高清視界鼎盛現狀與行業應用

■陳奕彬

高清視界鼎盛現狀與行業應用

■陳奕彬

高清監控大幕徐徐拉開，2011年獲得更多的突破，但是都離不開——應用！高清監控的發展離不開應用這塊基石，更多的應用會進一步刺激高清監控的發展。

百萬高清視頻監控強勢登陸市場，從2006年的百萬高清監控概念宣傳發展至2011年百萬高清視頻技術的成熟實現與應用，體現出高清視頻監控越來越重要的作用。幾年前基于D1分辨率網絡攝像機，發展到至今的720P、1080P（或1080i）分辨率的網絡百萬高清攝像機，商用行業應用主流像素如100萬、130萬、200萬等，智能交通行業主流像素如200萬、300萬、500萬等，以及未來的800萬、1000萬、1500萬像素等；同時根據客戶不同需求，產品出現1/4、1/3、1/2.7、1/2.5、1/2、1/1.8等多種類型圖像傳感器。更多的前端產品的出現，使得高清監控盛況空前，也預示著高清監控在視頻監控領域的市場份額在逐漸上升。

百萬高清視頻監控主要采用CCD或CMOS圖像傳感器、嵌入式處理器或高速DSP形成一體化網絡攝像機，視頻信號采集無需經過轉換，壓縮編碼及處理是全數字化方式，其輸出信號是數字化的IP視頻流。主要特點為：（1）采用H.264標準的高壓縮比視頻編碼，能更有效地節省網絡帶寬資源和存儲空間；（2）采用IP傳輸方式，方便遠程監控、遠程控制和管理；（3）由有線、無線傳輸的復雜網絡組成，可以實現多形式網絡管理；（4）集本地存儲、網絡存儲、回放、檢索等功能為一體并且實現人性化操作；（5）具雙向對講功能，方便前端監控點與遠程監控端實現對話；（6）集成報警輸入/出，可以提高安全防范效果并實現簡易聯動功能；（7）外置或網絡供電方式，可選擇POE網絡交換機采用一根網線供電，方便施工、減少布線。高清監控以系統化、數字化、信息化、遠程化為基礎，逐漸成為現該階段視頻監控系統的主流產品。

另外，各種高速的有線傳輸、無線傳輸、移動傳輸等方式也被逐漸應用到安防監控系統中。并且DVR的圖像分辨率從基于CIF、D1數字電視中的分辨率格式發展至現在的720P、1080P高清分辨率格式，模擬信號輸入提升至模擬信號+網絡數字信號混合管理。可見，智能、高清、無線、IP等技術在監控系統的應用是安防行業發展的必然趨勢。

高清概念以及技術不斷的普及，但是很多客戶在高清認知方面還存在一定的誤區。

高清分辨率誤導與認識

視頻監控系統在人們肉眼視界中因其圖像直觀逼真，網絡攝像機除清晰度高之外并可直接連網絡實行遠程監控使用。在2008年之前，銷售人員、客戶以及用戶都將CIF畫質稱為標清（簡稱VCD畫質），D1畫質稱作高清（簡稱DVD畫質），而720P、1080i、1080P是否稱為HDVD畫質呢？實際而言是幾年前大多銷售及用戶未知曉壓縮率和分辨率，所以借民用電器技術術語作為簡單的稱呼。直到目前，在網絡監控行業中還有許多工程商在推薦產品時將D1格式網絡監控稱為高清監控，這個概念不但給用戶產生誤導，同時也引起用戶的誤解。在這誤導和誤解問題上我們不管是工程商還是廠商，都要認真認識分清并引導用戶的認識，能給各行用戶提供真正高清視頻監控。事實上，在廣播電視行業上認識比較深的朋友就很清晰這個概念，在每一個電視臺節目轉播結束后，在靜態畫面顯示一幅Monoscope分辨率圖形，并且畫面上的圓圈方中間提示625、656或D1，這是代表電視信號水平分辨率，那也是說射頻轉播的電視信號最高分辨率，而在數字電視信號上也會出現720P或1080P。

