高清球机技术性能升级和融合实现互联互通

文/本刊记者 郑展棒

随着网络化、高清化、智能化技术的快速发展，高清高速球机在平安城市等项目中得到大量应用，市场占有率提升明显。面对市场的巨大需求，一方面，各厂商主动加快高速球机网络化、高清化、智能化技术的升级，不断推出更高品质的高清高速球；另一方面，各厂商也更加注重自主知识产权的积累，推动高清高速球机的关键零部件的国产化与核心图像处理技术的自主化，从而促使自身高速球产品无论在外观设计还是在技术性能上均能赶超国际品牌。

一直以来，高速球在视频监控领域的地位都是不可替代，其具备的360度无死角监控、定点巡航、变焦监控等特有功能均不被其它类型摄像机所拥有。发展至今，高速球基本全面走进高清化，这是安防行业网络化、高清化发展的大势所趋，也是其自身具备高清晰画质、更广覆盖范围、高扩展性与智能化特性升级的技术优势所决定。

根据《中国公共安全》杂志今年上半年对国内高速球机市场的调查结果显示，高清高速球机占球机市场的份额在30%左右。在国内一些主流的IPC供应商中，高清高速球机在所有IPC中的销售占比甚至比这个值更高。在平安城市、交通、园区周界，高清高速球机成为了PTZ高清IPC的建设主流。

球机国产化推动市场

高清高速球与高清摄像机一样，其发展速度远远超过市场预期。其主要原因有两点：一是高清技术越来越成熟。新一代高分辨率CMOS传感器和高性能编码芯片的使用，使得网络高清高速球的图像质量、画面流畅性等取得了非常大的进步，一些原本在观望的厂商纷纷加入高清高速球市场；二是高清机芯和球机成本的下降。这两方面促使高清球机市场规模的快速增长，特别是低成本方案的高清球机正在快速入侵传统模拟球机市场领域。面对国内市场更偏向于性价比的共性，球机的低成本化势必会给市场带来冲击，应用也会随之增多；加之目前国内对高清监控的强烈需求，高清球机的应用成本也在随之下降。

谈到高清高速球的发展现状，海康威视技术支持工程师李意元表示：随着网络化、高清化、智能化技术的快速发展，高清高速球机在平安城市等项目中得到大量应用，市场占有率提升明显。面对市场的巨大需求，一方面，各厂商主动加快高速球机网络化、高清化、智能化技术的升级，不断推出更高品质的高清高速球；另一方面，各厂商也更加注重自主知识产权的积累，推动高清高速球机的关键零部件的国产化与核心图像处理技术的自主化，从而促使自身高速球产品无论在外观设计还是在技术性能上均能赶超国际品牌。

在当前高清球机行业内，虽然核心的CMOS传感器和芯片仍然掌握在国外厂商手上，但高清球机的国产化发展趋势非常明显。诸如海康威视、大华股份、傲得华视、翔飞、佳信捷、波粒等大型厂商生产的一体机机芯在市场的反响都非常不错，相比日立和索尼的高清机芯产品在技术上虽然仍有些许不足，但差异化正在逐渐缩小。未来，或许充斥整个高清球机市场的高清机芯产品均会出自国内厂商。

机芯、结构、编码性能的升级

构成高清高速球的主要几大部件是球罩、云台、高清机芯、控制PCB板，高清夜视产品还会增加红外LED灯板。纵观近几年高清球机的技术发展，无疑是集中球机的高清机芯的发展、环境适应能力、夜视补光、网络编码性能以及智能化技术的应用这几个方面。

一体机机芯技术突破促发展

高清一体机机芯是高清高速球的图像来源，为最核心部分。自日立2009年发布首款720P高清机芯DI-SC110-C开始，标志着高清高速球产品正式走进安防市场。随后，日立的1080P高清机芯DISC220-C、DI-SC120-C 720P高清透雾机芯、2013年的重头产品DI-SC221-C 1080P高清透雾机芯，以及索尼的FCB-H10、FCB-H11、FCBCH6300均相继面世，不断推动高清球机的发展。

