近年來，高清視頻監(jiān)控技術(shù)逐步進(jìn)入人們的眼簾，成為未來安防監(jiān)控領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的方向之一。“讓我們看得更清楚些”、“還給人們一個(gè)清晰的世界”這樣的呼聲和口號(hào)也日愈高漲，體現(xiàn)出來的是一種需求和趨勢(shì)。在這種趨勢(shì)下，“高清”這一名詞，不再像人們以前感覺到的那么遙遠(yuǎn)。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(yīng)該不僅僅是停留在“高清”概念上，而應(yīng)更多地關(guān)注“高清”產(chǎn)品的出現(xiàn)給系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)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(biāo)準(zhǔn)是廣播電視業(yè)提出的。上世紀(jì)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(gè)高清研究計(jì)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(shí)起，大家承認(rèn)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(jìn)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(gè)階段。1999年10月1日，以高清轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)DMB-TH?！秶?ldquo;十一五”時(shí)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(biāo)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(shí)期，其視頻清晰度也相應(yīng)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(jī)的水平分辨率從380線發(fā)展到540線，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)像素從25萬發(fā)展到1600萬。在模擬時(shí)代，一般認(rèn)為攝像機(jī)的水平分辨率只要高于480線，即可稱為高清晰攝像機(jī);在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IP Camera)方興未艾時(shí)，則一般認(rèn)為720P以上即可稱為高清攝像機(jī)。而因CCD、DSP等技術(shù)的進(jìn)步，目前網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)在高清視頻監(jiān)控領(lǐng)域正扮演著越來越重要的角色。

　　高清對(duì)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(jī)到傳輸，再到記錄存貯和顯示設(shè)備，為了到達(dá)“高清”指標(biāo)都需要做出相應(yīng)調(diào)整，只要一個(gè)環(huán)節(jié)滿足不了要求，就達(dá)不到“高清”要求。

　　2、監(jiān)控行業(yè)高清標(biāo)準(zhǔn)

　　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?cè)谡１O(jiān)控過程中“細(xì)節(jié)”看不清的問題。“高清”即“高分辨率”，關(guān)于高清的定義，最早來源于數(shù)字電視領(lǐng)域，高清電視，又叫“HDTV”，是由美國電影電視工程師協(xié)會(huì)確定的高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)格式。電視的清晰度，是以水平掃描線數(shù)作為計(jì)量的，它的集中高清劃分方式如下：

　　(1)1080i格式，是標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。

　　目前，在安防行業(yè)傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)最高可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)清晰度，進(jìn)行數(shù)字編碼后，一般可以達(dá)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(luò)攝像機(jī)的IP監(jiān)控，如果要達(dá)到800電視線的清晰度，那么網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的分辨率至少要達(dá)到1280x720的標(biāo)準(zhǔn)，約90多萬像素;若采用200萬像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，就達(dá)到了超高清圖像的要求，寬高比為16:9的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，對(duì)應(yīng)分辨率為1920x1080，寬高比為4：3的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，對(duì)應(yīng)分辨率為1600x1200。安防行業(yè)更多的是借用電視領(lǐng)域的高清劃分標(biāo)準(zhǔn)，俗稱為“高清”和“標(biāo)清”。安防市場中已經(jīng)出現(xiàn)了分辨率能夠達(dá)到1080i和720p的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)給高清視頻的傳輸提供了一個(gè)很高的保障。當(dāng)然，也有具有高清傳輸接口的模擬攝像機(jī)，如具有Y/Pb/Pr和VGA接口的槍機(jī)或一體機(jī)。

　　所以，這里借用一下廣電標(biāo)準(zhǔn)：能達(dá)到百萬像素的攝像機(jī)，配套以1080p分辨率的顯示設(shè)備及相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)。有廠家認(rèn)為圖像達(dá)到D1就是高清，也有廠家認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)。2006年國家質(zhì)量監(jiān)檢總局發(fā)布的《視頻安防監(jiān)控?cái)?shù)字錄像設(shè)備國家標(biāo)準(zhǔn) GB 20815-2006》規(guī)定，DVR的等級(jí)劃分A級(jí)(分辨率不小于4CIF)和B級(jí)(分辨率小于4CIF)。如果按照以上廠家的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求來看，DVR中A級(jí)產(chǎn)品為高清產(chǎn)品，B級(jí)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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，“高清”技術(shù)必然引入視頻監(jiān)控領(lǐng)域，視頻監(jiān)控行業(yè)的高清標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)不斷完善。

　　3、高清前端采集技術(shù)

　　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(jī)、一體機(jī)還是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、模擬攝像機(jī)，采集的原理都是一致的，只是技術(shù)和器件上的區(qū)別。對(duì)于高清監(jiān)控系統(tǒng)，前端采集設(shè)備一般使用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。我們知道，攝像機(jī)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(lǐng)域，也都有所應(yīng)用。

　　CCD 英文全名 Charge Coupled Device，感光耦合元件。CCD為數(shù)位相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體，它是一種半導(dǎo)體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。CCD對(duì)監(jiān)控場景的適應(yīng)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(shù)的不斷發(fā)展，再經(jīng)過圖像處理芯片的配合，能夠達(dá)到分辨率720P甚至1080i的輸出。

