高速球技术发展趋势

海康威视:李意元

     摘要:随着生活水平的提高,社会对安全防范的需求不断增加,视频监控行业正处于快速发展并逐渐成熟的时期。作为前端设备中最具代表性的球型摄像机,因其独特的性能和功能优势使之可广泛应用于需要大范围监控的场所,如:公路、铁路、机场、港口、岗哨、广场、车站等场所。球型摄像机中最核心的是高速球,本文主要探讨高速球的发展现状及技术发展趋势。

    关键词:高速球

一、 高速球的发展现
      高速球发展至今,从传输信号来区分,主要有模拟高速球机和网络高速球机。从早前的标清球机到如今的模拟高线和网络高清球机,高速球的快
速发展主要还是源自本身性能的不断提升,功能的不断增加完善以及市场的不断推动。

      1. 模拟高速球机

      模拟高速球机采用同轴电缆传输模拟信号,配合后端DVR实现对球机的远程操作,快速定位。其主要的性能指标有:

      1) 图像质量

      早期的模拟高速球大多使用的是索尼和日立品牌的国外进口机芯,水平解析度一般是480TVL或者540TVL,输出图像效果上并无明显差异。后面随着技术的进步,国内很多厂家都开始自主研发机芯,并在高速球上得到良好应用。为了满足更高清晰度的监控需求,各厂家也相继推出了自己的模拟高线球机,水平解析度从原来的540TVL提升到目前的650TVL、700TVL,配合后端支持WD1分辨率(960×576)的DVR,整体图像清晰度有明显提升。
       

   

                                                         图1普通模拟高速球和模拟高线球水平解析度区别

   2) 功能齐全

      一般球机目前都有多样化的功能设计,包括预置点、巡航扫描、花样扫描、掉电记忆、守望、定时任务、预置点视频冻结、隐私屏蔽、报警联动、限位扫描、方位显示、OSD菜单、机芯参数设置等,足以满足客户在不同场景下的监控需求。

      高速球除了拥有多样化的功能外,还需充分考虑人性化功能设计,如图2所示,通过RS485检测功能快速定位安装调试过程中球机无法控制的问题所在。“协议出错100”表示控制设备的协议不在球机支持的协议之内,这时候需要调整控制设备的协议;“波特率出错”提示球机目前的波特率是2400,而后端控制设备的波特率是9600,这时候需要调整控制设备的波特率。除了这些还可以实现对地址出错和线路接反的判断,极大地节省施工时间。通过3D定位功能实现对快速运动物体进行跟踪,通过协议自适应功能则无须对协议进行拨码设置,球机与后端采用独特通信方式,直接匹配后端协议,简单方便实现控制。

                        
                                                                        图2 高速球RS485检测功能

      3) 云台传动性能

      高速球通过平稳的云台传动机构确保球机在运行过程中的图像稳定性,不会出现图像抖动的问题,通过严格的传动配件选型以及良好步进电机细分控制技术来实现精确的预置点定位。

      4) 设备稳定性

      设备稳定性是目前所有厂家都需要考虑的问题,速球需要重点考虑自身防水和散热性能,恶劣环境中的防雷击和防浪涌保护能力。以前的高速球可能由于自身结构的限制,在防水上性能较差。随着海康威视具有自主专利的连体快装技术在高速球上应用,随即带动了整个行业的高速球品质的提升,彻底改善了高速球的进水问题。

      2. 网络高速球机

      网络高速球机通过网线传输经过编码压缩的数字信号,配合强大的后端显示和中心存储功能,实现大型的联网监控。其主要的性能指标有:

      1) 图像质量

      早期网络高速球主要是普通4CIF分辨率的标清球机,只能实现 “看得见”的视频监控,随着“看得清”的需求越来越强烈,各厂家陆续推出高清高速球,图像分辨率由原来的4CIF提升到现在的720p和1080p,图像质量有明显提升。

      2) 编码性能

      随着球机DSP性能的提升,目前球机可以支持标准H.264、MJPEG、MPEG4三种压缩方式,编码的高压缩率使网络传输图像效果得以很好保证。

      3) 互联互通

      网络高速球一般通过Onvif和PSIA的标准协议和第三方管理平台实现对接,比如互信互通平台、中兴力维平台等。随着公安部平安城市标准GB28181的发布,各厂家也开始相继推出支持该标准的高速球,从而更好的实现和第三方设备的对接管理。

二、 高速球的技术浅析

      虽然模拟高速球和网络高速球均在主要性能指标上不断优化提升,但是随着高清联网监控的普及,网络高清高速球必将成为未来发展的主流,成为前端视频监控的核心部分。接下来重点介绍网络高清球的热门技术和前瞻性的技术。

