网络视频监控正以惊人的速度在发展,大有取代模拟视频监控之势。同时,越来越多的客户也表现出对IP数字监控的青睐。那么在选择网络摄像机时,需要注意哪些因素呢?这便是本文所要讨论的。

网络摄像机的选择与困惑

  文/深圳市朗驰欣创科技有限公司

  网络摄像机伴随着网络的发展飞速成长,它可以通过网络将影像传至地球另一端,且远端的浏览者不需要任何专业软件,只要标准的网络浏览器(如Microsoft IE或Netscape),即可监视其影像,并能进行录像。

  回头展望视频监控,曾经历了从低清晰度的模拟视频监控发展到现在的高清晰数字监控。虽然,目前数字监控还没有能完全取代模拟视频,但是网络视频监控已以非常惊人的速度发展着。同时,越来越多的客户在对今后监控设备的采购表现出选择IP数字设备的倾向。那么,在选择网络摄像机时需要注意些什么要素呢?下面将就这个问题进行简单探讨。

  如何选择IP摄像机

  成像质量

  成像质量是摄像机的灵魂,是需关注的重要指标之一。好的成像质量来自于镜头和成像器件。摄像机镜头的成像质量好坏将影响成像器件输出的信号质量。我们可以将镜头比喻是人的眼睛,而成像器件就是视网膜。

  1、镜头

  镜头种类繁多,但是即使同一类型的镜头,其成像质量也有着很大的差异,这主要是由于材质、加工精度和镜片结构的不同等因素造成的,同时也导致不同档次的镜头价格从几十元到几万元的巨大差异,比较著名的如四片三组式天塞镜头、六片四组式双高斯镜头。一个好的镜头,在分辨率、明锐度、光圈系数等方面都会有很好的表现,对各种像差的校正也比较好,但同时其价格也会高几倍甚至上百倍。

  像差是影响图像质量的重要方面,常见的像差有如下六种:球差、慧差、色差、像散、场曲、畸变。因此目前常用的镜头都是多片多组镜片加多层镀膜构成,其目的就是为了解决像差问题,使得成像更清晰锐利、色彩逼真。

  2、CCD还是CMOS

  CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。

  从制造工艺上说CCD制造工艺较复杂,只有少数几个厂商,如索尼、松下、夏普等掌握这种技术,因此CCD摄像机的价格会相对比较贵。事实上经过技术改造,目前CCD和高级CMOS的实际效果的差距已经非常小了。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD,所以很多低档摄像头生产厂商采用普通CMOS感光元件作为核心组件。

  成像方面,在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可以保证基本准确。而普通CMOS的产品往往通透性一般,对实物的色彩还原能力偏弱,曝光也都不太好,由于自身物理特性的原因,普通CMOS的成像质量和CCD还是有一定差距。但由于低廉的价格以及高度的整合性,因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。

  目前,许多低档入门型的摄像机使用廉价的低档CMOS芯片,成像质量比较差。普及型、高级型及专业型摄像机使用不同档次的CCD,个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。

  综上所述,CCD与CMOS孰优孰劣不能一概而论,但就目前而言,在监控摄像机领域中普遍使用的CCD芯片的摄像机成像质量要好一些。

  3、模拟还是数字

  CCD摄像机按照输出信号分为模拟摄像机和数字摄像机。如果摄像机CCD板输出的是模拟信号,那么在摄像机电路上其实对CCD传来的电信号进行了一次模拟编码输出,视频编码模块在数字压缩前先要对CCD板路传来的模拟信号重新进行数字化,然后才能压缩输出。这样无形中就多出了一对没有必要的D/A-A/D转换过程。而在这个过程中多出的一对转换会带来无谓的信号损失。同时,由于模拟摄像机的扫描方式是隔行扫描的,还存在奇数场与偶数场之间的锯齿问题,数字输出的CCD可以选择逐行扫描的输出方式,清晰度又提高了一个层次。因此在选择IP摄像机的时候尽可能选择数字逐行扫描、信号直接压缩编码的IP摄像机(尽管成本上略有提升)。

