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安防監(jiān)控組件產(chǎn)業(yè)鏈 CMOS發(fā)展逐漸明朗

來源:數(shù)字音視工程網(wǎng)        編輯:merry2013    2013-06-14 06:39:59     加入收藏    咨詢

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  2012年作為高清監(jiān)控的爆發(fā)年,“HD高清”和“IP”成為當之無愧的熱門詞匯。越來越多的廠商加入到這個領(lǐng)域,把高清IP這個蛋糕越做越大。數(shù)字高清網(wǎng)絡(luò)攝像機逐漸得到客戶的認可。安防產(chǎn)品數(shù)字化、智能化、高清化和網(wǎng)絡(luò)化成為不可逆轉(zhuǎn)的潮流,市場上的高清產(chǎn)品如雨后春筍般展現(xiàn)在用戶眼前。目前市場上高清IP解決方案層出不窮,如何選用適合自己的IP高清組件解決方案成為大家非常關(guān)注的問題。

  監(jiān)控組件產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)況

  先要關(guān)鍵組件了解目安防產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)系,以及關(guān)鍵組件的核心關(guān)系可先從產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品技術(shù)來分析安全監(jiān)控組件產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況來拆解全球、中國大陸與臺灣監(jiān)控組件產(chǎn)業(yè)鏈。

  上游:安全監(jiān)控產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是Sensor感測組件、DSP/ISP圖像處理、光學鏡頭為主,目前大部分制造廠商都欠缺相關(guān)組件或技術(shù),依賴日韓進口,目前由日系廠商如SONY、SharpPanasonic、Nextchip所掌握。

  中游:目前全球大部分制造廠商多聚焦在中游,即監(jiān)控攝像機機、監(jiān)控錄放機的制造、生產(chǎn)與組裝。現(xiàn)階段中國大陸安防廠商主要發(fā)跡于中游,有成就于中游,例如??低?/a>、大華股份等開始嶄露頭角,且逐步成長為具有自主研發(fā)能力的品牌。

  下游:大部分安防廠商的下游銷售通路是經(jīng)銷商或代理商,但SI、工程商是安防廠商的主要銷售通路。

  CMOS發(fā)展主流趨勢已明朗

  作為高清監(jiān)控攝像機的核心組件之一,CCD與CMOS的區(qū)別大家應(yīng)該已經(jīng)很明確了。但以現(xiàn)有性能來區(qū)分,從評測中兩者之間的差異具體體現(xiàn)在靈敏度、噪點處理以及功耗等方面。過去在像素相同的條件下,CMOS明顯要比CCD的靈敏度差很多;而在Sensor尺寸一樣下,在進光量上CCD會遠勝于CMOS,這通常也是CCD與CMOS在成像和亮度上最大的差異。但在此次評測中1-2Lux低光測試環(huán)境中我們卻看到CMOS的表現(xiàn)完全不亞于CCD的表現(xiàn)(參考圖1結(jié)果比較),因此,對于常見的低照高清CCD技術(shù)而言,在清晰度上來看CMOS已經(jīng)站穩(wěn)高清攝像機使用首選。

  對于IP高清監(jiān)控來說,由于視頻在傳輸前需要經(jīng)過編碼器進行壓縮,而壓縮后的視頻像素大約只在四十萬左右。因此在CCD難以得到良好高清效果的情況下,對選擇實用又廉價的CMOS設(shè)備無疑是更好的選擇。這一點在20款I(lǐng)PMegapixel攝像機上都得到做實際的印證。此外拋開理論;單單從清晰度的效果來看,相同尺寸的CCD設(shè)備在分辨率上會優(yōu)于CMOS傳感器,但是如果不理會尺寸問題的話,CMOS傳感器則會有更好的發(fā)揮優(yōu)勢,這一點也從此次參與測試的攝像機選用CMOS以1/2.7”、1/2.8”尺寸約占了一半以上數(shù)量可看出。這也讓芯片廠商在大尺寸感光組件的批量生產(chǎn)可以增加產(chǎn)能。進而從量產(chǎn)上看CMOS芯片在高清分辨率的情況下,建立起對CCD傳感器絕對的后繼優(yōu)勢。