在圖像顯示的“分辨率”稱呼上在行業有多種不同的稱呼，如CIF稱為標清，D1為普高清，720P為準廣播級、1080i及1080P為高清廣播級。但這三種稱呼我們要認真的分辨出各種不同分辨率的分類性質與顯示應用，類型性質為：1）、CIF格式是常用的標準化圖像格式，像素為352×288和176×144。2）、D1格式是數字電視系統顯示格式的標準，像素為704×576和704×288。3）、720P格式是標準數字電視顯示模式，750條垂直掃描線，720條可見垂直掃描線，分辨率為1280×720和1280×960/60Hz，行頻為45KHz。4）、1080i格式（簡稱D3格式）是標準數字電視顯示模式，1125條垂直掃描線，1080條可見垂直掃描線，分辨率為1920×1080/60Hz（水平1080線，隔行掃描），行頻為33.75KHz。5）、1080P格式（D5格式），是標準數字電視顯示模式，1125條垂直掃描線，1080條可見垂直掃描線，分辨率為1920×1080（水平1080線，逐行掃描），目前最高等級的高清視頻清晰度標準。

實際應用中，只有720P/1080i/1080P三種分辨率才是算真正高清分辨率，并建議在選用顯示設備時要將清晰度體現出來效果須選擇16：9的監視器。

CCD與CMOS網絡攝像機應用各有所長

在網絡百萬高清監控中，CMOS與CCD的市場應用方面有部分區別，當處于兩者成本價格問題時，CMOS是安防行業應用主流，而高清CCD處于價格昂貴的階段，但兩者應用可根據不同場所作為互補應用。同樣，D1網絡攝像機與百萬高清網絡攝像機也可以可作為互補。而D1網絡攝像機適合應用哪種場所？CCD與CMOS百萬高清網絡攝像機又適用哪種場所？

低照度環境下宜使用CCD攝像機：

CCD感光單元有效面積大，在光照強度較低的環境中，能相對清晰地呈現出被攝物體原貌。相反，CMOS傳感器靈敏度低，ISO感光度差，低照時成像清晰度大大降低。所以，在低照度環境下，如燈光較暗的停車場、樓梯間、周界、社區通道、封閉通道和暗室等，宜選用感光靈敏的CCD攝像機。

圖像質量要求高的場合宜選用CCD或CMOS百萬高清攝像機：CCD與CMOS以現階段技術更新與發展，兩者都具有高清晰度攝像機，目前CCD在安防行業使用中，有常規使用的模擬600線以上的高清攝像機，在網絡攝像機中有D1網絡攝像機和百萬像素網絡攝像機。而對于某些場合的圖像采集要求高質量，并且環境光線均衡的環境，可以選用CCD或CMOS百萬像素網絡攝像機；如車站出入口、身份安檢、收費站、銀行柜臺、收銀臺、法庭庭審與物證、醫療手術臺、娛樂場所出入口等可選用CCD或CMOS百萬像素網絡攝像機。

環境光線優越注重日間監控宜選用CMOS攝像機：安保監控與安全監控或取證監控的系統要求應用有所不同，安保監控要求環境比后兩者來說，環境比較復雜，并且需24小時能看清環境畫面；而安全監控或取證監控的環境處于光線較強的場合，這些環境將可不考慮光線不充足問題。如考場監控、多媒體教學、身份安檢、收費站、銀行柜臺、收銀臺、法庭庭審與物證、醫療手術臺、演練場、賽場等可選用CMOS百萬像素網絡攝像機。

注重高速物體移動圖像質量高宜選用CCD攝像機：高速物體移動監控取證是比較特殊的一個行業監控，一般的攝像機都難以達到滿意的效果，特別流量比較大并且取證的圖像要清晰，不產生拖尾的毛刺邊緣，需達到靜態穩定畫面的條件下，在這種環境不一定所有的百萬像素攝像機都可達到特寫效果。例如：近年來的治安卡口監控、超速抓拍監控等都屬于高速動態靜止抓拍圖像，即在掃描格式中所說的取幀，這需要多個功能結合來實現抓拍圖像的清晰效果，首先處于攝像機須具備電子快門多檔可設，其次攝像機與地感觸發時，所輸出的快門單幀圖片能與地感檢測器產生同步信號，才更能做好特寫、取幀、抓拍效果。所以對于注重高速物體移動圖像質量高的場合一般為治安卡口監控、超速抓拍監控、收費站、停車場出入口、物流園的出入口、報關車場、關卡等可考慮選用CCD百萬像素網絡攝像機，對于慢速出入行駛的環境可考慮選用CMOS攝像機百萬像素網絡攝像機。

