本文提要：视频监控从模拟走向数字用了近10年，在IP监控如火如荼的今天，虽然高清网络监控迅猛发展，但模拟监控仍占据大部分市场，这些说明高清网络监控还未能让市场用户完全满意。科技的发展日新月异，无法准确预测未来的安防视频监控会将如何?对安防人士来说或许只能从现有IP高清的不足中管中窥豹，努力提升高清网络摄像机的画质和性能。

　　一觉醒来，苹果之父史蒂夫•乔布斯永远地离开了我们。突然有些伤感，乔布斯带领苹果用科技改变了整个世界的生活方式，创造了工业设计和用户体验设计的极致。而反观安防视频监控领域，到目前为止似乎都还没有出现过一种可以让整个业界为之振奋的新技术或新设备。视频监控从模拟走向数字用了近10年，在IP监控如火如荼的今天，模拟监控仍然有它的市场。这只能说明IP高清还没有做到最好，还未能让市场完全接受。

　　科技的发展日新月异，我们无法准确预测未来的安防视频监控到底是什么样，我们或许只能从现有IP高清还存在的一些不足上管中窥豹。在不久的将来，安防业界肯定都会致力于改善这些不足，努力提升IP高清的画质和性能。

　　降低延时没商量

　　在IP监控系统中，网络延时通常是指一个图像数据从前端的IP摄像机采集完成到后端的用户通过显示器观看到图像的时间差。比如我们在摄像机前挥动手臂，摄像机采集后通过压缩编码网络传输到后端解码显示出图像，这一系列过程虽然很短暂，但我们仍然可以感觉到显示图像略有滞后。这个就是我们通常比较关注的IP 监控网络延时，目前IP高清监控的整体延时基本会在200～500ms左右。即便是号称无延时的HD-SDI摄像机，受到传输质量和距离等的影响，在录像储存之前也仍然会有50-100ms左右的延时。监控系统中网络延时产生的原因有很多，主要有以下几方面：

　　编码效率

　　我们都知道模数转换和数模转换时都会耗费时间和资源，图像在前端进行编码，在后端进行解码显示时，其间耗费的时间是延时产生的一部分。而我们现在基本上都会采用H.264的压缩算法，图像场景越复杂、运动物体越多，码率和帧率越大，采用的H.264类别和等级越高，其运算量就越复杂，编码或解码的难度也就越大，耗费的时间也就越多。但通常我们都会采用牺牲系统资源的方式以换取编码和解码效率提升。这也是我们的CPU频率越来越高的原因之一。通常我们选择H.264 Main Profile @ Level 4.1压缩级别，可以很好地兼顾图像质量和延时。而从图像传感器来看，CMOS由于直接输出数字信号，对延时的影响比CCD低。

　　传输链路和设备

　　由于互联网络的复杂性，影响网络延时的主要因素也包括传输线路的质量(例如网线质量、采用的工艺标准等)、路由或交换次数(因为每次路由转发都需要时间，因此路由跳数越多，网络延时越大)和网络的流量(网络流量越大，交换机和路由器排队的时间就越长，网络延时也就越大)。由于交换机是IP监控传输中常见的设备，交换机对IP高清的图像质量具有举足轻重的影响。交换机的时延、丢包率、背板带宽、交换容量、包转发率等都会影响数据交换的性能和延时。所以网线和交换机的选择很重要，直接影响到整个传输链路的图像质量。

　　解码设备的性能

　　解码设备通常是指解码器或用于解码的客户端主机。主机的配置好坏直接影响到解码的效率从而造成延时或停顿。有时候在解码或编码时为了图像流畅也人为地加上一些缓冲。

　　为了减少IP高清网络延时，我们就需要提升网络带宽(或降低视频帧率或码率)，减少中间传输设备(如路由器、交换机、代理服务器)，优化计算机性能，关闭无关的网络服务和软件，减少客户端缓冲时间(在实时与流畅之间取舍)。

　　宽动态会逐渐成为标配

　　由于室外光线照度强，室内光线照度弱，在拍摄高反差、逆光强光和光线折射环境时，比如从室内看窗户、停车场出入口时、营业大厅门口等，图像中明亮的区域会曝光过度、而较暗的区域则曝光不足，难以识别。WDR技术能够保证图像中明暗不同区域的所有物体都得到较好的细节呈现，暗的地方变亮，亮的地方变暗，整个画面较协调。不管是普通、低照度还是强光抑制的需求，用户需要用摄像机看到更多的信息;总的来说都需要的WDR或者叫做HDR技术。

