監(jiān)控系統(tǒng)經歷了模擬化、數字化、網絡化的三個過程,目前的發(fā)展方向是智能化。智能化的重要應用方向是對圖像的智能分析。視頻監(jiān)控從圖像的采集到傳輸、存儲是一個完整的過程,要實現(xiàn)從標清到高清,圖像壓縮和編解碼技術的進步是一個必要條件。
從實際應用效果看,CCD和CMOS相比較,CCD的夜間成像效果要大大好于CMOS,但是CCD的價格要比CMOS貴很多,而且受技術能力限制,目前CCD大部分都集中于200萬像素以下的高清監(jiān)控產品,而200萬像素以上則是CMOS的天下。從長遠來看,高清監(jiān)控一定是朝著一個高像素的方向發(fā)展,CMOS傳感器的大范圍使用,首先將數字高清攝像頭的制造成本大大的拉低。
2.H.264使基于視頻的行業(yè)細分應用所需的高畫質、目標與圖像的分離成為了可能
對于圖像的編、解碼方式,主流的格式有:H.264、M-JPEG和MPEG4。
MPEG-4傳輸速率要求較低,主要應用于視頻電話、電子郵件和電子新聞等。而M-JPEG適合靜態(tài)畫面的壓縮,其主要特點是只單獨對某一幀進行壓縮。新一代的M-JPEG采取漸層式技術,先傳輸低解析的像,然后再補送細節(jié)部分資料,使畫面品質改善。由于M-JPEG算法不是根據相鄰幀圖像之間的差異來進行壓縮,因此造成了大量冗余信息被重復存儲,壓縮效率低是主要缺點。
H.264最大的優(yōu)勢是具有很高的數據壓縮比率,在同等圖像質量的條件下,H.264的壓縮比是MPEG-4的1.5~2倍。同樣大小的原始文件,H.264的壓縮比與MPEG-4對比可以達到驚人的100︰1。低碼率對H.264的高壓縮比起到了重要的作用,H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質量流暢的圖像,正因為如此,在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少,也更加經濟。
高清應用最大的問題在于需要數倍于標清的數據傳輸帶寬和存儲容量。如果以分辨率換算,相同幀率的720P像素點數為D1的兩倍多,而1080P則為4倍左右。如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的MPEG4編解碼算法,達到可接受清晰度的D1視頻一般需要5Mbps以上碼率。
H.264壓縮算法包含了眾多先進的壓縮技術,例如:1/4像素運動補償、環(huán)路濾波、幀內空域預測、上下文自適應變長編碼、上下文自適應算術編碼、多種變換類型等。同時由于壓縮比大大提高,數據量能夠減少一半甚至更多,將目標細節(jié)從視頻圖像中分離出來,同時對目標細節(jié)進行分類、統(tǒng)計、關聯(lián)、判斷為實現(xiàn)以視頻分析、目標探測為主的行業(yè)細分應用市場的發(fā)展提供了很好的技術基礎。
3.數字高清的行業(yè)細分應用還不成熟,成熟的產品和投入的力量都還很匱乏
目前的企業(yè)服務領域和公共安全服務領域,在面對越來越龐大的視頻源信息面前,僅僅依靠傳統(tǒng)目測的方式已經不能滿足監(jiān)控服務的要求。
隨著芯片技術的發(fā)展,數字信號處理方式(DSP)可以提供的功能也越來越強大,通過平臺設定:進入、離開、聚集密度、快速移動、物品拿取、溫度感應、跨越、特征識別等目標監(jiān)控細節(jié)成為可能。針對這些特征,也誕生了一些基于數字高清的行業(yè)細分應用。但是我們也看到,關于這方面的成熟產品和應用開發(fā)力量都還很薄弱,在這些細分應用領域,視頻分析即是一個重要的發(fā)展方向也在目前具備了良好的技術基礎,但這方面的實際發(fā)展情況又如何呢?就這個問題,記者以視頻分析為例,選取海康和大華做一個簡單的統(tǒng)計:
淺談數字高清的細分應用及技術路線之爭
從以上表格可以看到,上述產品的服務對象以服務于企業(yè)和特殊行業(yè)的應用開發(fā)居多。目前,即便是海康在視頻分析這個重要的行業(yè)細分市場所投入的團隊也沒有超過10人。這一方面反映了企業(yè)對這一塊市場的重視程度不夠,也從另一個側面反映出作為重要的行業(yè)細分應用的視頻分析在??档匿N售體系內,基本還是作為平臺系統(tǒng)內一個服務組件在銷售。目前相對較高的使用成本、開發(fā)力量的薄弱也是困擾各類數字高清細分應用市場民用化的兩個因素。
4.數字高清細分應用市場在前端設備制造上的路線之爭
CCD與CMOS對于高清監(jiān)控攝像機來說都是最核心的部件,在高清攝像機內部集成了圖像采集、圖像編碼、圖像傳輸等模塊。
目前就前端設備的圖像解析,采用強大的DSP是一個有效的解決手段。關于這一點,其實國內的路線還是和國外一些公司所崇尚的FPGA(可編程電路方法)不同,后者更依賴于將視頻的分析和運算放在監(jiān)控系統(tǒng)的前端,也就是靠攝像機來解決。這樣的一個好處就是大大減輕了后端運算和傳輸的壓力。
隨著智能手機、平板電腦的發(fā)展,移動監(jiān)控也越來越得到重視。但是,現(xiàn)在網絡視頻傳輸格式,就清晰度而言還遠遠落后于顯示屏的高分辨率的發(fā)展速度。為了解決這一問題,H.265已應運而生。
H.265旨在通過有限帶寬傳輸更高質量的網絡視頻,僅需原先的一半帶寬即可播放相同質量的視頻。H.265標準也同時支持4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清視頻??梢哉f,H.265標準讓網絡視頻跟上了顯示屏“高分辨率化”的腳步。
不同的策略決定了前端設備的設計、制造的技術路線,對于行業(yè)細分應用來說,DSP更依賴于后端軟件分析。這對于十幾路的視頻圖像是可以接受的,而現(xiàn)在大的視頻監(jiān)控平臺動輒幾百路甚至是上萬路,如果繼續(xù)采用依靠后端的方式顯然不現(xiàn)實。FPGA(可編程電路方法)的方式或許為這個問題的解決開辟了一個新的思路,就網絡監(jiān)控產品發(fā)展而言,以MOBOTIX為主的一些產品都在這方面取得了豐富的經驗和成功。基于專用的ASIC(集成電路)和FPGA(可編程電路方法),將是未來解決以圖像作為數據分析和數據挖掘信息源的行業(yè)細分應用成長和獲得更高效率的基本路線。