網絡攝像機發展的三大技術
來源:中國數字音視網 作者:音翔 編輯:數字音視工程 2010-06-07 00:00:00 加入收藏 咨詢
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百萬像素網絡攝像機的技術發展主要取決于三個元器件:百萬像素級鏡頭、百萬像素傳感器,以及壓縮處理芯片。無論是普通網絡攝像機還是百萬像素攝像機產品,真正最基本、最核心的還是傳感器技術的突破和編解碼技術的創新,圖像效果和適光性是永恒的主題,進入百萬像素級,只有鏡頭、傳感器以及芯片得到良好的配合,并且隨著傳輸技術和帶寬的不斷演變,用戶才能得到清晰細膩的圖像效果,獲得實用價值。
百萬像素鏡頭
視頻監控百萬像素時代的到來,百萬像素級的攝像機必然需要百萬像素級光線配合,因而必然會誕生相配套的百萬像素鏡頭。百萬像素對應鏡頭可以更好地配合百萬像素傳感器,以獲取焦距更清晰的圖像,目前, TAMRON,Computar,FUJINON、廈門力鼎、福建福光等廠商均有不同規格的百萬像素鏡頭推出。
CCD與CMOS之爭
感光器件是攝像機最為核心的部分,在模擬攝像機以及標清網絡攝像機中,最為廣泛使用的是CCD,但隨著百萬像素網絡攝像機的出現,其主要采用高分辨率的逐行掃描方式,逐行掃描的CMOS傳感器比隔行掃描CCD芯片更有優勢,它依次掃描每一條電視線,而不是將電視線分成奇數和偶數線條再疊加成一副完整圖像。采用隔行掃描,快速運動的物體在奇數場掃描和偶數場掃描中的位置存在較大差異,導致畫面模糊不清,對于交通等領域而言,更需要的是清晰、無鋸齒的運動車輛圖像,CMOS在像素密度上的優勢使其穩據一席之地。目前,130萬網絡攝像機沿襲模擬的優勢,較多采用CCD,而200萬以上的網絡攝像機則更傾向于CMOS。CCD的特點是靈敏度高,但響應速度較低,而CMOS除了像素密集度的優勢,成本和功耗優勢更加得到廠家的青睞,其不足之處在于,低照度或黑暗的環境下噪點較多,如果沒有補光措施無法在夜間達到理想效果。
CMOS在更高像素點情況下成本方面低于CCD,但從圖像質量來看,CCD會比CMOS圖像質量更好,這取決于廠家是否優先考慮圖像,松下推出的300萬像素網絡攝像機采用的是CCD傳感器。當前,CCD與CMOS更多的是圍繞一個性價比的競爭以及與圖像質量之間的平衡,既要保證一個比較好的圖像品質,同時又要一個比較低的價格,據了解,目前市場上致力于CMOS研究的廠商已經研發出720P與1080P專用的CMOS器件,其靈敏度性能已經與CCD接近。CCD與CMOS在不同的應用場景下,各有優勢,但是隨著CMOS工藝和技術的不斷提升,以及高端CMOS價格的不斷下降,CMOS未來會成為數字IP攝像機(IPC)的主力的感光元器件,必然會取代CCD,
壓縮處理芯片技術
百萬像素網絡攝像機視頻數據量非常大,對壓縮芯片以及CPU處理能力要求較高。要獲得清晰的圖像,除了鏡頭和傳感器外,還包括圖像壓縮分辨率和幀數。芯片壓縮處理能力直接決定了對傳輸網絡、錄像存儲以及后端處理的要求,也很大程度上影響著圖像的質量。圖像清晰度愈高,所占用帶寬愈大。目前,芯片的處理能力主要體現在分辨率、低帶寬多碼流應用方面。
ACTi、Axis、松下、索尼等廠家擁有較深厚的研發實力,芯片均根據實際應用需要自主開發。松下注重產品的高品質,自主研發的視頻處理芯片在等離子電視等數字產品中均會用到,在技術及成本上都占有優勢,功能及性能方面能夠得到保證,并且能與其它廠家形成差異化競爭。海思、TI以及升邁等芯片廠商均有相關芯片推出,以滿足百萬像素網絡攝像機對芯片的需求。
要實現良好的圖像質量,除了前端鏡頭、傳感器部分對光線的處理,影像處理部分也是百萬像素網絡攝像機中不可忽視的一環。通常情況下,傳感器部分設置有內嵌的圖像處理芯片處理一些較簡單的功能,自動曝光、自動白平衡校對以及自動化對焦等功能則必須通過后端ISP芯片處理,以獲得良好的影像效果。
在百萬像素網絡攝像機中被廣泛采用的圖像壓縮技術有M-JPEG/MPEG-4/H.264三種方式,每種壓縮方式有不同的特點,M-JPEG能獲得最高的單幅畫面質量,但壓縮效率較低,占用帶寬最大;H.264可以獲得最高的壓縮比,對攝像機本身的處理平臺要求也最高。為了獲得較高的分辨率并且實現全實時傳輸,主流廠家均采用H.264的壓縮算法,以實現低帶寬下的應用。720P畫質并不是唯一追求目標,在低碼流下實現一個高清流暢的畫面,才能夠滿足各行各業對于高清視頻的基本需求,據了解,主流廠家通過芯片壓縮處理,目前可以實現的壓縮率是720P@2~4Mbps 25幀全實時傳輸狀態,2Mbps的碼率還有另外一個含義,D1(720X480)畫質下DVR的存儲碼流就是2Mbps為主,這也就意味著用戶可以在不大幅增加網絡和存儲成本的情況下選用720P網絡攝像機。
在實際應用中,百萬像素網絡攝像機還必須實現多碼流的應用,網路攝像機在本地監控之外還有遠程管理的需求,因此在保證本地百萬像素高畫質傳輸的同時,還需提供一個低碼流的數據,以實現對關鍵圖像、關鍵畫面、關鍵錄像數據的遠程備份。目前,市場上比較高端的百萬像素網絡攝像機都配備了強大的M-JPEG/MPEG-4/H.264三編碼引擎,同時具有靈活的雙碼流功能,根據用戶的需求設計適合的解決方案。用戶可以根據實際情況采用720P全實時傳輸,也可以在正常情況下只采用普通分辨率來傳輸實時圖像(比如D1),而在報警條件發生時以高像素的JPEG形式傳輸高分辨率的圖像,以便于事后放大觀看,也就是平時傳輸占用帶寬較小的實時圖像,而在關鍵時刻傳輸圖像效果好,但占用較大網絡帶寬的高清圖像,以獲取清晰的細節。
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