降低延時(shí)沒商量

　　在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)是指一個(gè)圖像數(shù)據(jù)從前端的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集完成傳輸?shù)胶蠖?，用戶通過顯示器觀看到圖像的時(shí)間差。例如人在攝像機(jī)前揮動手臂，圖像采集后通過壓縮編碼網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶蠖私獯a顯示出圖像，這一過程雖然很短暫，但仍然可以感覺到顯示圖像略有滯后，這就是我們通常所說的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控延時(shí)。目前高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的整體延時(shí)基本在200～500ms左右，即便是號稱零延時(shí)的HD-SDI攝像機(jī)，受到傳輸質(zhì)量、距離等影響，在錄像儲存之前也仍會有50～100ms左右的延時(shí)。監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)延時(shí)產(chǎn)生的原因有很多，主要有以下幾方面。

　　編碼效率

　　模數(shù)和數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)都會耗費(fèi)時(shí)間和資源，圖像在前端進(jìn)行編碼，在后端進(jìn)行解碼顯示時(shí)，其間耗費(fèi)的時(shí)間是延時(shí)產(chǎn)生的一部分。目前，廠商基本都會采用H.264的壓縮算法，圖像場景越復(fù)雜、運(yùn)動物體越多、碼率和幀率越大，所采用的H.264類別和等級越高，其運(yùn)算量就越復(fù)雜，編碼或解碼的難度也就越大，耗費(fèi)的時(shí)間也就越多。通常采用犧牲系統(tǒng)資源的方式來換取編碼和解碼效率提升，這也是CPU頻率越來越高的原因之一。H.264 Main Profile @ Level 4.1壓縮級別，可以很好地兼顧圖像質(zhì)量和延時(shí)。而從圖像傳感器來看，由于CMOS是直接輸出數(shù)字信號，對延時(shí)的影響比CCD低。

　　傳輸鏈路和設(shè)備

　　影響網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的主要因素包括傳輸線路的質(zhì)量(如網(wǎng)線質(zhì)量、采用的工藝標(biāo)準(zhǔn)等)、路由或交換次數(shù)(路由轉(zhuǎn)發(fā)需要時(shí)間，路由跳數(shù)越多，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)越大)和網(wǎng)絡(luò)的流量(網(wǎng)絡(luò)流量越大，交換機(jī)和路由器耗費(fèi)的時(shí)間越長，且網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也就越大)。由于交換機(jī)是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)傳輸中常見的設(shè)備，交換機(jī)對網(wǎng)絡(luò)高清的圖像質(zhì)量有著舉足輕重的影響。交換機(jī)的時(shí)延、丟包率、背板帶寬、交換容量、包轉(zhuǎn)發(fā)率等問題都會影響數(shù)據(jù)交換的性能和延時(shí)。所以網(wǎng)線和交換機(jī)的選擇至關(guān)重要，因?yàn)檫@將直接影響到整個(gè)傳輸鏈路的圖像質(zhì)量。

　　解碼設(shè)備的性能

　　解碼設(shè)備通常是指解碼器或用于解碼的客戶端主機(jī)，主機(jī)配置的好壞直接影響到解碼的效率，從而造成延時(shí)或停頓等問題。不過有時(shí)在解碼或編碼時(shí)，為了圖像流暢會人為加上一些緩沖。

　　為了減少高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的延時(shí)，需要提升網(wǎng)絡(luò)帶寬或降低視頻幀率或碼率，減少傳輸設(shè)備(如路由器、交換機(jī)、代理服務(wù)器)，優(yōu)化計(jì)算機(jī)性能，關(guān)閉無關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和軟件，減少客戶端緩沖時(shí)間(在實(shí)時(shí)與流暢之間取舍)。

　　寬動態(tài)會逐漸成為標(biāo)配

　　由于室外光線照度強(qiáng)，室內(nèi)光線照度弱，在監(jiān)控高反差、逆光強(qiáng)光和光線折射環(huán)境時(shí)，如從室內(nèi)看窗戶、停車場出入口、營業(yè)大廳門口等，圖像中明亮的區(qū)域會曝光過度，而較暗的區(qū)域則曝光不足，難以識別。WDR技術(shù)能夠保證圖像中明暗不同區(qū)域的所有物體都得到較好的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)，整個(gè)畫面亮暗適中協(xié)調(diào)。無論是在普通、低照度還是強(qiáng)光抑制的環(huán)境，用戶需要通過用攝像機(jī)看到更多的信息。

