近年來，高清視頻監(jiān)控技術逐步進入人們的眼簾，成為未來安防監(jiān)控領域技術發(fā)展的方向之一。“讓我們看得更清楚些”、“還給人們一個清晰的世界”這樣的呼聲和口號也日愈高漲，體現(xiàn)出來的是一種需求和趨勢。在這種趨勢下，“高清”這一名詞，不再像人們以前感覺到的那么遙遠。越多來越多的廠商開始推出“高清”化的產(chǎn)品。透過市場上品類繁多的“高清產(chǎn)品”，我們發(fā)現(xiàn)，我們的目光應該不僅僅是停留在“高清”概念上，而應更多地關注“高清”產(chǎn)品的出現(xiàn)給系統(tǒng)的應用價值帶來的提升空間。

　　1、高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程及現(xiàn)狀

　　最初，“高清”概念與標準是廣播電視業(yè)提出的。上世紀60年代，日本國家廣播公司NHK開始研究高清，90年代初期，NHK和索尼完成了研究并開始試播模擬制式的高清電視。但由于多種原因，歐洲并不接受日本的研究成果，80年代中期，飛利浦等公司也聯(lián)合完成一個高清研究計劃。然而在1990年，美國一舉推出數(shù)字高清電視HDTV，后來居上超越日本和歐洲，也是從那時起，大家承認了數(shù)字式電視是未來高清的發(fā)展方向。目前市場上的高清數(shù)字電視可以分為兩大陣營，分別是歐洲的數(shù)字電視廣播聯(lián)盟DVB和美國的先進電視系統(tǒng)聯(lián)盟ATSC。

　　我國的高清數(shù)字電視的研制始于1998年，其中經(jīng)歷了幾個階段。1999年10月1日，以高清轉播國慶慶典取得了巨大成功。2006年，我國公布了地面數(shù)字電視傳播標準DMB-TH?！秶?ldquo;十一五”時期文化發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確指出：2008年開播數(shù)字高清電視，標志現(xiàn)代科技成果之一的數(shù)字高清電視必將得到前所未有的發(fā)展。

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的不同時期，其視頻清晰度也相應地得到了不斷的提高。并且隨著CCD的不斷發(fā)展，模擬視頻監(jiān)控和數(shù)字視頻監(jiān)控的清晰度又在縱向提高，模擬攝像機的水平分辨率從380線發(fā)展到540線，數(shù)字攝像機像素從25萬發(fā)展到1600萬。在模擬時代，一般認為攝像機的水平分辨率只要高于480線，即可稱為高清晰攝像機;在網(wǎng)絡攝像機(IP Camera)方興未艾時，則一般認為720P以上即可稱為高清攝像機。而因CCD、DSP等技術的進步，目前網(wǎng)絡數(shù)字攝像機在高清視頻監(jiān)控領域正扮演著越來越重要的角色。

　　高清對于視頻監(jiān)控并不是件容易的事情。它涉及到監(jiān)控系統(tǒng)的頗多環(huán)節(jié)，從前端攝像機到傳輸，再到記錄存貯和顯示設備，為了到達“高清”指標都需要做出相應調整，只要一個環(huán)節(jié)滿足不了要求，就達不到“高清”要求。

　　2、監(jiān)控行業(yè)高清標準

　　高清視頻監(jiān)控近年來得以迅速發(fā)展，主要是為了解決人們在正常監(jiān)控過程中“細節(jié)”看不清的問題。“高清”即“高分辨率”，關于高清的定義，最早來源于數(shù)字電視領域，高清電視，又叫“HDTV”，是由美國電影電視工程師協(xié)會確定的高清晰度電視標準格式。電視的清晰度，是以水平掃描線數(shù)作為計量的，它的集中高清劃分方式如下：

　　(1)1080i格式，是標準數(shù)字電視顯示模式。1125條垂直掃描線，1080條可見垂直掃描線，16:9，分辨率為1920×1080，隔行/60Hz，行頻為33.75KHz。

　　(2)720p格式，是標準數(shù)字電視顯示模式。750條垂直掃描線，720條可見垂直掃描線，16:9，分辨率為1280×720，逐行/60Hz，行頻為45KHz。

　　(3)1080p格式，是標準數(shù)字電視顯示模式。1125條垂直掃描線，1080條可見垂直掃描線，16:9，分辨率為1920×1080逐行掃描，專業(yè)格式。

　　高清電視，就是指支持1080i、720p和1080p的電視標準。

　　目前，在安防行業(yè)傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)最高可達標準清晰度，進行數(shù)字編碼后，一般可以達到4CIF或D1的分辨率，約為44萬像素，清晰度在300至500電視線之間;采用高清網(wǎng)絡攝像機的IP監(jiān)控，如果要達到800電視線的清晰度，那么網(wǎng)絡攝像機的分辨率至少要達到1280x720的標準，約90多萬像素;若采用200萬像素的網(wǎng)絡攝像機，就達到了超高清圖像的要求，寬高比為16:9的網(wǎng)絡攝像機，對應分辨率為1920x1080，寬高比為4：3的網(wǎng)絡攝像機，對應分辨率為1600x1200。安防行業(yè)更多的是借用電視領域的高清劃分標準，俗稱為“高清”和“標清”。安防市場中已經(jīng)出現(xiàn)了分辨率能夠達到1080i和720p的網(wǎng)絡攝像機，這是因為網(wǎng)絡給高清視頻的傳輸提供了一個很高的保障。當然，也有具有高清傳輸接口的模擬攝像機，如具有Y/Pb/Pr和VGA接口的槍機或一體機。

