高清與百萬像素的區別

    有部分客戶常常這樣抱怨：一個規模很大的監控系統卻在需要的時候連一個人臉都看不清楚；或者說：偏偏到了事件的重要過程，攝像機卻看不清了。

    如何傳輸保證質量的視頻圖像，成為了視頻監控系統面臨的重要問題。傳統的模擬監控攝像機由于受NTSC/PAL制的限制，最多只能提供4CIF（約40萬像素）的分辨率，往往難以保證足夠的圖像細節，有限的甚至缺乏的視頻分析能力也很難為監控人員提供足夠清晰的圖像細節。而若要保證視頻圖像細節的清晰度，則攝像機的監控范圍又會受到限制，這往往就意味著需要增加更多攝像機才能保證監控的有效覆蓋范圍。如何做到圖像細節和監控覆蓋范圍二者兼顧兼得，是傳統模擬監控系統遇到的一大挑戰。

    網絡視頻監控具有更高的圖像高分辨率，安裝部署便捷，支持PoE，節省線纜，輕松實現遠程監控訪問，嵌入式智能分析功能，靈活性和擴展性強以及開放性良好等傳統模擬監控系統所不具備的優勢。其中，網絡視頻監控可以獲得高清高分辨率的圖像，這無疑提供了更多的圖像細節，以更清晰地識別人臉、物體，以獲得更為全面的視頻信息，這一點成為網絡視頻監控的一大發展趨勢和優勢所在。

    縱觀工業科技的發展歷程，如電話、電視、計算機等科技，推動其前生的主要驅動力是消費品市場的需求和發展。

    目前，TV市場正迅速向高清電視（HDTV）發展，這種變化顯著改善了圖像質量和色彩保真度。與傳統模擬TV相比，HDTV的分辨率最高可達到前者的五倍，線性分辨率可達到前者的兩倍。此外，HDTV還具有寬屏格式和DVD質量音頻。

    隨著客戶紛紛要求更高圖像質量標準，這種發展已往開始影響視頻監控市場。更清晰、更逼真的圖像正是監控行業長期苦苦追尋的，尤其是在那些具有移動對象或精確識別至關重要的行業應用中。

    值得注意的是，在視頻監控領域尤其是網絡視頻監控領域，一個經常聽到的技術名詞叫“百萬像素”，而百萬像素的網絡攝像機可以滿足其中的一些要求。然而，“百萬像素”概念并不是一個公認標準，只是行業采用的一個最佳實踐，它具體指數字攝像機的圖像傳感器元素的數量。由于高分辨率往往伴隨著大量的圖像數據，這常常會影響幀速率。因此，百萬像素攝像機通常強調的是圖像的分辨率，而在圖像的幀速上往往達不到實時的要求（25/30fps）。所以，僅僅強調百萬像素，甚至將高清與百萬像素等同起來，是目前監控行業常見的誤區。

    相比之下，滿足任何給定HDTV標準的網絡攝像機一定能夠提供某種分辨率、幀速率和色彩保真度，從而始終確保視頻質量。

    HDTV標準不僅定義了分辨率的要求（720P，1080i/P），同時也定義了全幀速的要求（25/30fps），以及色彩保真度的要求。并且，HDTV還定義了16:9的寬屏格式。

    高清的標準化和格式

    MPEG-1壓縮標準的引入為數字TV奠定了基礎，并且刺激了現代TV標準在全球范圍內的開發。 當今，最重要的HDTV標準機構是美國電影電視工程師SMPTE。該組織是電影、電視、視頻和多媒體的標準開發和權威實踐領域公認的全球領導者，目前已定義了兩個最重要的標準：SMPTE296M與SMPTE274M。

