CCD 攝像機(jī)質(zhì)量對網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的影響

CCD 攝像機(jī)質(zhì)量對網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的影響
提要：網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī) ( 網(wǎng)絡(luò)攝象服務(wù)器、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)視頻轉(zhuǎn)換器等 ) 采用的 CCD 攝像機(jī)的質(zhì)量對帶寬的影響很大，采用優(yōu)質(zhì)的 CCD 攝像機(jī)可以大大減少網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)的帶寬。

1. 問題的提出

網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，使得基于網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控應(yīng)用正在普及。靈活的監(jiān)視和控制配置、與信息網(wǎng)絡(luò)緊密融合、長距離遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)勢都是傳統(tǒng)監(jiān)控所不可比擬的。如何正確掌握及合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)是用戶面臨的新課題。

網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)實(shí)際應(yīng)用中的主要問題，第一是圖像壓縮技術(shù)問題：第二就是網(wǎng)絡(luò)帶寬數(shù)據(jù)傳輸問題。所謂解決帶寬問題的實(shí)質(zhì)就是如何在有限的帶寬上傳輸更高質(zhì)量的圖像，當(dāng)然還有計算機(jī)操作系統(tǒng)軟件管理能力的提高（解壓）問題；圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的發(fā)展以及高速中央處理器的應(yīng)用等都是解決網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)圖像壓縮問題的基礎(chǔ)技術(shù)，許多技術(shù)（特別是 MPEG4 ）的發(fā)展，無疑使我們今天的網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)能夠比以前取得更大的圖像壓縮比。但是否有了這些就足夠了呢？答案是否定的。

2. 提高原始參考圖像質(zhì)量是圖像壓縮的關(guān)鍵

在一定的壓縮技術(shù)和一定的應(yīng)用環(huán)境下，是什么因素影響網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)的帶寬呢？這就是系統(tǒng)前端使用的 CCD 攝像機(jī)是否能夠送出穩(wěn)定干凈的圖像，即每一幀都作為新增加原始參考圖像呢，還是作為不變的可壓縮的變異圖像，這個因素往往被大家忽視。不穩(wěn)定不干凈的圖像輸入到網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)后，網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)識別為新增加的原始參考圖像而被重新傳輸。本來不變的可壓縮的變異圖像被誤判成新增加原始參考圖像，表現(xiàn)為帶有色偏、色滾、畫面扭曲或滾動、干擾條紋、噪點(diǎn)等等。實(shí)踐證明，網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)傳輸?shù)倪@些不穩(wěn)定不干凈的圖像本來應(yīng)該作為沒有變異的圖像傳輸，那么這些圖像數(shù)據(jù)所占用的傳輸帶寬就一定很大。為什么會出現(xiàn)這個結(jié)果呢？這要從圖像數(shù)據(jù)壓縮原理去理解。

圖像數(shù)據(jù)壓縮通常主要通過兩個環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)：第一個環(huán)節(jié)是對圖像尺寸的壓縮，圖像尺寸越小，圖像數(shù)據(jù)就越短，從而達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)量的目的。第二個環(huán)節(jié)是對圖像形成過程的壓縮，就是在連續(xù)圖像傳輸?shù)倪^程中，我們只傳輸圖像中變化的部分，而使相對靜止的部分不傳輸，這樣使圖像數(shù)據(jù)變短而實(shí)現(xiàn)了壓縮，也就減少占用過多的帶寬，。

比如，我們監(jiān)控一個房間里的情況。在房間里沒有人或動物走動時，我們看到的圖像是靜止的，此時網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)沒有必要重復(fù)傳輸那么多相同的畫面，所以靜止?fàn)顟B(tài)所占用的帶寬很小。而當(dāng)有人或動物走動時，網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)只需傳輸圖像變化的部分，這樣就使整個圖像數(shù)據(jù)大為減短。圖像數(shù)據(jù)雖然減短了，但是仍然忠實(shí)的記錄了房間內(nèi)的全部情況。網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)在識別圖像是靜止還是活動的依據(jù)主要是檢測圖像的灰度（或色階）是否發(fā)生變化，沒變化就是靜止的，反之就是活動的?？墒怯绊懟叶茸兓囊蛩夭粌H是移動的人和物體，而且還有光線的變化和我們上面提到的不穩(wěn)定和不干凈圖像噪聲信號的影響，在網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)的眼里，即使是靜止的房間，對于這些不穩(wěn)定不干凈的圖像它也認(rèn)為是變異的畫面而增加了圖像的數(shù)據(jù)，而這些是我們不需要的。