  压缩方式

  IP摄像机和视频服务器作为视频网络应用的新型产品,适应网络传输的要求也必然成为产品开发的重要因素,而这其中视频图像的技术又成为关键。

  在IP视频发展的初期有相当一部分国内外IP摄像机和视频服务器都是采用JPEG、Motion-JPEG压缩技术。JPEG、M-JPEG采用的是帧内压缩方式,图像清晰、稳定,适用于视频编辑,而且可以灵活设置每路的视频清晰度和压缩帧数。另外,因其压缩后的格式可以读取单一画面,因此可以任意剪接,特别适用于安防取证的用途。但是由于其对网络带宽的要求过高,因此无法在带宽相对较窄的互联网上传输。最近几年出现了MPEG-4和H.264压缩标准,而分辨率也从原来的CIF发展到了现在的300万像素超高清晰度。

  但是有一点需要提醒注意,在欧美M-JPEG是司法认可的视频证据格式,而压缩效率高的MPEG-4H.264并没有得到司法证据认可。尽管如此,MPEG-4H.264的压缩标准还是得到了广大用户的认可和好评。

  1、M-JPEG

  M-JPEG的主要缺点是压缩效率低,M-JPEG算法是根据每一帧图像的内容进行压缩,而不是根据相邻帧图像之间的差异来进行压缩,因此造成了大量冗余信息被重复存储。目前流行的M-JPEG技术最大压缩也只能做到每帧3K字节,但如果采用如此的压缩比,视频质量会严重降低。即使是丢帧传输或录像,也将耗费大量的网络带宽和硬盘空间,尤其在摄像机较多时,它的数据传输量和存储量是十分惊人的。在码流比较低的情况下M-JPEG的图像质量要明显低于MPEG-4压缩模式。

  因此除了在局域网内,或者广域网不要求实时、很少存储的前提下,才考虑使用M-JPEG的压缩模式。

  2、MPEG-4H.264

  MPEG-4H.264是专为音视频信息在因特网实时传输音/视频讯号而制定的最新MPEG标准。它利用很窄的带宽,通过帧重建技术,压缩和传输数据,以求以最少的数据获得最佳的图像质量,通过动态地监测图像每个区域的变化,按对象的空间和时间特征来调整压缩方法,从而可以获得比M-JPEG更大的压缩比、更低的压缩码流和低带宽下更佳的图像质量,是目前全球公认的优秀的压缩算法之一。MPEG-4基于场景描述面向带宽设计的压缩算法,使得在视频监控领域中有以下几个巨大的优势:录像存储量大大降低、录像清晰度得到保障、录像帧数可调、网络传输更加方便。

  网络模式

  从网络摄像机接入网络的模式可以分为局域网、城域网、广域网三种;按照线路接入模式又可分为有线与无线两大类。一般一路CIF图像在MPEG-4/H.264压缩模式下仅仅需要200K左右的带宽就可以达到实时传输、录像。用户在选择IP摄像机的时候应该根据自己需要摄像机的数量,需要同时远程监看、录像的数量,综合计算网络带宽需求。在局域网下,基本上可以不用考虑线路带宽问题,只需要考虑交换机的吞吐量,选择足够的交换机背板带宽即可。城域网下,例如电信全球眼,电信部门预留了足够带宽的线路。而在广域网上最大的问题在于上行带宽问题,国内现在可以提供的ADSL上行带宽目前只有512K左右,因此使用成本是用户必须考虑的问题之一。

