主頁(yè)（http://www.130131.com）：論視頻監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)的清晰度問題

    在現(xiàn)實(shí)生活中，我們經(jīng)�？梢钥吹狡胀ㄊ謾C(jī)拍攝的圖像質(zhì)量會(huì)優(yōu)于多數(shù)公共部門的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這是為什么呢？本文從提出問題，到提供解決方案，論述了視頻監(jiān)控攝像系統(tǒng)的清晰度問題，供讀者參考。

    目前普遍從CCTV模擬視頻系統(tǒng)中截取并放大用于識(shí)辨恐怖分子的圖像非常不清晰，質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如只有基本配置的、最簡(jiǎn)單的數(shù)碼攝像機(jī)所提供的圖像。在2006年德國(guó)舉辦世界杯足球賽期間，幾乎所有球場(chǎng)都還在使用這些已經(jīng)過時(shí)的模擬視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)來提供安保。只有凱徹斯勞滕賽場(chǎng)采用了目前為止最先進(jìn)的、高分辨率的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

    只要把這兩種系統(tǒng)提供的圖像作一個(gè)簡(jiǎn)單比較，就能發(fā)現(xiàn)圖像清晰度的差異有多大：即使一個(gè)最簡(jiǎn)單的數(shù)碼照相機(jī)所存儲(chǔ)的圖像也能達(dá)到大約300萬像素，而“傳統(tǒng)”的視頻技術(shù)所提供的像素只是它的1/30，即101000像素或0.1百萬像素。如今有哪位即使是最新手的業(yè)余攝影愛好者還會(huì)購(gòu)買如此低分辨率的模擬攝像機(jī)？盡管如此，這種系統(tǒng)直到現(xiàn)在仍然在95%的公共安防系統(tǒng)中被普遍使用。

癥結(jié)所在
    這些用于公共安防的圖像質(zhì)量之所以低劣，原因并不如人們所想像的那樣，是因?yàn)槭艿疆?dāng)今技術(shù)水平的限制，而是因?yàn)槿藗內(nèi)藶榈剡x用50年前的電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來部署系統(tǒng)。這種系統(tǒng)所提供的實(shí)時(shí)圖像最高不會(huì)超過40萬像素。再由于技術(shù)和成本的制約，這些系統(tǒng)的圖像在存儲(chǔ)時(shí)像素被進(jìn)一步降低到1/4，即只有10萬像素。這樣一來，把圖像局部放大用以識(shí)別罪犯面部特征就幾乎不可能了。

    不管是哪個(gè)廠家生產(chǎn)的，模擬視頻攝像機(jī)能提供的最高分辨率是40萬像素。既然如此，為什么我們不以40萬像素的分辨率保存原始圖像，而只有10萬像素呢？雖然也有一些錄像機(jī)可以按40萬像素的分辨率保存圖像，但這些設(shè)備成本太高，且清晰度也不足以用于人臉識(shí)別。這也歸結(jié)于早已過時(shí)的電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——視頻流以“半幀”傳輸。恰如其名，清晰度也只有一半。由這樣隔行掃描生成的兩個(gè)半幀組合起來的圖像必然會(huì)導(dǎo)致快速移動(dòng)物體的圖像產(chǎn)生邊緣模糊，也即梳狀失真，而移動(dòng)物體恰恰是安防監(jiān)控所要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。

    CIF格式圖像的10萬像素是怎樣計(jì)算而來的？模擬視頻攝像機(jī)提供的圖像有576線，即縱向有576行。它由兩個(gè)半幀組成。每個(gè)半幀為288線，隔行顯示。這兩個(gè)半幀被相繼攝錄后逐幀傳輸。由于技術(shù)和成本的限制，目前95%的系統(tǒng)只對(duì)一個(gè)半幀進(jìn)行數(shù)字化處理并存儲(chǔ)。為了使寬高比適中，288線中的每一行被分成352個(gè)水平像素。這樣就生成了一個(gè)具有352×288=101000像素（相當(dāng)于10萬像素）的CIF格式圖像。

問題頻出
    那么使用2CIF或4CIF格式是否能使圖像更清晰呢？答案是：2CIF或4CIF格式雖然成倍地增加了像素，但并不能有效地提高圖像的清晰度。2CIF格式的圖像縱向也只有288線，但每行的水平像素卻翻了一倍，即704個(gè)水平像素。因此，圖像像素大約為20萬像素。雖然每一行的像素增加了，但由于整幅圖像中每隔一行即被忽視，因此，仍然丟失了大量重要信息。所以，我們看到的圖像恰如其名只是半幀或半圖。

    4CIF格式的圖像由兩個(gè)時(shí)間上連續(xù)的隔行掃描半圖像拼合而成，這種格式的實(shí)際像素達(dá)到704×576=40萬，但由于兩個(gè)半幀是在不同瞬間生成的，所以行與行之間會(huì)發(fā)生錯(cuò)位（如圖1所示）。這樣會(huì)導(dǎo)致所謂的梳狀失真，這就是4CIF格式很難在實(shí)際系統(tǒng)中得到應(yīng)用的原因。即使在德國(guó)世界杯足球賽這樣的重要場(chǎng)合，也只存儲(chǔ)CIF或2CIF半幀圖像。

    現(xiàn)有的視頻技術(shù)還存在一個(gè)問題，那就是回放或存儲(chǔ)圖像時(shí)刷新率（幀頻）很低。同樣由于技術(shù)和成本的原因，95%的現(xiàn)有系統(tǒng)不會(huì)超過每秒1到3幀的幀頻范圍。由于“快照”的刷新率太低，所以罪犯面對(duì)攝像機(jī)的瞬間很難碰巧有圖像被拍攝下來，即很難找到可用于面部識(shí)別的圖像。

    幀頻之所以這樣低，是因?yàn)橐粋�(gè)視頻存儲(chǔ)設(shè)備（通常是一臺(tái)帶視頻管理軟件的計(jì)算機(jī)）要負(fù)責(zé)對(duì)多臺(tái)攝像機(jī)攝錄的視頻進(jìn)行數(shù)字化和存儲(chǔ)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力一般只夠兩臺(tái)模擬攝像機(jī)之用，因此當(dāng)需要存儲(chǔ)的攝像機(jī)超過兩臺(tái)時(shí)，幀頻就必須相應(yīng)降低。由于計(jì)算機(jī)有限的處理能力，所以MPEG-4視頻格式也不適于攝錄高分辨率視頻——計(jì)算機(jī)的處理能力是絕對(duì)無法應(yīng)對(duì)多臺(tái)攝像機(jī)的。

    為何不使用分辨率更高的攝像機(jī)？為什么傳統(tǒng)攝像機(jī)生產(chǎn)商不在他們的攝像機(jī)中使用分辨率更高的圖像傳感器？答案很簡(jiǎn)單，但不令人愉快：這些系統(tǒng)所依托的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有五十年的歷史了，讓傳統(tǒng)的視頻傳輸線纜處理高分辨率的圖像，從技術(shù)角度講是根本不可能的。這個(gè)過時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)最后導(dǎo)致整個(gè)視頻行業(yè)技術(shù)上停止不前，經(jīng)濟(jì)上蒙受損失。考慮到公眾利益，技術(shù)革新勢(shì)在必行。