　　寬動態(tài)范圍是圖像傳感器的特有屬性，如果一個(gè)圖像傳感器被設(shè)計(jì)用于寬動態(tài)場景，那么它在高反差等場景中將具有更高的寬容度，更大范圍保留圖像細(xì)節(jié)。WDR和高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一樣，也會分為高、中、低端的產(chǎn)品。一方面從綠色地球的范疇來講，做最好的設(shè)備，需要消耗更多的資源。另一方面，從消費(fèi)金字塔模型來看，并非所有的用戶都需要最全功能的設(shè)備。所以，增加少量成本、較低的系統(tǒng)復(fù)雜性就能達(dá)到90%用戶需求的WDR網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是中低端的產(chǎn)品;而需要增加大量成本、高系統(tǒng)復(fù)雜性的高端WDR產(chǎn)品只滿足10%用戶的需求。WDR在技術(shù)上的突破主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是Sensor本身動態(tài)范圍的提升，另一個(gè)是圖像處理技術(shù)的進(jìn)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攝像機(jī)的寬動態(tài)范圍最多只有66dB，而CMOS寬動態(tài)攝像機(jī)在現(xiàn)有技術(shù)下的推動下，其動態(tài)范圍可以達(dá)到160dB。寬動態(tài)意味著更多的通光量和更大的感光度，未來CMOS寬動態(tài)技術(shù)將有著更大的發(fā)展空間。而動態(tài)范圍越大，圖像噪聲也會越多。攝像機(jī)圖像的信息量增加，需要更強(qiáng)大的數(shù)字處理能力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)飛速的發(fā)展，WDR作為攝像機(jī)標(biāo)配的那一天已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

　　客戶在選購攝像機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際安保監(jiān)控級別的需要，選用不同動態(tài)范圍的高清寬動態(tài)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，沒必要一味追求寬動態(tài)的效果。須知動態(tài)范圍越高，所產(chǎn)生的圖像噪聲也會越大。例如如銀行、自助銀行ATM的出入口等場所，因其安保級別較高，必須要看清人的面部特征，可以選用動態(tài)范圍較高的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī);而一般的停車場出入口、高速公路匝道等，則可以選擇動態(tài)范圍略低的攝像機(jī)。[nextpage]

　　正確看待低照度

　　低照度是指網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在低照度的環(huán)境下的圖像細(xì)節(jié)還原能力，通常是以最低照度(單位Lux)來表示。低照度攝像機(jī)其內(nèi)部主要是選用具有高感光度特征的CCD/CMOS圖像傳感器芯片;通過雙濾光片切換機(jī)構(gòu)和彩轉(zhuǎn)黑方式實(shí)現(xiàn)日夜型圖像功能;在編碼過程中進(jìn)行低照度圖像降噪和圖像增強(qiáng)等技術(shù)。在外部環(huán)境中主要是通過紅外燈、白光燈或激光等來補(bǔ)光，通常各廠商采用一種或多種技術(shù)組合的方式來提升低照度下的圖像效果。低照度攝像機(jī)通常有三種實(shí)現(xiàn)方式：

　　1、日夜型和彩轉(zhuǎn)黑，采用雙濾光片切換機(jī)構(gòu)。在白天和光線充足條件下，使用紅外截止濾光片，修正白天偏色問題，確保清晰、高品質(zhì)的彩色圖像。在夜間或光照低情況下，切換為另一片全透光譜濾光片，提升夜晚的亮度，以便允許捕捉明亮、高對比度的黑白圖像。

　　2、低速快門(Slow shutter)也稱慢快門，該方式又稱為幀累積，連續(xù)將幾個(gè)因光線不足而較顯模糊的畫面累積起來，成為一個(gè)圖像清晰的畫面。此類型低照度攝像機(jī)適用于禁止紅、紫外線破壞的博物館、夜間生物活動觀察、夜間軍事海岸線監(jiān)視等靜態(tài)場景的監(jiān)視，但不適合城市道路等動態(tài)監(jiān)控。

　　3、超感光度，此方式主要是提升攝像機(jī)圖像傳感器的感光度。近幾年圖像傳感器雖發(fā)展迅速，但仍然與人眼所能看到的圖像差別還是很大，特別是低照度環(huán)境下不能達(dá)到人眼睛所具有的感光度。因此，一方面圖像傳感器的感光度還不夠高，另一方面圖像傳感器在未來存在巨大發(fā)展空間。

　　用戶總是希望攝像機(jī)能適用于多種復(fù)雜的環(huán)境，不僅白天畫質(zhì)要好，同時(shí)夜間能看清楚。然而用戶應(yīng)該正確認(rèn)識低照度的特性，低照度與環(huán)境照度、快門速度、鏡頭光圈大小、增益等都有關(guān)系。實(shí)際上無論CCD還是CMOS的相機(jī)都不能在漆黑的環(huán)境中(照度為0lux)呈現(xiàn)清晰的圖像，要使攝像機(jī)正常工作，必須要對環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)光。無論產(chǎn)品宣稱多么低的照度，夜間都不能達(dá)到像白天一樣清晰的圖像，要想看清楚需要對場景補(bǔ)光(白光、普通紅外或激光夜視等)。

　　快門模式的發(fā)展

　　在某些特殊視頻監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域(如高清抓拍)，用戶抱怨所采用CMOS圖像傳感器的攝像機(jī)不能滿足要求。CMOS傳感器的工作方式，并不是通過一個(gè)信號線就可以控制曝光的開始和結(jié)束。傳感器的感光二極管不停的在捕獲入射光子并轉(zhuǎn)換成電子存儲在電荷井中，控制部分可以將其讀出或清零，但不能停止曝光。在這個(gè)過程中，并沒有實(shí)際意義上的快門存在，這也叫電子快門。那么電子快門是如何實(shí)現(xiàn)的呢?

