安防领域技术发展趋势课件.ppt
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1、安防领域技术发展趋势安防领域技术发展趋势缪希仁缪希仁 福州大学电气工程与自动化学院福州大学电气工程与自动化学院 2014年9月17日摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势安防行业总体发展趋势安防行业总体发展趋势 高清存储的现状、趋势与挑战高清存储的现状、趋势与挑战报警技术趋势报警技术趋势门禁(身份识别)的发展趋势门禁(身份识别)的发展趋势GIS与安防系统融合技术趋势与安防系统融合技术趋势安防监控平台技术趋势安防监控平台技术趋势 市场产品同质化,竞争向更加深入的专业化发展市场产品同质化,竞争向更加深入的专业化发展 产品技术的专业化产品技术的专业化+ +应用行业领域解决方案(垂直领域、个性化)应用行
2、业领域解决方案(垂直领域、个性化) 联网需求日渐强烈,注重联网和系统集成能力联网需求日渐强烈,注重联网和系统集成能力 突破以往信息孤岛式的多点联网体系,还要求自身的安防系统和其它管突破以往信息孤岛式的多点联网体系,还要求自身的安防系统和其它管理系统(与公安报警系统、企业内部的办公管理系统等)联网,需要统一的理系统(与公安报警系统、企业内部的办公管理系统等)联网,需要统一的安防管理平台。安防管理平台。 安防行业总体发展趋势安防行业总体发展趋势 数字化、网络化、智能化数字化、网络化、智能化安防系统安防系统= =视频监控系统视频监控系统+ +报警系统报警系统+ +门禁系统门禁系统摄像机产品技术趋势摄
3、像机产品技术趋势高清摄像机高清摄像机高像素摄像机高像素摄像机高帧率摄像机高帧率摄像机球型网络摄像机球型网络摄像机摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势1 1 高清摄像机高清摄像机 高清摄像机(高清摄像机(IPIP高清,非压缩的高清如高清,非压缩的高清如HD-SDIHD-SDI等)已逐渐成为主流前端类型。等)已逐渐成为主流前端类型。通常以分辨率(像素数)的不同来划分规格:通常以分辨率(像素数)的不同来划分规格: 如如200200万像素(万像素(19201920* *10801080)、)、300300万像素(万像素(20482048* *15361536),乃至),乃至500500万,甚万,甚至至
4、800800万、万、10001000万的超高像素摄像机。万的超高像素摄像机。 实际应用中,可根据不同使用环境,产品特性有许多不同的功能选项:实际应用中,可根据不同使用环境,产品特性有许多不同的功能选项: 适用于明暗反差较大场景的宽动态;适用于明暗反差较大场景的宽动态; 适用于较暗环境的低照度;适用于较暗环境的低照度; 适用于主动报警的智能视频分析;适用于主动报警的智能视频分析; 感兴趣区域、透雾、感兴趣区域、透雾、3D3D降噪等等。降噪等等。 摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势1 1 高清摄像机高清摄像机 1.11.1高清摄像机的基本指标与功能高清摄像机的基本指标与功能 摄像机传感器摄像机传
5、感器CMOSCMOS或或CCDCCD CCDCCD主要应用于模拟,主要应用于模拟,1080P1080P以上高清几乎均采用以上高清几乎均采用CMOSCMOS: CCDCCD:满足高清应用,制造成本高于:满足高清应用,制造成本高于CMOSCMOS的成本,灵敏度高、响应速度低;的成本,灵敏度高、响应速度低; CMOSCMOS:早先:早先CMOSCMOS受制于受制于低照度低照度已逐步解决,其数据处理能力有明显优势。已逐步解决,其数据处理能力有明显优势。 视频压缩算法视频压缩算法 最大限度地满足压缩比的前提下,保留最完好的画面信息;最大限度地满足压缩比的前提下,保留最完好的画面信息; 提供较好的画质前提
