高清攝像機將如何保持視頻圖像的清晰度

　　智能視頻分析技術

　　視頻存儲時間長是安防行業的特點。根據監控行業的視頻畫面特點，30%的畫面為重要畫面(人/車運動)，其他70%基本上都是次要畫面(晃動的樹、花草、動物)。

　　而在30%的重要畫面中，可能只有20%的運動畫面是我們所關注的，其他80%的人/車運動并不影響我們的安全。所以，如果利用智能視頻分析將重要畫面識別出來，那么我們就可以節省94%的高碼流空間，考慮到智能視頻分析算法識別性能，對于這94%的次要畫面，我們可以采用低幀速率+高碼流來進行錄像(視場景不同而定，對于實時性畫面要求高的應用，可考慮低碼流+高幀速率)。表1簡要說明了采用智能視頻分析前后的存儲空間差別。

　　從表1可以看出，每天的硬盤空間節省了40GB，是傳統高清存儲空間需求的37%。假設一塊2TB SATA硬盤800元，硬盤錄像1年，那么節省的硬盤成本是6000元，如果以IPSAN存儲系統考慮的話，那節省的成本將近10萬元。

　　當前市場上有很多產品都宣稱自己是智能的，其實，當前市場大部分產品都是高級移動偵測(Advanced VMD)。高級移動偵測可以景深標定，可以做很好的前/背景分離來做目標探測，通過像素大小也可以做基本的目標分類，從而在干凈的環境下獲得不錯的識別性能和誤報抑制能力，但是高級移動偵測和智能視頻分析技術的一個最大區別就是智能視頻分析是采用目標分類技術和自動標定技術。在這里，高清智能視頻分析的應用具有如下三個特點：

　　自動標定：攝像機在經過一段時間運行后，因為大風、支架安裝力度等原因，可能會發生角度偏移，沒有自動標定功能的AVMD高級移動偵測技術將造成景深標定錯誤，從而造成根據像素大小對目標進行分類的算法失敗，出現大量誤報。真正的智能視頻分析系統具有自動標定能力，無論攝像機如何發生傾斜，都可以自動學習環境景深，從而為目標識別創造良好的基礎像素數據。

　　目標分類：智能視頻分析技術的第二個特點就是先進的目標分類能力，通過內置20多萬種目標模式，利用強大的人工智能神經學習算法，可以大大抑制自然界引起的誤報，如雨、雪、大風、小動物、飛鳥、光影變化、樹枝晃動等。而高級移動偵測技術僅簡單地根據像素大小來判定目標，不考慮目標的外表紋理、顏色、形體幾何組合、步伐等人體/車輛模式，必將導致很高的誤報率。如夏天飛蟲、昆蟲在攝像機前面飛動，露水、雨水滴滑過鏡頭表面，這些異常事件都會導致系統依據像素大小來做目標分類的錯誤，從而出現大量誤報，浪費錄像空間。

　　1080P高清分辨率智能視頻分析：當前市場主流的高級移動偵測技術都是采用CIF格式來做目標探測，CIF格式必然導致探測區域小，從而導致大量的漏報和降低錄像系統的可用性。真正的高清智能視頻分析能夠在1080P分辨率畫面上進行目標探測和目標分類，從而保證廣闊的識別區域，不發生漏報，保證未來查詢錄像時，能夠獲得所有的運動目標的高清錄像。

　　降低網絡傳輸壓力

　　網絡和VMS視頻服務器之所以壓力大，是因為所有的高碼流高清視頻必須傳輸到控制中心才能保存，這對于傳統安防工程商來講是一個挑戰。過多的視頻流需要劃分VLAN網段，而VLAN網段需要中心路由，所以3層交換機、核心交換機、邊緣交換機等等大量的設計和安裝配置工作是必不可少的。網絡人才來自IT系統和電信、網絡通信行業，人工成本高，人才流動性大，對工程商也造成了很大的公司運營負擔。