　　宽动态范围是图像传感器的特有属性，如果一个图像传感器被设计用于宽动态场景，那么它在高反差等场景中将具有更高的宽容度，更大范围保留图像细节。我们认为，WDR和高清IPC一样，也会分为高、中、低端的产品。一方面从绿色地球的范畴来讲，做最好的设备，需要消耗更多的资源。另一方面，从消费金字塔模型来看，并非所有的用户都需要最全功能的设备。所以，我们认为增加少量成本、较低的系统复杂性就能达到90%用户需求的WDR IPC是中低端的产品;而需要增加大量成本、高系统复杂性的高端WDR产品只满足10%用户的需求。WDR在技术上的突破主要体现在两个方面：一个是 Sensor本身动态范围的提升，一个是图像处理技术的进步。

　　值得注意的是，由于CCD的固有特性，即便是采用多次曝光方式，CCD摄像机的宽动态范围最多也只有66dB，而CMOS宽动态摄像机在现有技术下其动态范围已能达到160dB。宽动态意味着更多的通光量和更大的感光度，在未来CMOS宽动态技术将有更大的发展空间。而动态范围越大，图像噪声也会越多。摄像机进来的图像的信息量增加了，那么就需要更强大的数字后处理能力去处理它。随着计算机技术、芯片技术飞速的发展WDR作为摄像机标配的那一天已经不远了。

　　以艾普视达的IP高清宽动态产品为例，在技术上采用软硬结合的HDR处理模式。就是说除了通过Sensor来完成WDR效果外，还引入了数字宽动态(dWDR)技术，dWDR技术通过数字图像处理来提升WDR图像效果，在打开WDR的时候，噪声没有明显的变化，亮处图像的色彩也不会严重失真。 dWDR技术结合卓越的广播级3A控制和压缩处理技术，用户能以较低的码流得到较好的宽动态效果，具有良好性价比。

　　客户在选择摄像机时，主要还是应根据实际安保监控级别的需要选用不同动态范围的高清宽动态网络摄像机，没有必要一味追求宽动态的效果。须知动态范围越高，所产生的图像噪声也会越大。如金融银行ATM、自助银行出入口这类场所，因其安保级别较高，必须要看清人的面部特征，这类场所就可以选用动态范围较高的高清网络摄像机;而一般的停车场出入口，高速公路匝道则可以选择动态范围略低的摄像机，其更偏向于选择低照度摄像机。

　　正确看待低照度

　　低照度是指网络摄像机在低照度的环境下的图像细节还原能力，通常是以最低照度(单位Lux)来表示。低照度摄像机在内部主要是选用具有高感光度特征的 CCD/CMOS图像传感器芯片;通过双滤光片切换机构和彩转黑方式实现日夜型图像功能;在编码过程中进行低照度图像降噪和图像增强等技术。在外部环境中主要是通过红外灯、白光灯或激光来补光。通常各厂商都会采用一种或多种技术组合的方式还提升低照度下的图像效果。

　　低照度摄像机通常有三种实现方式：

　　日夜型和彩转黑，采用双滤光片切换机构。在白天和光线充足条件下，使用红外截止滤光片，修正白天偏色问题，确保清晰、高品质的彩色图像。在夜间或在其他低光照情况下，切换为另一片全透光谱滤光片，提升夜晚的亮度，以便允许捕捉明亮、高对比度的黑白图像。

　　低速快门(Slow shutter，也叫慢快门)，这种方式又称为帧累积，连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来，成为一个图像清晰的画面。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆，夜间生物活动观察，夜间军事海岸线监视等静态场景的监视。不适合城市道路等动态监控。

　　超感光度，这种方式主要是提升摄像机图像传感器的感光度。图像传感器在近几年虽然发展迅速，但仍然与人眼所能看到的图像差别很大，特别是低照度环境下不能达到人眼睛所具有的感光度。因此一方面图像传感器的感光度还不够高，另一方面我们也要看到图像传感器在未来的巨大发展空间。

　　用户总是希望摄像机能适用于多种复杂的环境，不但白天画质要好，夜间也希望能看清楚。然而我们都应该正确认识低照度的特性，低照度与环境照度、快门速度、镜头光圈大小、增益等都有关系。实际上无论CCD相机还是CMOS相机都不能在漆黑的环境中(视为照度为0lux)呈现清晰的图像，要使摄像机正常工作，必须要对环境进行补光。无论产品宣称多么低的照度，夜间都不能记录像白天一样清晰的图像。要想看清楚还得需要对场景补光(白光、普通红外或激光夜视等)。

　　快门模式的发展

　　在某些特殊监控应用领域(比如高清抓拍)，通常用户会抱怨采用CMOS图像传感器的摄像机不能满足要求。这还得从CMOS图像传感器的工作方式说起。 CMOS传感器的工作方式并不是像很多人想象的那样通过一个信号线就可以控制曝光的开始和结束。传感器的感光二极管不停的在捕获入射光子并转换成电子存储在电荷井中，控制部分可以将其读出和清零，但不能停止曝光。在这个过程中，并没有实际意义上的快门存在，这也叫电子快门。那么电子快门是怎么实现的呢?

