百万像素摄像机都可达到特写效果。例如：近年来的治安卡口监控、超速抓拍监控等都属于高速动态静止抓拍图像，即在扫描格式中所说的取帧，这需要多个功能结合来实现抓拍图像的清晰效果，首先处于摄像机须具备电子快门多档可设，其次摄像机与地感触发时，所输出的快门单帧图片能与地感检测器产生同步信号，才更能做好特写、取帧、抓拍效果。所以对于注重高速物体移动图像质量高的场合一般为治安卡口监控、超速抓拍监控、收费站、停车场出入口、物流园的出入口、报关车场、关卡等可考虑选用CCD百万像素网络摄像机，对于慢速出入行驶的环境可考虑选用CMOS摄像机百万像素网络摄像机。

当在一个项目预算经费受到限制或不充足时，系统中不一定全部使用百万像素网络摄像机，某些场所可考虑采用D1模式CCD网络摄像机作为补充，在重要场所则考虑百万高清作为重点监控取证。如停车场、楼梯间、周界、社区通道、楼层通道、大厅全景监控、娱乐场所出入口等可选择考虑D1网络CCD摄像机，如想提高D1网络CCD摄像机的清晰度与显示效果，可考虑选配水平清晰度600线的模拟摄像机+D1网络视频服务器（D1一体化机网络摄像机）；如大门出入口、考场监控、多媒体教学、身份安检、收费站、银行柜台、收银台、法庭庭审与物证、医疗手术台、演练场、赛场、办证大厅或柜台、建筑安全监控等等场所则应考虑选用百万像素CCD或CMOS网络摄像机。

百万高清监控行业应用

网络视频监控系统是一个综合性安全防范系统，系统运用了全球先进的传感技术、多媒体技术、通讯技术和计算机运算技术等，组成一个多功能全方位的智能化处理系统。视频监控系统因其能给人最直接的视觉、听觉感受，以及对被监控对象的可视性、实时性及客观性的记录，因而已成为当前安全防范领域的主要手段，并在各行各业为提高现代化管理水平的过程中广泛应用。

视频监控系统给各种行业提供了高速的护航和快捷的“火眼金睛”，在各行业系统应用中涉及有20多个行业，例如：金融、教育、建筑、交通、环保、电力、水利、卫生、医疗、检疫、政法、司法、行政机关、邮政、机房、部队、海关、证券、文博、铁路、机场、酒店、小区、企业、智能大厦、平安城市等需提供各种不同的产品技术和系统特定需求的应用。

百万高清监控应用典型应用很多，其中卡口监控、手术远程会诊等典型应用具有一定的代表性。

治安卡口监控

治安卡口又称为“公路车辆智能监测记录系统”。公路车辆智能监测记录系统主要应用在重要的公路上，可以对经过监测范围的所有车辆的图像进行采集并保存；可以自动识别车牌号码和颜色；可以自动记录相应车辆的车型、颜色、车牌号码、行驶方向、车速、路经时间等各种参数，所有数据均自动上传至管理中心，且具备远程联网查询功能。

在重要的公路上设立该系统，能及时准确地记录车辆信息，不但可以随时掌握监测公路的车辆流量及状态，并对超速、超时停靠等违章行为进行实时监控。治安卡口监控系统可以提高各类刑事犯罪当中和机动车辆有关案件的破案周期，如，交通肇事逃逸、盗抢机动车辆等等。在进出市区的重要道路及高速公路的重点路段，设立一套智能自动记录治安监控，把过往车辆的情况进行24小时不间断、无遗漏的记录下来并存入计算机，为公安、交警部门创建平安大道、打击交通肇事逃逸及对利用机动车辆进行的犯罪活动提供重要线索。

治安卡口监控系统对经过的车辆可以实现自动实时捕获两张经过车辆的图像，一张为彩色全景图，用于人眼目测确定车型、车况和车身颜色等；另一张为彩色车头图像及驾驶人员脸相，用于人工或机器识别车牌。同时车牌自动识别系统对捕获的车辆图像进行实时自动识别功能，车牌识别采用先进的电脑视觉识别技术，能够识别0-9十个阿拉伯数字，A-Z二十六个大写英文字母及相关汉字，并且可识别黑、白、黄、蓝车牌颜色。系统能够识别符合“GA36-92”（92式牌照） 和“GA36.1-2001”（02式新牌照）标准的民用车牌照和军车、警车等特殊牌照的汉字、字母、数字、颜色等信息。此外，在环境无烟雾情况下，牌照识别结果与实际牌照有四位以上相符识别率在95%以上。