6、下,具有提供较好的画质前提下,具有更低的码流更低的码流(占用更低的(占用更低的网络带宽网络带宽和更少的和更少的存储空间存储空间);); 目前主流应用的压缩算法为目前主流应用的压缩算法为H.264H.264,其依次定义为,其依次定义为BaselineBaseline、MainMain、ExtendedExtended和和High ProfileHigh Profile四个级别,级别越高,相同画质下的码率越小,但四个级别,级别越高,相同画质下的码率越小,但其算法难度就越大。其算法难度就越大。 现阶段,现阶段,H.264 High Profile 600H.264 High Profile 600万
7、像素平均码流万像素平均码流8-9M8-9M,峰值,峰值12M12M,延迟,延迟400400s s以内。以内。摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势1 1 高清摄像机高清摄像机 1.1 1.1 高清摄像机的基本指标与功能高清摄像机的基本指标与功能 宽动态和底照度宽动态和底照度 在室外复杂环境(在室外复杂环境(光照偏暗、逆光、或场景明暗反差大光照偏暗、逆光、或场景明暗反差大),保证图像效果),保证图像效果且同时看清楚亮处和暗处,需要摄像机有良好的底照度性能和宽动态效果,以且同时看清楚亮处和暗处,需要摄像机有良好的底照度性能和宽动态效果,以保证图质不受或少受环境影响。保证图质不受或少受环境影响。 三码
8、流技术三码流技术 高清的高码流与有限的带宽资源产生矛盾,提出双码流高清的高码流与有限的带宽资源产生矛盾,提出双码流/ /三码流技术:三码流技术: 第第1 1路:路:高清视频供高清视频供录像存储录像存储; 第第2 2路:路:供供远程监控远程监控; 第第3 3路:路:用于用于移动监控移动监控,可以是更低分辨率的视频,以满足手机和移动设,可以是更低分辨率的视频,以满足手机和移动设备的监控所需。备的监控所需。 一般,分辨率、码流率和帧率均可以由用户自主设定,能满足不同的网络一般,分辨率、码流率和帧率均可以由用户自主设定,能满足不同的网络环境需求,多码流已是高清网络摄像机必备功能。环境需求,多码流已是高
9、清网络摄像机必备功能。摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势1 1 高清摄像机高清摄像机 1.1 1.1 高清摄像机的基本指标与功能高清摄像机的基本指标与功能 智能视频分析智能视频分析 对自身工作对自身工作状态检测状态检测报警,如遮挡、网线断、地址冲突、存储器满或错等报警,如遮挡、网线断、地址冲突、存储器满或错等类的视频报警;类的视频报警; 对视频对视频图像异常图像异常内容或对定义的某规则进行智能分析检测,如徘徊、越线、内容或对定义的某规则进行智能分析检测,如徘徊、越线、行进方向、目标长度、人数统计等;行进方向、目标长度、人数统计等; 高清高清+ +智能智能:确保智能分析的准确性,减少外置智能分
10、析设备的成本和网:确保智能分析的准确性,减少外置智能分析设备的成本和网络压力,变被动监控为络压力,变被动监控为主动防范主动防范。 小结小结高清系统面临的问题:高码流的带宽压力,存储压力,实际工程成高清系统面临的问题:高码流的带宽压力,存储压力,实际工程成本过高、平台容量和管理、设备兼容与接入等。本过高、平台容量和管理、设备兼容与接入等。摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势1 1 高清摄像机高清摄像机 1. 2 1. 2 高清摄像机数字降噪技术高清摄像机数字降噪技术 技术背景:技术背景: (1 1)目前建设一个高清目前建设一个高清IPIP视频监控系统,约一半的成本花在构建承载网视频监控系统,约一