　　一种是Rolling Shutter(卷帘式快门)。目前大多数CMOS传感器采用这种快门。对任一像素，在曝光开始时现将其清零，然后等待曝光时间过后，将信号值读出。数据的读出采用串行方式，所以清零/曝光/读出也只能逐行顺序进行，通常是从上至下。Rolling Shutter可以达到更高的像素和帧率，但由于扫描速度和数据读出速度的差异，无法实现和现有的闪光灯同步。但当曝光不当或物体移动较快时，会出现部分曝光、倾斜、抖动等现象。这一特性也催生了长延时闪光灯的诞生，以解决现有Rolling Shutter模式下的闪光同步问题。

　　另外一种是Global Shutter(全局快门)。最主要的区别是在每个像素处增加了采样保持单元，在指定时间达到后对数据进行采样然后顺序读出，这样虽然后读出的像素仍然在进行曝光，但存储在采样保持单元中的数据却并未改变。相当于是整体统一进行一次性曝光。Global Shutter曝光时间更短，适合抓拍场合应用。但是由于增加了每个像素的元件数目，使得填充系数降低，所以很难设计出高像素数的传感器，另外采样保持单元还引入了新的噪音源，增加了RMS 读出噪声。

　　通常情况下，曝光时间短的应用(如<500μs)适合Global Shutter，曝光时间长(如大于500μs)时，选择Rolling Shutter可以有更低的噪声和更高的帧率。目前，很多图像传感器厂商也在将Global Shutter技术引入安防监控用的芯片中，相信很快就会有配合传统闪光灯高清抓拍应用的高性价比产品。

　　IP高清未来将是一体机的天下

　　可更换镜头的传统枪式摄像机，由于起步早，技术成熟拥有价格上的优势。用户可以根据监控场景选配不同的镜头，安装起来比较灵活。但若是用户或施工人员的专业技术不足，对摄像机与镜头搭配不合理，也会影响摄像机性能。特别是安装在恶劣环境下使用，很容易受到潮气、振动、热胀冷缩等环境因素的影响，在使用一段时间后就很可能会出现摄像机聚焦点偏移、背焦(后焦)失焦、图像模糊等问题。一旦出现问题，用户(或工程商)通常只有派技术人员到现场进行处理，如果监控前端设备分布较远，监控维护成本会大大提高;而少数厂商也在摄像机中加入电子后焦调整机构，但这无疑也增加了摄像机的成本。这些都只能是暂时的解决办法而决非长远解决之道。

　　与传统枪型摄像机相比，集成变焦镜头的一体化摄像机集成度高，体积小巧、美观，安装非常简单。同时，高清网络一体机可以通过网络实现变倍、聚焦和光圈控制，后期基本可以做到免维护。此外，高清网络一体化摄像机清晰度更高、监控范围更广，不需要另外选配高清镜头，综合性价比高。一体化摄像机优势是显而易见的，它以体积小巧、自动聚焦、稳定性好、在安装和控制方面所具有的优势，被越来越多的用户所接受。目前市场上高清一体化网络摄像机(和机芯)还不是很多，技术大多为国外厂商所垄断。随着精密集成电子技术的发展和国内高清安防市场的成熟，以艾普视达为代表的国内IP高清开拓者们正迎头赶上，推出一系列高性价比的一体机产品和解决方案，不但具有一体机远程变焦和自动聚焦便捷的控制性能，又具备枪机的价格优势。随着后续技术的完善和产量的提升，一体化摄像机再也不是昂贵的代名词。高清一体机产品的价格将会越来越低，一体机的普及将锐不可当。我们深信，IP高清的未来必将是一体机的天下。

　　高清未来永无止境

　　视频监控正朝着“高清化、数字化、智能化”方向发展。经过数字视频开拓者们的努力，从标清到高清，基本解决了视频监控图像清晰度的问题，让看到的图像更清晰，记录下来的图像更有价值。视频监控的图像像素从720P的百万像素发展到1080P的210万像素，再到现在的320万像素和500万像素;图像画质也在不断提升，从400线到700线再到现在的超过1000TVL。数字化、IP化以后，安防监控系统更智能更易用，一切变得皆有可能。看得更清，看得更远，永远是人们不懈的追求。高清的未来永无止境，未来的发展仍然由市场需求来决定。