　　所以，這里借用一下廣電標準：能達到百萬像素的攝像機，配套以1080p分辨率的顯示設備及相應的傳輸通道，就可以形成一套可稱之為高清的監(jiān)控系統(tǒng)。安防視頻監(jiān)控行業(yè)目前還沒有通用的高清標準。有廠家認為圖像達到D1就是高清，也有廠家認為超過480線就是高清，眾說紛紜。這里我們可以看看DVR國家標準。2006年國家質量監(jiān)檢總局發(fā)布的《視頻安防監(jiān)控數(shù)字錄像設備國家標準 GB 20815-2006》規(guī)定，DVR的等級劃分A級(分辨率不小于4CIF)和B級(分辨率小于4CIF)。如果按照以上廠家的評價標準要求來看，DVR中A級產(chǎn)品為高清產(chǎn)品，B級為通用產(chǎn)品，即4CIF(分辨率為704×576)為高清，CIF(分辨率為352×288)為普通清晰度。

　　隨著科學技術的進步，“高清”技術必然引入視頻監(jiān)控領域，視頻監(jiān)控行業(yè)的高清標準也會不斷完善。

　　3、高清前端采集技術

　　高清的視頻效果的保證首先來源于高清信息的采集，如果沒有前端高清視頻采集，無法談及后端的高清效果。無論是槍機、一體機還是網(wǎng)絡攝像機、模擬攝像機，采集的原理都是一致的，只是技術和器件上的區(qū)別。對于高清監(jiān)控系統(tǒng)，前端采集設備一般使用網(wǎng)絡攝像機。我們知道，攝像機的清晰度主要取決于感光芯片的性能，主要有CCD和CMOS兩種，在高清監(jiān)控領域，也都有所應用。

　　CCD 英文全名 Charge Coupled Device，感光耦合元件。CCD為數(shù)位相機中可記錄光線變化的半導體，它是一種半導體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。CCD對監(jiān)控場景的適應性更佳，在低照度下效果表現(xiàn)更好。CCD由以前1/4英寸到現(xiàn)在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等，代表了其技術的不斷發(fā)展，再經(jīng)過圖像處理芯片的配合，能夠達到分辨率720P甚至1080i的輸出。

　　CMOS英文全名 Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補性氧化金屬半導體，CMOS和CCD一樣同為在數(shù)碼相機 中可記錄光線變化的半導體，而隨著CMOS在制造工藝和影像處理技術上的不斷突破，業(yè)內對CMOS的前景預測也越來越樂觀。高清數(shù)字影像的普及更是CMOS技術發(fā)展的一個難得機遇。而且，與CCD相比，CMOS的制造原理更加簡單，體積更小，功耗可以大大的降低，種種跡像表明：圖像傳感器的領域正面臨著一個重大轉折，盡管從目前的狀況看，CMOS與CCD圖像傳感器的應用市場仍然有一個分界，但這個界限似乎越來越模糊。有專家預言，隨著300萬像素的CMOS圖像傳感器的上市，圖像傳感器即將進入“CMOS時代”。CMOS在高像素方面有著一定的優(yōu)勢。

　　另外，鏡頭要能夠保證進光量和角度，同時還要有一個適宜調焦和光圈來配合感光元器件的成像，因為高清的視頻通常依賴于一個調焦的操作。對于焦距和光圈不滿足實際需求來說，高清攝像機也惘然。在一體機中通常配合較高的變倍來更好的體現(xiàn)高清的效果。當然，評價一個高清攝像機，除了清晰度外，還有其他許多影響圖像質量的因素，如超寬動態(tài)、自動白平衡、自動測光補償?shù)鹊取?/p>

　　4、高清編碼標準

　　除了采集外，高清圖像編碼也是重要環(huán)節(jié)，高清視頻編碼最常用的編碼格式是MPEG2-TS、MPEG4、H.264和VC-1這四種算法。

　　MPEG2由MPEG(Moving Picture Experts Group)運動圖像專家組制定，這是國際標準化組織(ISO)于1988年成立的專責制定有關運動壓縮編碼標準的工作組，制定的標準是國際通用標準。DVD即是MPEG2編碼，隨著技術的改進，它在高清視頻方面也得到了應用。MPEG2最大的缺點就是文件體積過大，不過它也有一個優(yōu)點，那就是相對于另外兩種編碼，它對于系統(tǒng)資源的消耗是最小的。但是隨著硬件技術的發(fā)展，H.264和VC-1的解碼必然會成為DVD那樣，任何主流的配置都能流暢播放。