11、半的成本花在构建承载网络以及采购足够的存储介质;络以及采购足够的存储介质; (2 2)在保证画质和流畅性的前提下,是否能有效降低高清在保证画质和流畅性的前提下,是否能有效降低高清IPIP摄像机的码摄像机的码流,从而改善监控网络的负载同时降低存储成本?流,从而改善监控网络的负载同时降低存储成本? 720P720P高清摄像机:高清摄像机: 需需4Mbps4Mbps左右码流;左右码流; 1080P1080P高清摄像机:需高清摄像机:需6-8Mbps6-8Mbps码流。码流。 视频属于媒体流,即不间断的持续大数据量,因此,建设一个视频属于媒体流,即不间断的持续大数据量,因此,建设一个全高清全高清IPI
12、P数字监控系统数字监控系统,需考虑,需考虑2 2个要素:监控网络的承载能力、存储容量大小个要素:监控网络的承载能力、存储容量大小。 摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势1 1 高清摄像机高清摄像机 1. 2 1. 2 高清摄像机数字降噪技术高清摄像机数字降噪技术 IPIP摄像机的结构摄像机的结构DSP芯片视频 视频信号处理视频信号处理 视频处理算法视频处理算法编码芯片 压缩算法压缩算法视频码流网络芯片视频编码摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势1 1 高清摄像机高清摄像机 1. 2 1. 2 高清摄像机数字降噪技术高清摄像机数字降噪技术 降噪技术降噪技术 实现:由摄像机内部的实现:由摄像机内部
13、的DSPDSP芯片实现。芯片实现。 原理:捕捉画面中噪点,用特定方法加以抑制甚至消除。原理:捕捉画面中噪点,用特定方法加以抑制甚至消除。 数字降噪技术(数字降噪技术(DNRDNR):噪点虽然杂乱且不规则,但其具备某些特征;):噪点虽然杂乱且不规则,但其具备某些特征; DSPDSP中特定的算法可以将噪点的特征进行分析提取,并加以识别与消除。中特定的算法可以将噪点的特征进行分析提取,并加以识别与消除。 DNR DNR副作用:拍摄移动物体时,可能产生拖影。实际使用时,选择副作用:拍摄移动物体时,可能产生拖影。实际使用时,选择DNRDNR降降噪级别在于平衡噪点与拖影。噪级别在于平衡噪点与拖影。 DNR
14、DNR的作用:对运动画面的噪点往往也当作运动元素来处理,一旦开启的作用:对运动画面的噪点往往也当作运动元素来处理,一旦开启DNRDNR的降噪功能,就可实现画面中噪点的抑制,此时编码无疑可以降低传输带的降噪功能,就可实现画面中噪点的抑制,此时编码无疑可以降低传输带宽和存储资源消耗。宽和存储资源消耗。摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势1 1 高清摄像机高清摄像机 1. 2 1. 2 高清摄像机数字降噪技术高清摄像机数字降噪技术 智能降噪智能降噪的实现的实现 实现:将传统的降噪技术和传统的移动侦测技术有机结合起来,使摄像机实现:将传统的降噪技术和传统的移动侦测技术有机结合起来,使摄像机能自动判断画
15、面的内容,有选择地启用或者停用降噪技术。能自动判断画面的内容,有选择地启用或者停用降噪技术。 具体过程:具体过程:DSPDSP判断判断画面运动画面运动正常运动正常运动 取消噪点抑制算法,保证画面流畅不拖影,取消噪点抑制算法,保证画面流畅不拖影,DSPDSP输出输出不具有噪点的运动画面,编码芯片充分工作,用充裕的不具有噪点的运动画面,编码芯片充分工作,用充裕的码流确保视频的流畅。码流确保视频的流畅。噪点噪点 DSPDSP启用启用噪点抑制算法,则编码芯片不会浪费过多资噪点抑制算法,则编码芯片不会浪费过多资源对噪点编码,且输出码流较低的压缩视频。源对噪点编码,且输出码流较低的压缩视频。摄像机产品技术
