CCD 摄像机质量对网络摄像机的影响

CCD 摄像机质量对网络摄像机的影响
提要：网络摄象机 ( 网络摄象服务器、视频服务器、网络视频转换器等 ) 采用的 CCD 摄像机的质量对带宽的影响很大，采用优质的 CCD 摄像机可以大大减少网络摄象机的带宽。

1. 问题的提出

网络摄象机技术的发展，特别是宽带网络的普及，使得基于网络的网络监控应用正在普及。灵活的监视和控制配置、与信息网络紧密融合、长距离远程监控等优势都是传统监控所不可比拟的。如何正确掌握及合理应用网络摄象机是用户面临的新课题。

网络摄象机实际应用中的主要问题，第一是图像压缩技术问题：第二就是网络带宽数据传输问题。所谓解决带宽问题的实质就是如何在有限的带宽上传输更高质量的图像，当然还有计算机操作系统软件管理能力的提高（解压）问题；图像数据压缩技术的发展以及高速中央处理器的应用等都是解决网络摄象机图像压缩问题的基础技术，许多技术（特别是 MPEG4 ）的发展，无疑使我们今天的网络摄象机能够比以前取得更大的图像压缩比。但是否有了这些就足够了呢？答案是否定的。

2. 提高原始参考图像质量是图像压缩的关键

在一定的压缩技术和一定的应用环境下，是什么因素影响网络摄象机的带宽呢？这就是系统前端使用的 CCD 摄像机是否能够送出稳定干净的图像，即每一帧都作为新增加原始参考图像呢，还是作为不变的可压缩的变异图像，这个因素往往被大家忽视。不稳定不干净的图像输入到网络摄象机后，网络摄象机识别为新增加的原始参考图像而被重新传输。本来不变的可压缩的变异图像被误判成新增加原始参考图像，表现为带有色偏、色滚、画面扭曲或滚动、干扰条纹、噪点等等。实践证明，网络摄象机传输的这些不稳定不干净的图像本来应该作为没有变异的图像传输，那么这些图像数据所占用的传输带宽就一定很大。为什么会出现这个结果呢？这要从图像数据压缩原理去理解。

图像数据压缩通常主要通过两个环节来实现：第一个环节是对图像尺寸的压缩，图像尺寸越小，图像数据就越短，从而达到压缩数据量的目的。第二个环节是对图像形成过程的压缩，就是在连续图像传输的过程中，我们只传输图像中变化的部分，而使相对静止的部分不传输，这样使图像数据变短而实现了压缩，也就减少占用过多的带宽，。

比如，我们监控一个房间里的情况。在房间里没有人或动物走动时，我们看到的图像是静止的，此时网络摄象机没有必要重复传输那么多相同的画面，所以静止状态所占用的带宽很小。而当有人或动物走动时，网络摄象机只需传输图像变化的部分，这样就使整个图像数据大为减短。图像数据虽然减短了，但是仍然忠实的记录了房间内的全部情况。网络摄象机在识别图像是静止还是活动的依据主要是检测图像的灰度（或色阶）是否发生变化，没变化就是静止的，反之就是活动的。可是影响灰度变化的因素不仅是移动的人和物体，而且还有光线的变化和我们上面提到的不稳定和不干净图像噪声信号的影响，在网络摄象机的眼里，即使是静止的房间，对于这些不稳定不干净的图像它也认为是变异的画面而增加了图像的数据，而这些是我们不需要的。

3. 采用优质 CCD 摄像机确保变异图像减少

采用优质 CCD 摄像机可以提高信噪比和实现高速追踪白平衡是确保变异画面减少，从而减少网络摄象机带宽的关键。

没有噪声的画面就是干净的画面，表现的指标就是信噪比高，相反，信噪声比不好的 CCD 摄像机的画面中充满噪点，而噪点在画面中的位置是没有重复性的，每一祯画面都不一样，在网络摄象机看来每幅都是全屏变化的图像，压缩后数据最大，占用的带宽也最多。实验表明，这样的画面数据比干净画面的数据要大 30% 以上甚至更多，这就是我们很多用户的网络摄象机带宽增大的主要原因之一。

另外一个参数是 CCD 摄像机的追踪白平衡的速度，这个参数实际上反映的是 CCD 摄像机中所用的 DSP 芯片的运算速度指标，普通 CCD 摄像机的 DSP 的运算速度为 10 万次 / 秒，优质 CCD 摄像机中的 DSP 的运算速度可达 1000 万次 / 秒，整整差 100 倍。 DSP 快了有什么好处呢？比较容易想到的是色彩漂移问题，因为运算速度快慢直接影响到它对白平衡跟踪的速度。我们可以用日光灯环境来说明这个问题。

一般的 CCD 摄像机白平衡速度通常是在 120 毫秒到 160 毫秒之间，也就是说大致需要 6 — 8 个图场（ PAL 制为 50 场 / 秒）才能完成 1 个白平衡的变化，这样的速度肯定跟不上日光灯光源的变化。日光灯 1 秒钟亮灭的变化为 100 次，也就是 20 毫秒就要变化一次，显然一般摄像机是跟不上这个变化速度的，因此在日光灯照明的环境下，所摄图像就会产生色偏和色漂移的现象，原本静止的画面就会变成颜色周期性变化的“活动“图像，这样受骗的自然又是网络摄象机了。但是如果 CCD 摄像机的 DSP 的运算速度快，如仅用 1 毫秒就可以平衡一次白平衡的变化，就完全可以得到非常稳定的图像。这个例子的启示是：随着环保和节能要求的不断提高，脉冲式照明的应用也会日益广泛，而在这样的形势下，网络摄象机对采用的 CCD 摄像机的 DSP 的运算速度的要求就会变成必须了，也就是说，对 CCD 摄像机 DSP 的运算速度的要求将成为网络监控（硬盘录像机也一样）的一项指标。

从以上的分析可以看出，优质 CCD 摄像机（提供 52db-60db 的信噪比指标和 1000 万次 / 秒 DSP 运算速度）可以大大提高网络摄象机的应用质量。

当然，影响 CCD 摄像机画质的指标还有 CCD 的灵敏度指标，灵敏度指标高的 CCD 摄像机可以提高照度低时的信噪比。

值得说明的是， CCD 摄像机的清晰度指标对画质的影响不大，而对网络摄象机的带宽的利用有极大影响。清晰度越高的图像占用存储空间越大，盲目追求网络摄象机的高清晰度不仅提高了使用造价，而且增加了图像的传输、处理和存储数据，这是不科学的选择。