眾所周知，目前高清攝像機（本文所說的高清攝像機都是指IP高清，非壓縮的高清比如HD-SDI暫不討論）已經(jīng)漸漸成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流前端類型。一般來說，對于720P高清攝像機，4Mbps左右的碼流基本能保證視頻的流暢和優(yōu)質(zhì)，對于1080P高清攝像機來說，這個數(shù)值恐怕要到6-8Mbps左右，由此可見，高清攝像機產(chǎn)生的碼流是相當大的，而且和通常的數(shù)據(jù)流不同的是，視頻屬于媒體流，其一個重要的特點就是不間斷的持續(xù)大數(shù)據(jù)量，于是在建設(shè)一個全高清的IP數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)時，有2個要素是必須慎重考慮的，其一是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的承載能力，其二是存儲容量的大小?？梢赃@么說，目前建設(shè)一個高清IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)，恐怕一半左右的成本都要花在構(gòu)建承載網(wǎng)絡(luò)以及采購足夠的存儲介質(zhì)上。那么在保證畫質(zhì)和流暢性的前提下是否能有效的降低高清IP攝像機的碼流從而極大地改善監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負載同時降低存儲成本呢？答案是肯定的，目前市場上某些廠家已經(jīng)對此問題的解決做出了有益的嘗試，并提出了一些解決辦法。其中智能數(shù)字降噪技術(shù)（iDNR： intelligent DIGITAL NOISE REDUCTION）是其中較有代表性的一種。本文對這種技術(shù)的原理和實現(xiàn)方式做一簡單的介紹，希望對讀者有所幫助。

IP攝像機的結(jié)構(gòu)
       IP攝像機其中DSP芯片主要用來做視頻信號的各種處理，我們通常所知的技術(shù)比如亮度、飽和度、對比度、白平衡、自動增益控制等等對畫面的調(diào)節(jié)都是通過DSP（數(shù)字信號處理）芯片來實現(xiàn)。除了這些通用的技術(shù)外，一些比較特殊的視頻處理算法通常也由DSP芯片來實現(xiàn)，從DSP芯片中輸出的視頻為處理過的視頻，這些視頻會交給后面的編碼芯片去通過特定算法進行壓縮編碼，最后通過網(wǎng)絡(luò)芯片打包輸出。

噪聲和降噪技術(shù)
       其次，既然降噪技術(shù)和噪聲相關(guān)，那么還是有必要講一下什么是噪聲以及降噪技術(shù)。
       由于技術(shù)和制造工藝的限制，電子設(shè)備或者電子器件在產(chǎn)生有用信號的同時也一定會產(chǎn)生一些沒用的雜質(zhì)信號，這些信號就是所謂的噪聲，噪聲只可以通過技術(shù)手段去降低，即所謂的提高信噪比，但是無法完全消除。好在當信噪比足夠大時，與可用信號相比，噪聲的幅度在大多數(shù)情況下很小，小到基本可以忽略其影響。具體到視頻領(lǐng)域，噪聲表現(xiàn)為畫面上的不規(guī)則白色噪點。在白天或者畫面較亮時，有用信號比噪聲信號的幅度高很多，此時噪點在畫面中不容易發(fā)現(xiàn)，可以忽略其影響。即使如此，在畫面的某些較暗的區(qū)域，還是能看到噪點。到了晚上或者場景較暗時，情況有所不同，由于可見光很少，視頻有用信號的幅度大為降低，有用信號和噪聲信號的幅度已經(jīng)到了可以比較的程度，此時若不做任何處理，則畫面較暗，景物不容易分辨。為了提高這種情況下的監(jiān)控效果，攝像機的DSP里一般都具備自動增益控制功能（AGC），自動增益控制的作用在于根據(jù)視頻信號的幅度來對其進行動態(tài)的放大處理，一旦視頻信號被放大，則畫面表現(xiàn)為景物已經(jīng)變得明亮可見，但是AGC的放大功能并不是那么智能，在放大有用信號的同時，噪聲信號也被放大了，一旦被放大后，畫面上的噪點就變得更明顯了。當然如果畫面變亮，可見光增加時，AGC會動態(tài)自動地降低增益幅度，此時噪點會變小甚至又不可見。
       噪點給觀者直觀的感覺就是畫面不安靜，使觀者產(chǎn)生不悅，當場景很暗，AGC增益倍數(shù)很大時，噪點也會非常大，嚴重時會影響到畫面的監(jiān)看，所以AGC增益倍數(shù)上限需要有所控制，在提升有用信號的同時使畫面的噪點處于可接受的程度。
       為了消除噪點帶來的不利觀感，降噪技術(shù)應(yīng)運而生。降噪技術(shù)主要是由攝像機內(nèi)部的DSP芯片來實現(xiàn)。降噪技術(shù)實現(xiàn)的原理就是捕捉畫面中的噪點，然后用特定的方法加以抑制甚至消除。噪點雖然看上去雜亂且不規(guī)則，但其是具備某些特征的。舉個例子，我們在觀看畫面時，可以輕易地感受或者分辨出畫面中的噪點，基于此，DSP中特定的算法是可以將噪點的特征進行分析提取，并加以識別，一旦識別出噪點信號，就可以用各種方式加以消除。所以這種消除噪點的方式被統(tǒng)稱為數(shù)字降噪技術(shù)DNR，可能各家的噪點消除算法各有不同，但是在實現(xiàn)的原理上基本一致，實現(xiàn)的效果也大致類似。
       正如一個硬幣有正反兩面，任何技術(shù)在帶來好處的同時也不可避免會有副作用。具體到數(shù)字降噪技術(shù)來說，在降低噪點的同時帶來的最大的副作用可能就是拍攝移動物體時產(chǎn)生的拖影了。筆者前些年調(diào)試某品牌模擬一體化球機時，客戶反映晚上噪點很多，此品牌的球機里是具備數(shù)字降噪功能，并且分了3個級別，降噪的效果依次提升。在現(xiàn)場如果不開DNR功能，則畫面的噪點非常明顯，當然實際場景是很暗的，幾乎沒有照明。一旦開啟DNR功能，隨著降噪級別的提升，畫面中的噪點有明顯的下降。但是當筆者感到效果滿意隨意轉(zhuǎn)動球機時，發(fā)現(xiàn)畫面產(chǎn)生嚴重的拖影，這種拖影類似于慢快門的效果，關(guān)閉DNR功能，轉(zhuǎn)動球機時拖影也消失。最后只得在2者中找平衡，把降噪級別定為中，同時向客戶解釋拖影產(chǎn)生的原因。
       如上所述，其實DNR技術(shù)是比較傳統(tǒng)的技術(shù)，在模擬監(jiān)控時代就已經(jīng)比較普遍。
       在高清IP監(jiān)控時代，情況有所不同。我們都知道，IP攝像機和模擬攝像機的不同主要在于攝像機內(nèi)部存在編碼模塊，此模塊接受從DSP芯片中輸出的經(jīng)過各種調(diào)節(jié)過的視頻信號，然后對其進行特定算法（比如H.264等）的編碼。靜止畫面和運動畫面對編碼芯片的資源要求是不同的，運動畫面需要更多的編碼芯片資源同時產(chǎn)生更多的碼流數(shù)據(jù)量。一般來說，為了降低監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負擔并且提高存儲利用率，目前監(jiān)控系統(tǒng)中的高清IP攝像機都會采用變碼率技術(shù)，根據(jù)畫面的運動與否動態(tài)地調(diào)節(jié)碼流大小。但是畫面中的噪點也會被當作運動元素來處理，從而消耗更多的編碼資源并產(chǎn)生更多的碼流，最終造成更多的存儲，而這一部分開支完全是不必要的。所以現(xiàn)在問題的關(guān)鍵就是如何降低由于噪點產(chǎn)生的這些開銷，其實這些問題在模擬時代都已經(jīng)得到了解決，一旦開啟了DSP芯片里的降噪功能，就可以對畫面中的噪點進行抑制，從而使編碼芯片接收到安靜的經(jīng)過噪聲抑制的畫面，此時再進行編碼無疑可以降低傳輸帶寬和資源消耗。