所以，近年来诸多城市建设治安卡口监控系统以及城际卡口， 2010年国内目前最大的城际卡口建立于汕头市，主要用于记录汕头与揭阳、潮州、福建等各省、市交界的车辆通过情况，并可以在发生突发案件时，为公安部门提供应急指挥服务，并支持查询及举证。

几年前，各地根据经费情况而自行选择高清与模拟卡口监控系统。在模拟的摄像机中，难以达到车牌号码、驾驶员脸部的清晰放大画面，并且在特写时需缩小车道监控范围实现车牌的清晰度，而驾驶员脸部就更难达到看清的效果，使用模拟高线的摄像机对车牌识别的准确率最大只能达到90%。

近年来，大多分散式的卡口抓拍系统向一体化方向发展，降低系统建设的复杂性并使得施工更方便、快捷。系统前端建设采用200万CCD一体化抓拍主机实现车辆通过的整个过程记录，同时，展现出车辆车型、颜色、车牌号码、驾驶员脸部的清晰画面，在异常情况时能清晰的放大驾驶室的驾驶员脸部画面以及车牌号码，车牌识别可以达到98%以上的准确率。

手术远程会诊

“手术远程会诊高清监控系统”是基于IP网络的医疗行业视频监控应用系统，可涵盖多项远程医疗子系统，包括以检查诊断为目的的远程医疗诊断系统、以咨询会诊为目的的远程医疗会诊系统、以教学培训为目的的远程医疗教学系统、以家庭病床为目的的实时手术监控系统。

系统实现功能

实时教学、会诊、实时交互通话、手术记录及回放、融合医疗信息系统及灵活统一管理、实时高清手术播放与示教、医疗资源整合、示教与手术过程资料保存、手术技能考核、手术视频点播、视频后期编辑及远程教学、家属观摩及双向交互、远程遥控镜头等功能的实现，极大提高了高清监控系统在医疗行业中的应用。

系统特点

细腻真实的数字高清图像：从手术图像的采集、传输、播放，到最后的存储，均采用最新的数字高清技术，可实现1920×1080的高清分辨率，比传统的模拟画质清晰4-8倍，色彩还原完美，清晰再现手术真实画面，完美记录手术细节。系统不仅满足了手术观摩对于清晰度的要求，而且细腻呈现病体部位的血管、组织等肉眼难以分辨的细节，为手术医护人员提供了实时的图像参考，从而辅助医生完成准确、高质量的手术操作。

稳定高效的广播级网络传输：实时将手术画面和音频信号传输到网络上，为医院的各科室、会议室提供高质量的直播或点播服务；同时，通过与国际互联网的连接，不同地方的医生、学者都可以观摩手术实况，并实时向手术室医护人员提问或进行指导。手术医护人员也可以对手术情况进行同步讲解，从而实现国际医疗学术交流和培训，以及远程医疗会诊。

全面的手术辅助画面：将手术高清视频图像、监护仪数据图像、手术室全景视频图像以及其他医疗设备采集的图像（如解剖学的扫描MRI/CT、生物化学扫描PET、血管造影仪、内窥镜、眼科显微镜、B超…）以多窗口的方式在同一个屏幕上显示，将病体特征信息和手术实施情况相结合，极大丰富手术示教信息的内容，使观摩者可以了解到现场手术实施和病体特征之间的关系。

在项目实施过程中，会遇到无影灯放射曝光的情况，此时，在手术台中不一定考虑采用百万CCD摄像机，实际应用可以考虑靶面较大CMOS百万摄像机。另外，儿童与大人的部位比例显示不同，特别血管及组织部分，如采用常规摄像机应用于手术台很难体现儿童的血管和组织等细节画面，若采用1920×1080的高清分辨率摄像机并可体现具体细节，家属在手术室外的观摩也能得到清晰的画面，直观了解整个手术过程与病体部位。

百万高清监控系统在手术监控中应用显然是“最佳拍档”，特别是能呈现细腻病体部位的血管、组织等肉眼难以分辨的细节，有助于提高医生手术成功率。

结束语

随着高清监控技术的发展，百万像素网络摄像机技术的深研创新和需求激增。CMOS与CCD在高清领域的应用也会不断提升，随着应用的深入，也会有更多的解决方案满足客户的应用需求，高清监控也必将迎来一个发展的高峰。