　　MPEG4主要用于低帶寬應用和交互式圖形應用(游戲等合成內容)、交互式多媒體( W W W 等內容分發(fā)和訪問技術)應用， MPEG專家組成立了MPEG4工作組，以促進上述三個領域的集成。1999年初，定義標準框架的MPEG4(第一版)成為國際標準(ISO/IEC 14496-1)，提供多種算法和工具的第二版已于1999年底成為國際標準(ISO/IEC 14496-2)。

　　H.264也許是最有前途的一個了，相對于MPEG2、 MPEG4而言，其壓縮效率是三種編碼中最高的。H.264標準由國際電信聯(lián)盟電信標準化部(ITU-T)和國際標準化組織/國際電工委員會(ISO/IEC)共同研究發(fā)布，因此H.264有兩個名稱，一個是沿用 ITU-T組織的H.26x名稱，叫“H.264”，另一個則是A V C ( 高級視頻編碼)。H.264格式的最大特點是在保證畫面質量的情況下，它可以把文件大小控制在MPEG2格式的二分之一甚至三分之一。所以其更高的壓縮比、更好的IP和無線網(wǎng)絡信道的適應性，在數(shù)字視頻通信和存儲領域得到越來越廣泛的應用。但是需要注意的是，H.264獲得優(yōu)越性能的代價是計算復雜度增加，因此H.264的硬件要求是最高的。

　　微軟公司在2003年9月提出了VC-1編碼格式(開發(fā)代號Corona)，目前已經(jīng)得到了 MovieBeam、Modeo等不少公司的采納，同時也包含在HD DVD和藍光中，包括華納和環(huán)球等影業(yè)公司也有采用這種格式的意向。VC-1基于微軟windows Media Video9 ( WMV9 )格式， 而WMV9格式現(xiàn)在已經(jīng)成為VC-1標準的實際執(zhí)行部分。VC-1是最后被認可的高清編碼格式，因為有微軟的后臺，所以這種編碼格式不能小窺，相對于MPEG2，VC-1的壓縮比更高;但相對于H.264而言，編碼解碼的計算則要稍小一些。

　　AVS是基于我國自主創(chuàng)新技術和國際公開技術所構建的標準，主要面向高清晰度和高質量數(shù)字電視廣播、網(wǎng)絡電視、數(shù)字存儲媒體和其他相關應用，具有性能高(與H.264相當)、復雜度低(算法復雜度比H.264明顯低)、我國掌握主要知識產(chǎn)權、專利授權模式簡單且費用低等特點?；诖?，可以認為AVS標準是能夠支撐國家數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要標準，也是安防監(jiān)控行業(yè)應該采納的重要標準。

　　JPEG2000 是一種圖像編碼格式, 而并不是視頻編碼格式, 設計之初是用于取代JPEG , 而視頻序列的每一幀畫面也相當于是一幅圖像,與其前輩JPEG相比, JPEG2000放棄了以離散余弦變換DCT為主的區(qū)塊編碼方式, 而改為采用以小波變換為主的多解析編碼方式, 壓縮率比JPEG 高約 30% 左右, 同時JPEG2000支持有損和無損壓縮。JPEG2000有幾個重要特性, 支持“漸進傳輸”及“感興趣區(qū)域編碼”。在清晰度方面, 它可以先解碼一副畫面的四分之一尺寸, 然后再二分之一, 最后解碼出整幅畫面;在圖像質量方面, 它可以先傳輸圖像的輪廓, 然后逐步傳輸數(shù)據(jù), 不斷提高圖像質量, 讓圖像由朦朧到清晰顯示;“感興趣區(qū)域”是指用戶可以任意指定圖像上感興趣區(qū)域的壓縮質量, 還可以選擇指定的部份先解壓縮, 便于突出重點。但JPEG2000計算量太大，壓縮率不高，目前很難在嵌入式實時系統(tǒng)中實現(xiàn)，對存儲傳輸也提出了較高的要求，目前僅有一些高清專用系統(tǒng)采用了這個算法。

　　在編碼芯片上，一般有DSP、ASIC等可供選擇。DSP方案，如達芬奇數(shù)字媒體處理器TMS320DM6467，是基于DSP的SOC(片上系統(tǒng))，集成了300MHz的ARM內核和600MHz的DSP內核，并采用高清視頻協(xié)處理器，在執(zhí)行H.264 HP@L4(1080p 30fps、1080i 60fps、720p 60fps)的同步多格式高清編碼、解碼與轉碼方面，表現(xiàn)出色。還有一款高清入門級的TI芯片DM355，它內置了編解碼算法實現(xiàn)，能夠以720p格式與每秒30幀的速度提供高清MPEG4 SP編解碼能力，是快速開發(fā)入門級高清編碼產(chǎn)品的不錯選擇。ASIC方案，如海思3511的處理器，一款基于ARM9處理器內核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器，具有高集成、可編程、支持H.264和MJPEG(Motion JPEG是一種視頻壓縮格式，其中每一幀圖像 都分別使用JPEG 編碼)等多協(xié)議的優(yōu)點，可廣泛應用于實時視頻通信、數(shù)字圖像監(jiān)控、網(wǎng)絡攝像機等領域。