  摄像机功能

  从今年的几次展会上可以清楚地体现出产品细分的趋势,IP摄像机不再局限于桌上型和枪机型,随着IP摄像机技术的成熟和用户需求的日益强烈,IP摄像机也繁衍出了很多种类,并逐步走向细分市场。现在市场上几乎所有传统摄像机的形式都已经有对应的IP摄像机,而且针对网络传输特点还有更多的衍生品种。比如说:红外日夜两用型IP摄像机、快速球型IP摄像机、匀速球型IP摄像机、云台控制一体化IP摄像机,还有支持无线局域网、支持SD卡存储、USB存储、网络供电(POE)等等特殊功能的IP摄像机。未来随着技术的进一步发展,IP摄像机的发展空间将无法估量。

  随着市场成熟程度的不断提高,IP摄像机的功能也越来越丰富,用户在明确了自己目前需要的基本功能后,就可以到市场上去对号入座寻找相应的产品了。比如说,用ADSL方式直接接入一个IP摄像机,而且这条线路不需要和任何人共享数据,那么就可以考虑使用带pppOE、DDNS功能的 IP摄像机,它可以直接连接ADSL MODEM接入互联网。

  高清晰画面

  随着CCD价格的快速下降,以及算法的提升,IP摄像机无疑会快速达到百万像素,甚至三百万像素的分辨率。高清晰化将彻底摆脱普通模拟摄像机在图像上的优势地位,成为监控的新标准之一。然而目前百万像素IP摄像机的价格高企,以及存储压缩方式的滞后,高清晰化的代价是非常巨大的,这样的数据在目前的互联网上无法实时传输,如果需要压缩录像也是个很麻烦的事情,需要更大的硬盘空间,需要更高级的硬件设备。

  制约IP摄像机的因素

  因素之一:带宽

  IP摄像机在视频网络应用方面遇到的最大的瓶颈之一就是传输带宽。尽管目前IP摄像机已经有了H.264压缩、动态码流等数据流量控制技术,但不可否认的是要获得更高的成像质量就一定需要更高的网络带宽,按照目前的压缩技术传输百万像素的影像,在局域网上是没有问题的。但是目前的广域网传输方式中:ADSL受技术限制,上行实际带宽一般都在512K左右;数据专线或者光纤的成本的确偏高。ADSL的上行带宽仅仅只能传输一路质量勉强的D1实时影像,但随着技术的不断进步,IP摄像机普及百万像素已经近在咫尺,传输成为困扰IP影像的一个大问题,因为我们不可能为每个摄像机安装局域网或者光纤。

  解决之道

  随着新技术应用和网络宽带接入方式的不断革新,类似ADSL2+、VDSL2等新技术的普及应用,上行带宽最高可达到26M,网络上行带宽问题将得到改善,IP摄像机的民用化市场就有可能启动,届时IP摄像机的监控职能的概念可能会有所模糊,人们将在更广泛的意义上应用IP摄像机。

  因素之二:成本

  IP摄像机虽然在多路方案、远程方案中设备整体造价要优于传统监控方式,但是在小范围内,在标准清晰度要求下,造价还是要高于传统摄像机加DVR的方式。这只是计算了前端摄像机和录像设备方面成本的区别,如果涉及到远程方式,在ADSL线路无法满足的高清晰传输时,专线或者光纤宽带的租金等,将会造成高额的使用成本。这将直接影响客户是否选择IP摄像机。

  解决之道

  似乎这个问题目前正在突破中,随产量高速增加,IP摄像机的成本会继续下降,网络成本也在逐步下降。因此网络摄像机的使用成本问题将不复存在,随着网络摄像机的高清时代到来,性价比也将奠定网络摄像机的优势地位。

  因素之三:清晰度认识的误区

  目前传统摄像机分辨率是704×576,换算出来就40多万像素,分辨率不算高,甚至赶不上一个好点的手机摄像头。受传统模拟技术与设备的限制,普通摄像机分辨率上升的空间极为有限。目前很多厂家的IP摄像机基本上沿用了传统的摄像机CCD,取得摄像机CCD的模拟信号输出给视频压缩模块转成网络信号,这样经过两次转换,图像质量不但受到模拟信号质量的影响,压缩效率也低很多。