16、趋势摄像机产品技术趋势2 2 高像素摄像机高像素摄像机 在在1080P1080P高清网络摄像机的技术上发展起来的最新高清视频技术,其核心高清网络摄像机的技术上发展起来的最新高清视频技术,其核心技术是传感器芯片的高像素,一般达到技术是传感器芯片的高像素,一般达到500-1000500-1000万以上万以上像素即可称为高像素网像素即可称为高像素网络摄像机,目前已有络摄像机,目前已有500500万、万、800800万、万、12001200万像素产品。万像素产品。 目的:解决目的:解决1080P1080P摄像机清晰度依然不佳,低帧率(摄像机清晰度依然不佳,低帧率(2525帧)造成的抖动,帧)造成的抖动
17、,以及呼吸效应等造成的清晰度降低的原因。以及呼吸效应等造成的清晰度降低的原因。 2.1 2.1 高像素摄像机产品特点及适用场景高像素摄像机产品特点及适用场景 采用采用CMOSCMOS芯片(集成度高、数据读取及光电转换快),清晰度提高、灵敏芯片(集成度高、数据读取及光电转换快),清晰度提高、灵敏度降低;度降低; 具备智能分析功能,具有日夜转换、宽动态、可视画面更宽、低照度、色具备智能分析功能,具有日夜转换、宽动态、可视画面更宽、低照度、色彩还原能力强、灵活的图像压缩技术等。彩还原能力强、灵活的图像压缩技术等。 适用于智能交通、金融领域、重要机关出入口、机场、车站、军事单位等。适用于智能交通、金融
18、领域、重要机关出入口、机场、车站、军事单位等。 摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势2 2 高像素摄像机高像素摄像机 2.2 2.2 高像素摄像机应用存在的问题高像素摄像机应用存在的问题 在低照度和日夜转换性能上,需加以改善(相同尺寸的感光器件,像素越在低照度和日夜转换性能上,需加以改善(相同尺寸的感光器件,像素越高,每个像素的进光量越小);高,每个像素的进光量越小); 采用高帧技术克服低帧率比造成的高速运动物体抖动问题;采用高帧技术克服低帧率比造成的高速运动物体抖动问题; 高像素增加了芯片的处理速度和对内存及后台设备的软硬件技术要求高像素增加了芯片的处理速度和对内存及后台设备的软硬件技术要求
19、: : 一般每台高像素摄像机的带宽一般每台高像素摄像机的带宽6-8Mbps6-8Mbps,如一个项目按,如一个项目按100100台基本配置全高台基本配置全高像素网络摄像机,网络传输需以万维网和光纤为基本的最低配置,带来设备升像素网络摄像机,网络传输需以万维网和光纤为基本的最低配置,带来设备升级换代的困难;目前,管理平台也存在着高像素设备码流控制平稳性和图像稍级换代的困难;目前,管理平台也存在着高像素设备码流控制平稳性和图像稍有卡顿需要解决的问题。有卡顿需要解决的问题。摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势3 3 高帧率摄像机高帧率摄像机 采用采用H.264H.264编码格式,一般每秒在编码格式,
20、一般每秒在5050帧以上帧以上的摄像机。的摄像机。 技术基础技术基础:DSPDSP芯片的编码模块和芯片的编码模块和ISPISP模块性能提升。模块性能提升。 3.1 3.1 高帧率摄像机产品特点及适用场景高帧率摄像机产品特点及适用场景 主要特点主要特点:画面的连续性好,流畅性、平滑度高,清晰度高,画质细腻。:画面的连续性好,流畅性、平滑度高,清晰度高,画质细腻。 适用性适用性:可以捕捉人物或物体高速运动的画面,适用于医疗远程诊断及:可以捕捉人物或物体高速运动的画面,适用于医疗远程诊断及手术、铁路智能管理、高速公路监控系统、精密生产监督、高空监控、智能分手术、铁路智能管理、高速公路监控系统、精密生