  還有一點重要的發(fā)現(xiàn)是絕對不能不提的,相對于CCD影像響應(yīng)速度,從本次有CCD有CMOS芯片共同參與之下,從影像的傳輸響應(yīng)及擷取動作中,都可以看到CMOS傳感器的響應(yīng)處理速度要更快速很多。對于SensorCapture30fps或是60fps在這次評測中也印證了更順暢的條件是60fps,但這跟分辨率與畫質(zhì)都無關(guān),應(yīng)該要導(dǎo)正過去錯誤的觀念,在高清IP及SDI攝像機上也都看到720P@60fps、1080P@30fps或1080P@60fps就是這樣的Sensor需求來的。這對視頻的實時性是一個重要的參數(shù)點,特別是用在遠距傳輸或報警畫面的應(yīng)用上。

  隨著CMOS廠商在技術(shù)上的不斷改進。在效果上,如今的一些CMOSSensor已經(jīng)越發(fā)的接近CCD的效果。但好的影像擷取也必須要搭配好的圖像處理DSP/ISP的處理組件才能發(fā)揮適當?shù)墓πВ绕湓贒SP/ISP芯片在克服前端功耗問題之后,不論是在影像的控制或是訊號噪聲比及背光寬動態(tài)部分的功能都接受到廠商明顯的關(guān)注。ISP無論是單獨采用還是包入Sensor或IPCodec,不少的廠商已經(jīng)努力在IP及SDI攝像機上研發(fā)出更高的寬動態(tài),更好的強光抑制及更穩(wěn)定的色彩控制等多任務(wù)化的DSP/ISP芯片,這情況在本次Secutech評測項目中的寬動態(tài)項目上(參考圖2WDR寬動態(tài)比較),更可以看到在組件采用及API/SDK開發(fā)上各廠家的研發(fā)功力及圖像處理組件帶給攝像機的附加價值所在,這也無疑帶給ISP在未來有著更加廣闊的應(yīng)用前景。

  IP/SDI的Backend組件帶來了什么?

  IP壓縮芯片與SDI發(fā)射芯片是攝像機組件核心部分,對于IP與SDI最后一里的傳送結(jié)果,IP壓縮芯片與SDI發(fā)射芯片起到關(guān)鍵作用。對于IPMegapixel百萬高清而言,CODEC這個壓縮芯片主導(dǎo)了影像輸出后傳的一些條件,包含影像流量、串流數(shù)提供、處理CPU速度、畫面延時差、影像張數(shù)速度及熱耗等,這些部分我們在從各個廠家所采用的SoC本身上看來與過去一年來采用的內(nèi)容并無太大改變,但從整個壓縮SoC上看影像封包流量設(shè)置與串流數(shù)提供及應(yīng)用、CODECCPU處理速度及影像張數(shù)調(diào)整上來看卻與過去有很大的不同。舉一個影像封包流量的設(shè)置來說,由于一般網(wǎng)絡(luò)帶寬都有限,高清視頻帶來的封包高流量成為高清其最大的推廣瓶頸。如何盡可能降低的碼流量給傳輸及維持高畫質(zhì)的影像是高清監(jiān)控需要解決的首要問題。

  同時也由于網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性,不同的網(wǎng)絡(luò)具有不同的信道特性,不同的用戶享受到的網(wǎng)絡(luò)帶寬也不相同,甚至同一用戶的帶寬也可能是隨時變化的。隨著這種發(fā)展,我們從評測中看到各廠商在變動碼流與固定碼流量的壓縮率改良,過去須要4Mbps的720P及8Mbps的1080P在芯片廠商與攝像機制造廠努力下,現(xiàn)階段的IP百萬高清在720P@30fps已經(jīng)可以壓在2-3Mbps間,而1080P@30fps也可以壓在6Mbps以下的帶寬流量控制,這對于IP百萬高清的傳輸負擔可以說是大大改良,而且在不改變壓縮比下對于這樣的壓縮結(jié)果,更不會造成熱效應(yīng)的產(chǎn)生,使得壓縮芯片得以穩(wěn)定且可靠的運行。