　　CMOS英文全名 Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體，CMOS和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī) 中可記錄光線變化的半導(dǎo)體，而隨著CMOS在制造工藝和影像處理技術(shù)上的不斷突破，業(yè)內(nèi)對(duì)CMOS的前景預(yù)測(cè)也越來越樂觀。高清數(shù)字影像的普及更是CMOS技術(shù)發(fā)展的一個(gè)難得機(jī)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(lǐng)域正面臨著一個(gè)重大轉(zhuǎn)折，盡管從目前的狀況看，CMOS與CCD圖像傳感器的應(yīng)用市場仍然有一個(gè)分界，但這個(gè)界限似乎越來越模糊。有專家預(yù)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(jìn)入“CMOS時(shí)代”。CMOS在高像素方面有著一定的優(yōu)勢(shì)。

　　另外，鏡頭要能夠保證進(jìn)光量和角度，同時(shí)還要有一個(gè)適宜調(diào)焦和光圈來配合感光元器件的成像，因?yàn)楦咔宓囊曨l通常依賴于一個(gè)調(diào)焦的操作。對(duì)于焦距和光圈不滿足實(shí)際需求來說，高清攝像機(jī)也惘然。在一體機(jī)中通常配合較高的變倍來更好的體現(xiàn)高清的效果。當(dāng)然，評(píng)價(jià)一個(gè)高清攝像機(jī)，除了清晰度外，還有其他許多影響圖像質(zhì)量的因素，如超寬動(dòng)態(tài)、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)測(cè)光補(bǔ)償?shù)鹊取?/p>

　　4、高清編碼標(biāo)準(zhǔn)

　　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(yùn)動(dòng)圖像專家組制定，這是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1988年成立的專責(zé)制定有關(guān)運(yùn)動(dòng)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的工作組，制定的標(biāo)準(zhǔn)是國際通用標(biāo)準(zhǔn)。DVD即是MPEG2編碼，隨著技術(shù)的改進(jìn)，它在高清視頻方面也得到了應(yīng)用。MPEG2最大的缺點(diǎn)就是文件體積過大，不過它也有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是相對(duì)于另外兩種編碼，它對(duì)于系統(tǒng)資源的消耗是最小的。但是隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，H.264和VC-1的解碼必然會(huì)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(yīng)用和交互式圖形應(yīng)用(游戲等合成內(nèi)容)、交互式多媒體( W W W 等內(nèi)容分發(fā)和訪問技術(shù))應(yīng)用， MPEG專家組成立了MPEG4工作組，以促進(jìn)上述三個(gè)領(lǐng)域的集成。1999年初，定義標(biāo)準(zhǔn)框架的MPEG4(第一版)成為國際標(biāo)準(zhǔn)(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(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC 14496-2)。

　　H.264也許是最有前途的一個(gè)了，相對(duì)于MPEG2、 MPEG4而言，其壓縮效率是三種編碼中最高的。H.264標(biāo)準(zhǔn)由國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部(ITU-T)和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會(huì)(ISO/IEC)共同研究發(fā)布，因此H.264有兩個(gè)名稱，一個(gè)是沿用 ITU-T組織的H.26x名稱，叫“H.264”，另一個(gè)則是A V C ( 高級(jí)視頻編碼)。H.264格式的最大特點(diǎn)是在保證畫面質(zhì)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(luò)信道的適應(yīng)性，在數(shù)字視頻通信和存儲(chǔ)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是需要注意的是，H.264獲得優(yōu)越性能的代價(jià)是計(jì)算復(fù)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(hào)Corona)，目前已經(jīng)得到了 MovieBeam、Modeo等不少公司的采納，同時(shí)也包含在HD DVD和藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際執(zhí)行部分。VC-1是最后被認(rèn)可的高清編碼格式，因?yàn)橛形④浀暮笈_(tái)，所以這種編碼格式不能小窺，相對(duì)于MPEG2，VC-1的壓縮比更高;但相對(duì)于H.264而言，編碼解碼的計(jì)算則要稍小一些。

　　AVS是基于我國自主創(chuàng)新技術(shù)和國際公開技術(shù)所構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)，主要面向高清晰度和高質(zhì)量數(shù)字電視廣播、網(wǎng)絡(luò)電視、數(shù)字存儲(chǔ)媒體和其他相關(guān)應(yīng)用，具有性能高(與H.264相當(dāng))、復(fù)雜度低(算法復(fù)雜度比H.264明顯低)、我國掌握主要知識(shí)產(chǎn)權(quán)、專利授權(quán)模式簡單且費(fèi)用低等特點(diǎn)。基于此，可以認(rèn)為AVS標(biāo)準(zhǔn)是能夠支撐國家數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是安防監(jiān)控行業(yè)應(yīng)該采納的重要標(biāo)準(zhǔn)。

　　JPEG2000 是一種圖像編碼格式, 而并不是視頻編碼格式, 設(shè)計(jì)之初是用于取代JPEG , 而視頻序列的每一幀畫面也相當(dāng)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(shí)JPEG2000支持有損和無損壓縮。JPEG2000有幾個(gè)重要特性, 支持“漸進(jìn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量, 還可以選擇指定的部份先解壓縮, 便于突出重點(diǎn)。但JPEG2000計(jì)算量太大，壓縮率不高，目前很難在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，對(duì)存儲(chǔ)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(gè)算法。

　　在編碼芯片上，一般有DSP、ASIC等可供選擇。DSP方案，如達(dá)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(nèi)核和600MHz的DSP內(nèi)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(zhuǎn)碼方面，表現(xiàn)出色。還有一款高清入門級(jí)的TI芯片DM355，它內(nèi)置了編解碼算法實(shí)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(jí)高清編碼產(chǎn)品的不錯(cuò)選擇。ASIC方案，如海思3511的處理器，一款基于ARM9處理器內(nèi)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(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻通信、數(shù)字圖像監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等領(lǐng)域。