　　一種是Rolling Shutter(卷簾式快門)。對任一像素，在曝光開始時(shí)現(xiàn)將其清零，然后等待曝光時(shí)間過后，將信號值讀出。數(shù)據(jù)讀出采用串行方式，所以清零/曝光/讀出也只能逐行順序進(jìn)行，通常是從上至下。Rolling Shutter可以達(dá)到更高的像素和幀率，但由于掃描速度和數(shù)據(jù)讀出速度的差異，無法實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)有的閃光燈同步。但當(dāng)曝光不當(dāng)或物體移動較快時(shí)，會出現(xiàn)部分曝光、傾斜、抖動等現(xiàn)象。這一特性催生了長延時(shí)閃光燈的誕生，以解決現(xiàn)有Rolling Shutter模式下的閃光同步問題。

　　另外一種是Global Shutter(全局快門)。在每個(gè)像素處增加了采樣保持單元，在指定時(shí)間達(dá)到后對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣然后順序讀出，這樣雖然后讀出的像素仍然在進(jìn)行曝光，但存儲在采樣保持單元中的數(shù)據(jù)卻并未改變。相當(dāng)于是整體統(tǒng)一進(jìn)行一次性曝光。Global Shutter曝光時(shí)間更短，適合抓拍場合應(yīng)用。但由于增加了每個(gè)像素的元件數(shù)目，使得填充系數(shù)降低，所以很難設(shè)計(jì)出高像素?cái)?shù)的傳感器，另外采樣保持單元還引入了新的噪音源，增加了RMS 讀出噪聲。

　　通常情況下，曝光時(shí)間短的應(yīng)用(如小于500μs)適合Global Shutter;曝光時(shí)間長(如大于500μs)時(shí)，選擇Rolling Shutter可以實(shí)現(xiàn)更低的噪聲和更高的幀率。目前，很多圖像傳感器廠商也在將Global Shutter技術(shù)引入安防監(jiān)控用的芯片中，相信很快就會有配合傳統(tǒng)閃光燈高清抓拍應(yīng)用的高性價(jià)比產(chǎn)品面市。

　　未來網(wǎng)絡(luò)高清“一體機(jī)”趨勢漸顯

　　傳統(tǒng)槍式攝像機(jī)，由于起步較早，技術(shù)和價(jià)格上有優(yōu)勢。對用戶來說可根據(jù)監(jiān)控場景選配不同的鏡頭，安裝起來較為靈活。但若是用戶或安裝人員的專業(yè)技術(shù)不足，攝像機(jī)與鏡頭搭配不合理，也會影響攝像機(jī)性能。特別是安裝在惡劣環(huán)境下使用，很容易受潮氣、振動、熱脹冷縮等環(huán)境因素的影響，使用一段時(shí)間后就很可能會出現(xiàn)攝像機(jī)聚焦點(diǎn)偏移、背焦(后焦)失焦、圖像模糊等問題。一旦出現(xiàn)問題，用戶(或工程商)通常只有派技術(shù)人員到現(xiàn)場進(jìn)行處理，如果監(jiān)控前端設(shè)備分布較遠(yuǎn)，監(jiān)控的維護(hù)成本將大大提高;而部分廠商也在攝像機(jī)中加入電子后焦調(diào)整機(jī)構(gòu)，相對來說也增加了攝像機(jī)的成本，這些都是暫時(shí)的解決辦法決非長遠(yuǎn)解決之道。

　　與傳統(tǒng)槍型攝像機(jī)相比，集成變焦鏡頭的一體化攝像機(jī)集成度高，體積小巧、美觀且安裝便捷。同時(shí)，高清網(wǎng)絡(luò)一體化攝像機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自動聚焦，穩(wěn)定性好、清晰度高、監(jiān)控范圍廣，在安裝和控制方面有優(yōu)勢且維護(hù)成本低，被越來越多的用戶所接受。目前市場上高清一體化網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(和機(jī)芯)還不多，技術(shù)大多為國外廠商所壟斷。隨著精密集成電子技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)高清安防市場的成熟，國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)高清廠商們正迎頭趕上，向市場推出一系列性價(jià)比高的產(chǎn)品和解決方案。隨著后續(xù)技術(shù)的日趨完善和產(chǎn)量的提升，一體化攝像機(jī)不再是昂貴的代名詞。高清網(wǎng)絡(luò)一體化攝像機(jī)的價(jià)格將會越來越低，普及將銳不可當(dāng)，相信未來的高清網(wǎng)絡(luò)一體化攝像機(jī)藍(lán)海無限。