3. 采用優(yōu)質(zhì) CCD 攝像機(jī)確保變異圖像減少

采用優(yōu)質(zhì) CCD 攝像機(jī)可以提高信噪比和實(shí)現(xiàn)高速追蹤白平衡是確保變異畫面減少，從而減少網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)帶寬的關(guān)鍵。

沒有噪聲的畫面就是干凈的畫面，表現(xiàn)的指標(biāo)就是信噪比高，相反，信噪聲比不好的 CCD 攝像機(jī)的畫面中充滿噪點(diǎn)，而噪點(diǎn)在畫面中的位置是沒有重復(fù)性的，每一禎畫面都不一樣，在網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)看來每幅都是全屏變化的圖像，壓縮后數(shù)據(jù)最大，占用的帶寬也最多。實(shí)驗(yàn)表明，這樣的畫面數(shù)據(jù)比干凈畫面的數(shù)據(jù)要大 30% 以上甚至更多，這就是我們很多用戶的網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)帶寬增大的主要原因之一。

另外一個參數(shù)是 CCD 攝像機(jī)的追蹤白平衡的速度，這個參數(shù)實(shí)際上反映的是 CCD 攝像機(jī)中所用的 DSP 芯片的運(yùn)算速度指標(biāo)，普通 CCD 攝像機(jī)的 DSP 的運(yùn)算速度為 10 萬次 / 秒，優(yōu)質(zhì) CCD 攝像機(jī)中的 DSP 的運(yùn)算速度可達(dá) 1000 萬次 / 秒，整整差 100 倍。 DSP 快了有什么好處呢？比較容易想到的是色彩漂移問題，因?yàn)檫\(yùn)算速度快慢直接影響到它對白平衡跟蹤的速度。我們可以用日光燈環(huán)境來說明這個問題。

一般的 CCD 攝像機(jī)白平衡速度通常是在 120 毫秒到 160 毫秒之間，也就是說大致需要 6 — 8 個圖場（ PAL 制為 50 場 / 秒）才能完成 1 個白平衡的變化，這樣的速度肯定跟不上日光燈光源的變化。日光燈 1 秒鐘亮滅的變化為 100 次，也就是 20 毫秒就要變化一次，顯然一般攝像機(jī)是跟不上這個變化速度的，因此在日光燈照明的環(huán)境下，所攝圖像就會產(chǎn)生色偏和色漂移的現(xiàn)象，原本靜止的畫面就會變成顏色周期性變化的“活動“圖像，這樣受騙的自然又是網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)了。但是如果 CCD 攝像機(jī)的 DSP 的運(yùn)算速度快，如僅用 1 毫秒就可以平衡一次白平衡的變化，就完全可以得到非常穩(wěn)定的圖像。這個例子的啟示是：隨著環(huán)保和節(jié)能要求的不斷提高，脈沖式照明的應(yīng)用也會日益廣泛，而在這樣的形勢下，網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)對采用的 CCD 攝像機(jī)的 DSP 的運(yùn)算速度的要求就會變成必須了，也就是說，對 CCD 攝像機(jī) DSP 的運(yùn)算速度的要求將成為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控（硬盤錄像機(jī)也一樣）的一項(xiàng)指標(biāo)。

從以上的分析可以看出，優(yōu)質(zhì) CCD 攝像機(jī)（提供 52db-60db 的信噪比指標(biāo)和 1000 萬次 / 秒 DSP 運(yùn)算速度）可以大大提高網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)的應(yīng)用質(zhì)量。

當(dāng)然，影響 CCD 攝像機(jī)畫質(zhì)的指標(biāo)還有 CCD 的靈敏度指標(biāo)，靈敏度指標(biāo)高的 CCD 攝像機(jī)可以提高照度低時的信噪比。

值得說明的是， CCD 攝像機(jī)的清晰度指標(biāo)對畫質(zhì)的影響不大，而對網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)的帶寬的利用有極大影響。清晰度越高的圖像占用存儲空間越大，盲目追求網(wǎng)絡(luò)攝象機(jī)的高清晰度不僅提高了使用造價，而且增加了圖像的傳輸、處理和存儲數(shù)據(jù)，這是不科學(xué)的選擇。