當在一個項目預算經費受到限制或不充足時，系統中不一定全部使用百萬像素網絡攝像機，某些場所可考慮采用D1模式CCD網絡攝像機作為補充，在重要場所則考慮百萬高清作為重點監控取證。如停車場、樓梯間、周界、社區通道、樓層通道、大廳全景監控、娛樂場所出入口等可選擇考慮D1網絡CCD攝像機，如想提高D1網絡CCD攝像機的清晰度與顯示效果，可考慮選配水平清晰度600線的模擬攝像機+D1網絡視頻服務器（D1一體化機網絡攝像機）；如大門出入口、考場監控、多媒體教學、身份安檢、收費站、銀行柜臺、收銀臺、法庭庭審與物證、醫療手術臺、演練場、賽場、辦證大廳或柜臺、建筑安全監控等等場所則應考慮選用百萬像素CCD或CMOS網絡攝像機。

百萬高清監控行業應用

網絡視頻監控系統是一個綜合性安全防范系統，系統運用了全球先進的傳感技術、多媒體技術、通訊技術和計算機運算技術等，組成一個多功能全方位的智能化處理系統。視頻監控系統因其能給人最直接的視覺、聽覺感受，以及對被監控對象的可視性、實時性及客觀性的記錄，因而已成為當前安全防范領域的主要手段，并在各行各業為提高現代化管理水平的過程中廣泛應用。

視頻監控系統給各種行業提供了高速的護航和快捷的“火眼金睛”，在各行業系統應用中涉及有20多個行業，例如：金融、教育、建筑、交通、環保、電力、水利、衛生、醫療、檢疫、政法、司法、行政機關、郵政、機房、部隊、海關、證券、文博、鐵路、機場、酒店、小區、企業、智能大廈、平安城市等需提供各種不同的產品技術和系統特定需求的應用。

百萬高清監控應用典型應用很多，其中卡口監控、手術遠程會診等典型應用具有一定的代表性。

治安卡口監控

治安卡口又稱為“公路車輛智能監測記錄系統”。公路車輛智能監測記錄系統主要應用在重要的公路上，可以對經過監測范圍的所有車輛的圖像進行采集并保存；可以自動識別車牌號碼和顏色；可以自動記錄相應車輛的車型、顏色、車牌號碼、行駛方向、車速、路經時間等各種參數，所有數據均自動上傳至管理中心，且具備遠程聯網查詢功能。

在重要的公路上設立該系統，能及時準確地記錄車輛信息，不但可以隨時掌握監測公路的車輛流量及狀態，并對超速、超時停靠等違章行為進行實時監控。治安卡口監控系統可以提高各類刑事犯罪當中和機動車輛有關案件的破案周期，如，交通肇事逃逸、盜搶機動車輛等等。在進出市區的重要道路及高速公路的重點路段，設立一套智能自動記錄治安監控，把過往車輛的情況進行24小時不間斷、無遺漏的記錄下來并存入計算機，為公安、交警部門創建平安大道、打擊交通肇事逃逸及對利用機動車輛進行的犯罪活動提供重要線索。

治安卡口監控系統對經過的車輛可以實現自動實時捕獲兩張經過車輛的圖像，一張為彩色全景圖，用于人眼目測確定車型、車況和車身顏色等；另一張為彩色車頭圖像及駕駛人員臉相，用于人工或機器識別車牌。同時車牌自動識別系統對捕獲的車輛圖像進行實時自動識別功能，車牌識別采用先進的電腦視覺識別技術，能夠識別0-9十個阿拉伯數字，A-Z二十六個大寫英文字母及相關漢字，并且可識別黑、白、黃、藍車牌顏色。系統能夠識別符合“GA36-92”（92式牌照） 和“GA36.1-2001”（02式新牌照）標準的民用車牌照和軍車、警車等特殊牌照的漢字、字母、數字、顏色等信息。此外，在環境無煙霧情況下，牌照識別結果與實際牌照有四位以上相符識別率在95%以上。

所以，近年來諸多城市建設治安卡口監控系統以及城際卡口， 2010年國內目前最大的城際卡口建立于汕頭市，主要用于記錄汕頭與揭陽、潮州、福建等各省、市交界的車輛通過情況，并可以在發生突發案件時，為公安部門提供應急指揮服務，并支持查詢及舉證。