21、产监督、高空监控、智能分析算法等。析算法等。 3.2 3.2 高帧率摄像机技术难点及发展高帧率摄像机技术难点及发展 传感器传感器:高速成像能力,具备更高的传输带宽,同时解决本身更高的发:高速成像能力,具备更高的传输带宽,同时解决本身更高的发热量问题。目前,主流厂商的传感器已经可传输最大热量问题。目前,主流厂商的传感器已经可传输最大60fps60fps的图像。的图像。 总线传输总线传输:高分辨率、高帧率带来数据量的爆炸式膨胀,要求生产厂商高分辨率、高帧率带来数据量的爆炸式膨胀,要求生产厂商必须对产品总线传输设计,提出成熟的解决方案,以实现高帧率下数据传输。必须对产品总线传输设计,提出成熟的解决方
22、案,以实现高帧率下数据传输。摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势3 3 高帧率摄像机高帧率摄像机3.2 3.2 高帧率摄像机技术难点及发展高帧率摄像机技术难点及发展 视频处理器视频处理器:高帧率设备产生的高数据量要求设备有一个强大的内核,:高帧率设备产生的高数据量要求设备有一个强大的内核,能及时完成图像数据处理,目前能及时完成图像数据处理,目前TiTi公司公司DaVinciDaVinci技术包含技术包含DSP+ARMDSP+ARM双核架构的双核架构的SoCSoC芯片,搭载芯片,搭载A8A8、A9A9处理芯片。处理芯片。 编码压缩算法、存储、网络带宽:编码压缩算法、存储、网络带宽: 存储、网络带
23、宽存储、网络带宽1080P50fps1080P50fps的设备要求码率在的设备要求码率在6-8Mbps6-8Mbps左右,与左右,与1080P25fps1080P25fps先比,其存储空间和网络带宽翻倍。先比,其存储空间和网络带宽翻倍。 算法提升算法提升新一代新一代H.265H.265技术即将步入监控领域,在保留技术即将步入监控领域,在保留H.264H.264原有某原有某些技术基础上,主要用于改善码流大小、编码质量、图像延迟和算法复杂度之些技术基础上,主要用于改善码流大小、编码质量、图像延迟和算法复杂度之间的关系,达到优化设置;该技术将为高帧率技术降低应用成本奠定基础。间的关系,达到优化设置;
24、该技术将为高帧率技术降低应用成本奠定基础。 整机散热整机散热 目前主流厂商的高清监控摄像机采用全金属外壳,内部多采用纯铜导热管目前主流厂商的高清监控摄像机采用全金属外壳,内部多采用纯铜导热管等散热,可将热量更迅速地散发出去。等散热,可将热量更迅速地散发出去。摄像机产品技术趋势摄像机产品技术趋势4 4 球型网络摄像机球型网络摄像机 概述:概述:几年前,在视频监控网络化的过程中,模拟球机逐渐转化为标清几年前,在视频监控网络化的过程中,模拟球机逐渐转化为标清网络球机。然而,由于传统模拟球机厂家和一些小规模球机厂家在网络方面网络球机。然而,由于传统模拟球机厂家和一些小规模球机厂家在网络方面研发能力有限
25、,开发网络球机的厂家不多,另外成本优势也不明显,所以标研发能力有限,开发网络球机的厂家不多,另外成本优势也不明显,所以标清网络球机在市场上推广和使用不太多。清网络球机在市场上推广和使用不太多。 现状现状:出现了:出现了130130万和万和200200万像素高清球机,产品形态上包括了网络高万像素高清球机,产品形态上包括了网络高清球机和数字高清球机。清球机和数字高清球机。 数字高清球机数字高清球机:非压缩的数字视频信号,数据传输接口为:非压缩的数字视频信号,数据传输接口为SDISDI接口,接口,其组网和配套设备成本较高,使用不太广泛。其组网和配套设备成本较高,使用不太广泛。 网络高清球机:网络高清
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