而VMS視頻管理服務器、轉發服務器、IPSAN存儲系統，更是傳統的IT人士比較熟悉的。對于小型工程商來講，需要招聘高素質專業人才或培養專業人才，這對于傳統模擬監控工程商來講，也是很大的開支。

　　除此之外，大量的VMS視頻服務器、IPSAN存儲系統需要良好的供電、空調、防靜電和接地系統，這需要專業的機房工程，這也是一筆隱形的成本，對于很多用戶來講，大屏是面子工程，但是對幕后工作的機房工程往往不夠重視，一旦遭到雷擊或者斷電，系統有可能面臨癱瘓的風險。

　　筆者認為，如果將NVR錄像轉移到每臺攝像機上，那么我們將不需要如此復雜的網絡和后臺服務器、存儲系統以及機房工程。即便網絡中斷，雖然控制中心無法看到實時畫面，但是監控系統的最基本功能錄像還在每臺攝像機上繼續運轉，完全可以待網絡恢復后瀏覽錄像或直接到現場攝像機以太網直連下載錄像，供警方查證。

　　通過分布式錄像設計，工程商可以降低施工隊伍的人才質量要求，同時提高攝像機內置的錄像碼流，保證最好的視頻回放畫面。分布式錄像還可以分時間段、分批回傳備份到后臺服務器上，充分利用當前的百兆網絡技術優勢，可以1小時之內把攝像機上的當天錄像回傳備份。

　　采用寬動態成像元件

　　除此之外，選取內置寬動態的Sony Exmor 1080P CMOS成像器件的高清攝像機，也是圖像清晰度保證的一個基本原則。按照Sony的測試報告，它的Exmor 1080P CMOS成像器件已經超越了同樣分辨率的CCD的成像能力，當然和另外兩大CMOS器件廠商(同樣是最大的兩大手機照相機芯片供貨商)相比，Exmor成像質量技高一籌，就連下一代的蘋果公司iPhone5也要采用Exmor作為其手機照相機標配。

　　當然，為了滿足實際安裝需要，筆者在此對高清攝像機廠商提出了過高要求。不過在筆者看來，美國VideoIQ公司(前GE安防子公司)作為一個致力于智能視頻分析技術的一體化攝像機廠商，在圖像清晰度保證問題上，卻遠遠走在了其它國際大廠的前列，應該值得我們高清攝像機廠商深思。VideoIQ公司的iCVR一體化球機真正解決上面談到的幾個大問題。在某個方面做到最好很容易，但是從每個方面都做到最好，是真正的不簡單。總結起來，VideoIQ公司做到了幾個第一：

　　· 第一家采用了Sony公司的Exmor寬動態、低照度1080P成像器件，在Sony還未發布自己的1080P攝像機時，就提前拿到了Exmor成像器件，發布了自己的智能高清攝像機;

　　· 第一家采用1080P解析度的內置鏡頭，2009年通過日本鏡頭大廠定制了300萬像素的鏡頭(VideoIQ在2010年3月發布1080P智能球機時，還沒有一家鏡頭廠商能夠提供商用3MP鏡頭);

　　· 第一家做到自適應高清智能分析算法，在主流市場還是CIF分析的情況下，VideoIQ搶先做到了1080P分辨率的智能視頻分析。據筆者了解，以色列DVTEL(原IOImage)也推出了3MP的智能攝像機，但其還是采用4CIF分辨率的目標探測算法，而且當時其鏡頭也無法達到3MP解析度;

　　· 第一家內置集成了750GB硬盤錄像，通過專利技術延長了硬盤10倍使用壽命。板載錄像降低了網絡帶寬的要求，也大大降低了VMS視頻服務器和IPSAN存儲系統的要求，為中小型工程商提供了即裝即用的解決之道。

　　路漫漫兮其修遠兮，吾將上下而求索。國際大廠的發展思路就是我們學習的標桿，筆者真誠希望國內廣大智能高清攝像機廠商能夠快速研發出和VideoIQ公司類似的高清產品，填補我國的空白，充分利用我們發達的制造業，在技術創新上也打上“中國制造”的標簽。