幾年前，各地根據經費情況而自行選擇高清與模擬卡口監控系統。在模擬的攝像機中，難以達到車牌號碼、駕駛員臉部的清晰放大畫面，并且在特寫時需縮小車道監控范圍實現車牌的清晰度，而駕駛員臉部就更難達到看清的效果，使用模擬高線的攝像機對車牌識別的準確率最大只能達到90%。

近年來，大多分散式的卡口抓拍系統向一體化方向發展，降低系統建設的復雜性并使得施工更方便、快捷。系統前端建設采用200萬CCD一體化抓拍主機實現車輛通過的整個過程記錄，同時，展現出車輛車型、顏色、車牌號碼、駕駛員臉部的清晰畫面，在異常情況時能清晰的放大駕駛室的駕駛員臉部畫面以及車牌號碼，車牌識別可以達到98%以上的準確率。

手術遠程會診

“手術遠程會診高清監控系統”是基于IP網絡的醫療行業視頻監控應用系統，可涵蓋多項遠程醫療子系統，包括以檢查診斷為目的的遠程醫療診斷系統、以咨詢會診為目的的遠程醫療會診系統、以教學培訓為目的的遠程醫療教學系統、以家庭病床為目的的實時手術監控系統。

系統實現功能

實時教學、會診、實時交互通話、手術記錄及回放、融合醫療信息系統及靈活統一管理、實時高清手術播放與示教、醫療資源整合、示教與手術過程資料保存、手術技能考核、手術視頻點播、視頻后期編輯及遠程教學、家屬觀摩及雙向交互、遠程遙控鏡頭等功能的實現，極大提高了高清監控系統在醫療行業中的應用。

系統特點

細膩真實的數字高清圖像：從手術圖像的采集、傳輸、播放，到最后的存儲，均采用最新的數字高清技術，可實現1920×1080的高清分辨率，比傳統的模擬畫質清晰4-8倍，色彩還原完美，清晰再現手術真實畫面，完美記錄手術細節。系統不僅滿足了手術觀摩對于清晰度的要求，而且細膩呈現病體部位的血管、組織等肉眼難以分辨的細節，為手術醫護人員提供了實時的圖像參考，從而輔助醫生完成準確、高質量的手術操作。

穩定高效的廣播級網絡傳輸：實時將手術畫面和音頻信號傳輸到網絡上，為醫院的各科室、會議室提供高質量的直播或點播服務；同時，通過與國際互聯網的連接，不同地方的醫生、學者都可以觀摩手術實況，并實時向手術室醫護人員提問或進行指導。手術醫護人員也可以對手術情況進行同步講解，從而實現國際醫療學術交流和培訓，以及遠程醫療會診。

全面的手術輔助畫面：將手術高清視頻圖像、監護儀數據圖像、手術室全景視頻圖像以及其他醫療設備采集的圖像（如解剖學的掃描MRI/CT、生物化學掃描PET、血管造影儀、內窺鏡、眼科顯微鏡、B超…）以多窗口的方式在同一個屏幕上顯示，將病體特征信息和手術實施情況相結合，極大豐富手術示教信息的內容，使觀摩者可以了解到現場手術實施和病體特征之間的關系。

在項目實施過程中，會遇到無影燈放射曝光的情況，此時，在手術臺中不一定考慮采用百萬CCD攝像機，實際應用可以考慮靶面較大CMOS百萬攝像機。另外，兒童與大人的部位比例顯示不同，特別血管及組織部分，如采用常規攝像機應用于手術臺很難體現兒童的血管和組織等細節畫面，若采用1920×1080的高清分辨率攝像機并可體現具體細節，家屬在手術室外的觀摩也能得到清晰的畫面，直觀了解整個手術過程與病體部位。

百萬高清監控系統在手術監控中應用顯然是“最佳拍檔”，特別是能呈現細膩病體部位的血管、組織等肉眼難以分辨的細節，有助于提高醫生手術成功率。

結束語

隨著高清監控技術的發展，百萬像素網絡攝像機技術的深研創新和需求激增。CMOS與CCD在高清領域的應用也會不斷提升，隨著應用的深入，也會有更多的解決方案滿足客戶的應用需求，高清監控也必將迎來一個發展的高峰。