      1. ISP技术

      ISP即图像信号处理,是对摄像机传感器输出的原始图像进行处理,获得更加接近拍摄的真实场景图像的技术总称。目前,新的ISP技术主要是通过调整图像处理芯片参数,提升输出图像的色彩还原度、清晰度。通过色彩抑制处理,解决低照度下彩色噪点较多问题,通过坏点校正和固态噪声抑制处理,使输出图像更加干净细腻,通过钠灯和日光灯白平衡方式的处理,提高不同场景的色彩还原效果。

                       
                                                                        图3 不同ISP技术的色彩还原效果

      2. 智能聚焦算法

      平安城市道路监控中,最常见的问题就是,夜间对行进中的车的聚焦性能较差,会遇到虚焦及画面中形成交叉十字架的问题,如果球机镜头角度和点光源接近平行时,画面效果更差。通过运动聚焦算法,优化对运动物体的聚焦,聚焦速度更快,聚焦精度更准确。通过光源聚焦算法,优化对点光源聚焦,智能判断图像中亮暗区域,可做到一次性聚准,不会重复聚焦,解决道路监控点光源聚焦难的问题。

                        
                                                                              图4 光源聚焦算法开关对比

      3. 视音频压缩技术

      随着高清大型联网监控项目的普及,早前基于H.264 Main Profile编码压缩方式的球机,在保证图像质量的前提下,720p分辨率下的压缩视频建议选择3M码流,1080p分辨率下的压缩视频建议选择6M码流,对于网络传输和中心存储空间的要求较高。目前,标准H.264压缩编码技术得到进一步发展,已经将H.264 High Profile的压缩编码格式应用在高清高速球,该格式可提供更高的压缩效率和更好的图像质量,同时也能提供高效无损视频编码,高清分辨率下的压缩视频可以选择更低的码流,极大节省网络传输带宽和中心的存储空间。而在未来的几年,基于H.264的压缩技术改进的H.265有可能后来居上,在高清高速球上实现H.265的压缩编码能力也将成为可能,H.265旨在有限带宽下传输更高质量的网络视频,满足高清视频监控的需要。

      4. SVC技术

      SVC(Scalable Video Coding)即可伸缩视频编码技术,把视频信号编码成分层的形式,当带宽不足时只对基本层的码流进行传输和解码,但这时解码的视频质量不高。当带宽慢慢变大时,可以传输和解码增强层的码流来提高视频的解码质量。可伸缩的直观体现,显然是在码率上。而视频数据的分层编码和选择传输是实现可伸缩的主要手段。   

      SVC在高清高速球上应用的主要优势是提高误码弹性,进而提高在容易发生丢包的网络间传输的视频质量,在可用带宽不能保证的地方或诸如公共互联网等无管理网络中,这点显得特别重要。

                 
                                                        图5 SVC与传统不可伸缩性编码对网络带宽的适应性

      5. ROI技术

      人们在观看监控视频时,通常只对某一个特定区域感兴趣,如车牌、人脸。ROI(感兴趣区域)压缩编码技术在图像中对感兴趣区域进行无损压缩或近无损压缩,保证图像质量,而对背景区域进行有损压缩,这样在不提高码流的情况下,即可获得视频监控的关键信息。在高清高速球上加入该功能,如果再结合人脸识别等功能,将成为智能领域的新突破口。

三、 高速球的发展趋势

       网络高清高速球必将成为未来发展的主流,未来高清高速球的发展应该是朝着高清、智能、融合的方向,从而实现高清高速球的价值最大化。

      1. 高清

      虽然目前已经有720p和1080p的高清球机,我们需要追求有更高倍率、更低照度、更高帧率、更高像素和更高集成度的高清球机,而要将高清普及化则需要更高效率的编码技术以提供更低带宽接入,同时需要更高效节能的补光技术来解决目前夜间监控效果较差的问题。

      2. 智能

      自动跟踪必将是未来高清球机的一大特色功能,具备行为分析的智能高清球机,真正实现了解放人力,转而向科技要警力,使得工作人员能够从繁杂的操作工作中解脱出来,而球机可以智能的探测、跟踪监控目标物体,实现对运动目标的自动跟踪、录像、报警,彻底改变了视频监控系统只能作为辅助系统的局面。 =

      3. 融合

      高清高速球在未来将集成更多的功能,比如说将车牌识别、强光抑制、闪光灯同步技术相融合,使道路视频监控效果更加完美。将感知技术和智能检测、图像诊断技术相融合,实现更为强大的智能视频监控。

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