智能降噪的實現(xiàn)
       所謂iDNR就是intelligent DIGITAL NOISE REDUCTION，這是一種從傳統(tǒng)的DNR數(shù)字降噪技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，這種技術(shù)的關(guān)鍵在于i，即智能。實現(xiàn)智能的關(guān)鍵又在于將傳統(tǒng)的降噪技術(shù)和傳統(tǒng)的移動偵測技術(shù)有機結(jié)合起來，使攝像機能自動判斷畫面的內(nèi)容，有選擇地啟用或者停用降噪技術(shù)，保證正常運動物體不產(chǎn)生拖影，同時靜止畫面時壓制其中的噪點。具體工作過程應(yīng)該是：攝像機的DSP判斷畫面中的運動是正常的運動還是噪點，如果分析出噪點，就利用特定的降噪算法將其抑制，從DSP里輸出的畫面將是經(jīng)過噪點抑制的畫面，后面的編碼芯片也不會浪費過多的資源去對噪點編碼，從而也會輸出碼流較低的壓縮視頻；如果攝像機的DSP判斷畫面中是正常的運動，則暫時取消噪點抑制算法，保證畫面流暢不造成拖影，此時DSP輸出的當然是不具有噪點的運動畫面，編碼芯片也會充分工作，用充裕的碼流來保證視頻的流暢。
       經(jīng)過以上的描述，可以看出，iDNR中的智能主要體現(xiàn)在攝像機能有效判斷畫面中的運動到底是正常運動還是噪點，并根據(jù)判斷結(jié)果有選擇地實施或者取消降噪算法。其實iDNR中運用的幾種技術(shù)都不新鮮，都是已經(jīng)存在的或者并不復(fù)雜的，但是一旦把這些技術(shù)有機地結(jié)合起來，就能實現(xiàn)智能降噪功能。在畫面中沒有正常運動的時候（在很多場景下，這種情況占絕大多數(shù)的時間），攝像機畫面安靜，輸出的碼流很小，從而有效地減輕了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負載，同時節(jié)省了后端存儲的成本。
       值得注意的是，即使是白天，開啟智能降噪功能的攝像機也能明顯地降低視頻帶寬。

智能降噪的技術(shù)
       智能數(shù)字降噪技術(shù)是對已有技術(shù)的充分理解和有效運用，借助智能數(shù)字降噪技術(shù)，攝像機能大幅度降低視頻的帶寬，目前某廠家可以達到的水平是在720P分辨率時，帶寬穩(wěn)定在平均2Mbps左右，在1080P分辨率時，帶寬平均穩(wěn)定在3Mbps左右，這相對于以往的產(chǎn)品，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負載和存儲的成本均下降一半以上，有效地提高了建設(shè)高清IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效益。