  由于CODECSoC的效能大幅改善,再加上廠商在研發(fā)上對于串流類型的應(yīng)用規(guī)范慢慢產(chǎn)生共識,諸如主碼流以H.264,720P或1080P@30fps供應(yīng)給錄像服務(wù)器,監(jiān)看則以MPEG4或H.264D1或CIF@30/60fps發(fā)送監(jiān)看影像,而移動遠程則可以MJPEG或H.264提供3-5fps畫面給于移動端監(jiān)看,這樣一種合理又不影響流量及張數(shù)的控制方式正在形成一種IP高清的監(jiān)控標準,而這樣的應(yīng)用做法所帶來的結(jié)果就是大大的降低畫面延時的過大產(chǎn)生,從此次Secutech評測結(jié)果顯示,超過人眼所能分辨延時的500ms畫面延時在IP百萬高清的參賽機型中都已絕跡(參考圖4畫面lag比較),這情況在去年同期時,一樣的檢測條件下延時超過500ms還為數(shù)不少。這種從Sensor到ISP再到CODECSoC這一連串的產(chǎn)品組件應(yīng)用改良下,最終結(jié)果就是一個順暢且有質(zhì)量的監(jiān)控畫面的呈現(xiàn)。另外在這樣的低壓縮率下,對于儲存來說更是一個相對有利的局面,因為圖像分辨率的提升,必然會消耗更大的存儲空間。以1920×1080@30幀視頻為例,利用H264的編碼算法,為保證清晰度,碼流至少在6Mbps以上,約為D1標清視頻的4-8倍。因此在降低碼流下,原本儲存所須要的錄像空間將不再被縮短,即會帶來存儲成本的降低。

  以上是在SecutechAward評測中針對組件部分在IPMegapixel與HD-SDI主樣元器件在評測中的不同面向觀察結(jié)果,當然一個攝像機的問題不可能只有在這幾個面向上,例如還有包含高清顯示這樣的問題,相對于標清視頻,高清視頻的信息量大為豐富,相應(yīng)的對譯碼顯示性能要求也大大提高,但攝像機畢竟只是高清監(jiān)控的前端,不管是IP或是SDI我們都從評測中看到它在呈現(xiàn)一個穩(wěn)定且繼續(xù)前行的態(tài)勢。

  如選擇監(jiān)控關(guān)鍵組件

  對安防廠家而言,依據(jù)不同的市場需求和產(chǎn)品定位來選擇符合自有產(chǎn)品發(fā)展方向的解決方案,設(shè)備制造商選擇方案時都會考慮如下幾點。

  儲存及帶寬占用程度:影像分辨率的提升必然會消耗更大的帶寬和存儲空間。以1920×1080@30fps為例,利用H.264的編碼算法,為保證清晰度,碼流需要控制在6Mbps左右,這樣每小時的存儲空間需要2.7GB。在普通局域網(wǎng)環(huán)境中,100M帶寬只能傳輸大約10路編碼后的影像,就算1T的硬盤也只能存儲400小時左右。如何平衡存儲存和帶寬是一道難題。

  鏡頭高清的性能:影像分辨率的提升,對鏡頭細膩度提出了新的要求,兩百萬像素以上網(wǎng)絡(luò)攝影機的分辨率是NTSC/PAL標準影像的十倍還要多,而普通的高清數(shù)字像機DC或攝錄像機DV上所采用的技術(shù)成本較高,不利于網(wǎng)絡(luò)高清攝影機的套用。因此如何降低成像系統(tǒng)的門坎,是網(wǎng)絡(luò)與HD高清攝影機發(fā)展的關(guān)鍵組件因素之一。

  3A控制技術(shù):在一般模擬攝像機上,各廠家的自動對焦AFC、白平衡AWB,自動曝光AES等3A控制技術(shù)做的比較完善,但這些技術(shù)在數(shù)字HD或IP高清攝影機上應(yīng)用比較薄弱,3A控制對于高清晰的影像質(zhì)量非常重要。對組件而言,如何保證實時快速完成控制算法顯得非常重要。

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