    從根本上說，SMPTE296M定義了采用逐行掃描的1280x720像素分辨率，而SMPTE274M定義了采用隔行或逐行掃描的1920x1080像素分辨率。

    有了諸如MPEG-2與H.264的數字壓縮方法，一條模擬TV頻道的帶寬足以傳輸高達5個常規數字TV頻道，或使用逐行掃描的2個HDTV頻道。

    HDTV通常采用16:9的寬屏縱橫比，以及帶有逐行掃描的1920像素水平分辨率。因此，這就實現了2,073,600（1920x1080）像素的幀分辨率。幀速率可以變化，而且在字母p后指定，例如：1080p30或1080p50。

    其他HDTV格式為1080i與720p。屏幕縱橫比對所有三種格式都是一樣的，即16:9。1080i用隔行掃描顯示1920x1080行，而720p用逐行掃描顯示1280x720（921,600）像素。

高清技術在視頻監控領域的應用

    毫無疑問，高清（HDTV）的引入對于視頻監控領域進入一個嶄新的階段具有十分重要的里程碑意義。

    采用逐行掃描時，具有HDTV性能的網絡攝像機實現了真色彩表示和清晰的圖像，即使對象快速移動。這使得HDTV成為那些需要更多圖像細節的監控場所最具吸引力的一個解決方案。

    這種質量發展是人們一直苦苦追尋的目標，然而直到視頻壓縮技術發展到一定水平時才得以實現。H.264標準是一個需要許可證才能使用的開放標準，可降低數字音頻文件的大小，同時不會影響圖像質量。與MotionJPEG格式相比，數字音頻文件的大小可減小80%，而與MPEG-4Part2相比，可減小50%。由于其靈活性以及帶寬和存儲的經濟性，H.264有望比以前的壓縮標準采用范圍更廣泛。H.264是在視頻監控中引入HDTV的先決條件。同時，有效的壓縮實現了高分辨率、高幀速率和16:9屏幕縱橫比。

    在以往，高分辨率、高質量的圖像需要消耗更多的攝像機圖像芯片的處理資源，因此，受制于有限的攝像機芯片處理能力，相對算法簡單的M-JPEG成為高分辨率攝像機的壓縮算法，然后帶來非常高的視頻占用帶寬，甚至高達20Mbps~30Mbps；而隨著芯片技術的迅猛發展，實現了高效的H.264壓縮技術與HDTV高清視頻的結合，則完全將高清視頻所需的帶寬控制在完全可以接受的范圍內，這也使高清監控的可用性大大提高。

    用戶可以選擇從不同的角度在高清視頻監控中獲益。首先，16:9的寬屏格式使得視頻監控的有效覆蓋范圍大大提高，如果將4:3縱寬比的傳統攝像機安裝在走道或出入口的吊頂上，則近1/3的監控區域對著天花板這樣的無效監控區域，而真正覆蓋走道或門的區域則只剩下2/3；相反，16:9寬屏格式的攝像機則有效提高了攝像機在橫向上的覆蓋范圍，提高攝像機的有效監控區域。另外，也可以靈活運用攝像機圖像的旋轉，提高諸如道路監控的有效監控范圍。

    從像素的角度分析，高清攝像機也大大提高了視頻圖像的清晰度和單位面積的像素覆蓋。以人臉的識別為例，從像素的角度來說，一張相對清晰的人臉在水平上需占用約60�h-80個像素，而選用高清的網絡攝像機卻可以使用2�h-3倍的像素來描述一個相同的物體，這無疑大大提高了圖像的清晰度，提供了更多的細節信息，這對于識別物體、人臉甚至事件過程都有極大的幫助。

    另一方面，高清網絡攝像機在不損失圖像清晰度的條件下可以擴大視頻圖像的覆蓋范圍。例如，一臺1080p的網絡攝像機可以覆蓋一個相當于4個普通攝像機所覆蓋的監控區域。從這一角度來說，高清監控技術的使用也可以幫助用戶在保證圖像質量的前提下減少攝像機的數量，從而大大降低監控成本。

    結束語

    衡量視頻監控系統性能的一個重要標準就是圖像質量或者圖像清晰度。未來，視頻監控的發展無疑將朝著更高分辨率、更清晰圖像效果的方向前進，而芯片技術、壓縮技術的發展則必將推動高清技術的進一步革新。