雾霾频袭考验监控技术衍生安防前端

　　随着中国各级政府构建“和谐社会”及“平安城市”战略的实施，监控技术得到了有效推动，获得了质的提升。尤其是前端数据采集技术，作为整个远程安全监控网络的最重要部分，它将场景原始的信息进行采集和处理，满足应用需求。

　　进入秋冬以来，各省市雾霾天气频繁，尤其是我国北方地区，大雾天气给市民外出带来了不便，对交通监控也产生着严重影响。雾霾天气使户外监控视频质量明显降低，不仅图像色彩暗淡、对比度降低，一些重要目标的细节更是难以辨识。而恶劣天气对视频监控的影响首先是源于对镜头的影响。毋庸置疑，摄像机需要通过镜头来采集被摄物体光线，再进一步处理成数字图像。而有雾天气空中飘浮着大量有粉尘、水汽凝结成的颗粒物，一旦密度过大就会阻碍光线的传播，不仅肉眼看不到信号灯，普通镜头也只是看到模糊不清的画面，很多监控车流量的新闻视频里都可以看到类似画面。

　　解决这些问题，主要靠摄像机的功能和镜头的性能。现在很不少摄像机带有透雾功能，因此实现这些功能很大程度上取决于所选用的镜头。普通镜头，透过的是可见光部分，这部分光波无法绕过空气中浓密的雾气颗粒;而带红外功能的镜头可透射红外光，红外光具有较长的波长可以绕射这些颗粒物，进而能够清晰成像。

　　可以说，雾霾天气，给监控摄像机、镜头等安防前端数据采集技术带来了商机，带来了挑战。那么，在“大蛋糕”面前，用户关心的安防前端技术存在着哪些趋势?

　　雾霾频袭考验监控技术衍生安防前端需求市场

　　1、摄像技术将向着大动态和低照度方向发展

　　摄像机是信息采集的执行者，在监控系统中起着关键的作用，故许多厂商都在这方面投入了很大的精力。对于常规的安防监控系统来说，不言而喻，研发的重点都集中在清晰度和感光度的提高方面。

　　目前的图像传感器有两大类，即CCD和CMOS传感器。一般来说，相对于CMOS来说，CCD具有感光度高、噪点小和分辨率高等优点，但与此同时，也具有功耗大、成本高和电路复杂的缺点。而CMOS的耗电量仅为CCD传感器的1/10左右，况且由于CMOS技术利用超高的集成度，将许多外围器件集成一体，大大减小了复杂度，并减小了体积。正因如此，目前CMOS传感技术更新速度要远快于CCD技术。

　　Micron是CMOS传感器的主要供货商，另外还有Omnivision和ST等。目前，Micron的MT9T031和MT9P031CMOS传感器分辨率已经分别达到300万和500万像素，据该公司的一位行销区域经理认为，CMOS与CCD两种技术的竞争格局将继续，而500万像素将是两种技术的分界点。但一个显而易见的趋势是，CMOS的各项性能在逐步靠近CCD技术。

　　除此之外，还有一些相关技术创新值得一提。比如松下公司推出的第三代超级动态(SDG)技术。使图像的对比度动态范围扩大了40多倍。三星公司的信噪比提高技术，以及镜头镀膜技术，可以实现了超低的光照度。

　　2、两种编解码处理实现方式将各领风骚

　　目前视频监控系统主流的压缩格式是MPEG4，尽管它的处理延迟稍大些，但它还算兼顾了各方面的能力，是一个比较好的折衷。

　　而对于分辨率格式，种类从传统的CIF格式，到目前的像素为720×576的D1格式，中间还有Half-D1、DCIF等。而Vweb公司推出的全D1分辨率MPEG-1、2、4以及H.263音视频编码器，无论是存储器容量还是带宽好像对中国用户都已经不是问题。但经过冷静分析后不难发现，无论D1能否进入中国的音视频编解码国家标准，基于D1的存储量以及成本因素，感觉D1的大面积推广还未到火候，反倒市场更看重像素为528×384的DCIF。深圳市昊天科技有限公司的谢永强工程师也持该观点，他说：“DCIF格式无论在码率还是对资源的要求方面显得比较中庸，而且在各个方向上显得比较均衡一些。因此，可以有效解决清晰度与传输速率、存储容量以及成本之间的矛盾。”