  很多人从直观上感受,还是觉得模拟摄像机比IP摄像机清晰,其实这个问题很复杂,涉及很多因素,如CCD质量、镜头质量、压缩编码方式、显示回放方式等等。要说清这个清晰度的差别,就先要了解一下,在什么情况下模拟摄像机比IP摄像机清晰。IP摄像机对图像是带压缩的,IP摄像机在码流低的情况下图像效果的确是不够清楚的,但那是不公平的对比,因为模拟摄像机是不对图像做压缩的,而且也不能利用公共网络远距离传输的。但是IP摄像机在1M甚至更高的码流下,和模拟摄像机在显示的效果基本上没有区别。

  就两种成像方式而言,单从回放方式上就存在着根本的区别,如果用模拟监视器和摄像机直接连接看图像,中间几乎没有任何转换,全是模拟信号,的确很清楚;但是IP摄像机要显示的时候必须通过解码器,转换成模拟信号,这样就等于多做了模拟到数字,再从数字到模拟的转换,无疑会增加信号的损失。如果是采用纯数字高清的IP摄像机(1080P)在数字接口的高清液晶显示器上显示的效果,我想是没有一个模拟摄像机能比的(如目前的高清数字电视)。因为IP摄像机的最大优势就在于它在技术上几乎可以不受分辨率的限制,所以从长远来看IP摄像机的清晰度随着网络带宽的变化将不再成为问题,而且随着高清时代的到来,704×576的D1图像标准将不再风光。

  解决之道

  1、突破模拟信号这个中间环节,实现摄像机CCD数字信号直接到网络信号的转换,即能提高压缩效率又能大幅提升画面品质。

  2、百万像素高分辨率,网络视频编码技术上目前已经出现了高分辨率的编码格式,可以实现1080P甚至更高分辨率的影像尺寸。或许只有百万像素成为标准的时候,IP摄像机才能真正突破清晰度的争论,冲出模拟摄像机的重围。

  因素之四:无线的代价

  任何摄像机在遇到超出线路覆盖地区的监控时,都会遇到一个问题,那就是远程传输问题,一般在数十千米数量级的距离上一般都会选择无线方式,光一对传输距离在20千米的宽带传输设备的价格就在数万元,因此这绝对不是一个最佳的解决之道,只能是无奈之下的选择。而目前我们能用到的无线广域网是属于2.5G的无线通讯方式,标称传输最快的CDMA带宽,理论值也不过区区150Kb左右,而实际传输效率更是大打折扣,一般只能达到64Kb左右的实际传输带宽。在这样窄的带宽下连一路CIF图像都无法实现实时的传输。

  解决之道

  在广域无线接入方式下,似乎我们能够期盼的只有3G通信的发牌,3G通信模式下将提供上行2M的带宽,数十公里范围内的接入,全国绝大多数地域的覆盖。如果3G的接入成本随着应用的广泛迅速降低到一定程度,那将对现行的网络视频监控传输方案产生深远的影响。没有了线的束缚,又加上带宽的优势,3G时代的来临将会颠覆目前的传统监控组网方式。

  结语

  IP摄像机的优点在于远程视频监控方面的技术优势,从而扩大了图像监控的应用范围,强化了视频图像在远程管理、视频资料共享等方面的重要性。但是提到IP摄像机的选择与瓶颈问题时,谈的最多的就是:IP摄像机和视频服务器的网络带宽、图像质量、延时、软件系统的兼容性和价格等问题,这些问题有些已经得到改进,但有些还没有取得实质性的突破。

  随着网络基础设备的不断更新,网络视频技术日臻完善并得到越来越多的认可,2008年奥运会、2010世博会的举办,仅仅在中国大陆地区就将营造出一个巨大的安防监控市场,而IP摄像机作为集新一代摄像机技术和网络技术于一身的宠儿,将获得无法估量的发展与进步。

来源:安防在线

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