　　因应各种分辨率格式和压缩格式，编解码技术和芯片实现方式呈现多种多样的特点，但基本上可以归结为两大类，即DSP和ASIC。

　　DSP以TI公司的产品为代表，优点是具有非常灵活的处理方式，图形处理功能比较强大，但这类器件是从以前的专用信号处理架构上传承下来的，故在某些方面具有一定的约束，比如占用系统资源偏多，对于一些控制要求较高和码率较高的场合似乎尚缺竞争力。

　　不过，TI公司针对这点做了进一步的优化，从而赢得了不少订单。中国最大的监控产品生产商海康威视已经在其视频硬盘录像机以及视频服务器等产品中利用了300万片TI的TVP5150AM1超低功耗视频解码器芯片，该芯片典型工作状态下功耗仅为113mW，而断电模式下的功耗还不到1mW。该产品只需一个晶振就能支持所有标准，模拟与数字电源电压为1.8V，I/O电源电压为3.3V，迎合市场需求。

　　而ASIC则主要是面向应用的专用SoC，可以利用目前最先进的多核技术，采用标准的总线架构，配上一定的存储资源，以及扩展性能比较强的接口，基于上述这些优点，使得ASICSoC芯片更能适用于视频处理的高端应用。

　　这类ASIC器件在设计时的约束较少，还可特别对视频编解码、数字加密、分辨率动态调节乃至各种远程控制接口方面进行专门优化，从而解决了网络监控中图像处理和复杂的控制和接口方面的约束瓶颈。

　　就上述这两大类处理技术实现方式来说，它们有着各自的生存空间，都将围绕合适的应用并行发展。

　　3、网络视频服务器将是数字存储技术的发展方向

　　进入数字时代以来，数字存储技术高速发展，数字硬盘录像机(DVR)使数字存储的优点得到充分的体现，近几年来得到了广泛的应用。

　　DVR的核心功能就是解压缩，其方式分为硬解压、软解压以及硬件和软件相结合三大类。其中软解压成本相对较低，但因软件的实现是基于普通电脑和软件，而且过于占用计算机的系统资源，从而影响图像处理能力，而且可靠性相对也较差;而另一方面，应用却对图像质量要求越来越高，且随着远程传输的需求的增加，压缩比较高的MPEG4会越来越流行，因而利用专用芯片的嵌入式硬件解压缩将成为DVR的主流。在这种架构中，将音视频采集、解压缩、解码显示功能全部集成进一个SoC芯片，再利用总线结构，将多路码流直接分传给显卡，IDE总线进行图像显示和存储，系统CPU只起到控制和分配作用，剩余的大量资源可以用于丰富的图像处理。这种架构的典型代表就是TI的达芬奇和NXP的Nexperia。

　　不过，由于“平安城市”中的安全监控网络的规模很大，各子网络间信息的互联互通非常重要，这就必然要考虑数据的传输问题。基于这一点，这种目标为本地化监控的完全硬件解压方案就存在一定的局限了。因为这种方案强调的是解压速度、图像处理能力和大容量存储。而在“平安城市”这类大型网络中，监控系统的前端站点很多，必须采用多机的层叠，还有内外网之间的访问问题，都使得进行远程监控时的控制变得非常复杂，从而使得基于嵌入式的硬件解压方式力不从心。

　　当然，集成度更高的超大容量和超多路数的DVR可以缓解这一问题，但实现起来是不现实的。所以，一个新的解决方案就是网络视频服务器方案。在这种方案中，存储采用计算机领域的通用存储技术。该方案瞄准网络视频应用，采用适于网络传输的流媒体技术，将成为今后的“平安城市”监控方案的一个发展方向。希图科技的侯育林对此表示认同，他介绍说：“视频服务器和网络摄像机在实现远程监控时确有一定优势，但在规模应用之前，还有不少的问题需要解决，比如实时性差、延迟过大、画面不流畅等。”

　　DVR的另一个发展趋势是多接口技术。今后DVR所集成的接口将从传统的485和232扩展到1394、USB和以太网等。此外，越来越高的搜索和回放速度比也是一个发展趋势。当然，支持越来越大的硬盘存储容量是DVR始终追求的一个目标。

　　结语

　　安防行业一直以来都是一个专业而封闭的市场，尤其是在数字化、网络化盛行的时代，在主流IP摄像机的操作上，由于其安装、调试以及后续的系统维护都需要专业的技术支持以及IT网络知识，因而令网络监控在国内市场的推广长期处于缓慢的状态，前端技术的发展也受到了一定制约。相信在民用市场的大量需求下，安防产品会朝着消费类电子产品靠拢，前端技术会不断向前革新!