近两年，随着高清图像处理技术的进步，国内掌握自主图像处理技术的监控厂商通过调整图像处理芯片参数，来提升输出图像的色彩还原度、清晰度；融入了3D降噪技术，提升夜间监控效果。再者，由于可见光与红外光的波长不同，在有可见光的场景下，球机容易出现虚焦的问题。目前一些主流的厂商是通过聚焦算法优化，智能判断图像中亮暗区域，可做到一次性聚准，不会重复聚焦，改善聚焦难问题。另外，通过智能运动聚焦算法，优化对运动物体聚焦算法，聚焦速度更快速，聚焦精度更准确。厂家将这些技术应用到各自研发的机芯中，而随着各厂商自研机芯的技术突破，部分国产机芯在低照度、透雾、远焦等特性上已经追上或者超越了主流进口机芯。

结构突破利于球机环境适应能力

多数时候，球机的应用环境要面对暴晒、阴冷、雨水、沙尘等恶劣天气，对高速球的外观结构产生一定考验。从外壳材质与形状设计、透明球罩的透光性与坚固性，以及整机的散热与防水都必须有着严格的设计标准。目前，随着一些有着IT背景的供应商入局，球机的工业设计更多的结合了可靠性、可维护性、美观性、实用性等特性。在一些产品中，更是出现了国际工业设计大奖的球机，引领了球机结构设计的新风潮。如浙江宇视的全天候球机，采用了遮阳、防水防尘、IP67、-40-70度多级温控、电压波动+-25%容忍等全天候设计，适合应用在冷、热、酸、灰、风等环境较恶劣的场景中；可支持电口、光口、EPON灵活可选多业务接口，更是获得了2013年德国IF产品设计大奖，该奖项和红点奖并称为“工业设计奥斯卡奖”，而IF奖更侧重产品的创新和实用商业价值。

夜视补光弥补低照度不足

众所周知，高清视频监控的低照度效果一直是困扰其应用的短板，高清球机产品也是如此。特别是在夜视监控领域，如果不采取补光配合监控，监控画面的效果完全得不到保障，这样那就失去了监控的意义。目前较为主流的做法是采用红外补光，即采用大功率的红外LED光源（俗称“点阵式红外灯”）或者采用激光光源进行同步补光，使得画面的清晰度和亮度得到保证。近几年，红外高清球机和激光球机的普及，极大改善了过去球机在夜间超低照度环境下看不清的应用问题，许多高速球厂商也不遗余力的大量推出红外高清球机产品，其中不乏一些亮点产品。

如科达的IPC413IPC423系列高清红外球机内置360度云台，搭载20倍光学变焦，采用业内顶级品牌红外灯，夜间监控距离超过100米，专业的红外灯技术，使红外灯角度与机芯随动，夜间画面明亮、均匀、噪点少。并带有雨刷，在室外环境下可免去镜头变脏后清洗的麻烦。宇视科技的红外激光球机，在全天候球机的基础上集成了4级随动补光，最远补光可以做到200米看清车牌，400米看探测人、车、物，实现了球机夜晚和白天看清同样的信息量。杭州途视的多灯一体变焦的红外高清球机，充分利用了光学设计的原理，使红外光得到了充分的利用，在夜视效果的提升上有着其它红外高清球机的不可比拟的效果。

网络编码性能

高清高速球的网络编码性能与高清类产品一样。早期，安防行业采用的是标准H.264 Baseline Profile的视频编码算法，但随着平台性能的提升，H.264 Baseline Profile的编码性能已经不能满足需求，针对高清图像的编码，目前H.264 High Profile视频编码技术成为高清高速球主流的编码格式，无论是TI还是海思，其在后续的DSP设计上均能提供此种编码格式，它相比于原有的视频编码格式提升了20-30%，从而可以采用低码率传输高清晰度视频。编码能力的提升，对于高清高速球机的图像质量及流畅性都有很大的改善，同时对高清视频的应用也起到了推动性作用。虽然有传言H.265编码格式将会在不久后面世，其性能相比H.264几乎提升了一倍有余，但究竟何时会真正得到应用还是个未知之数。

智能化技术全面提升监控效果

谈及到安防监控的“智能”问题，自然不能忽略智能视频分析技术。在早几年前，智能视频分析技术便被提出，随着高清视频监控的崛起，为其提供了更多的应用发展空间。目前，自动目标跟踪、移动侦测、越线报警、人员统计等智能视频分析技术已经得到广泛应用。

高清高速球的智能化技术有别于智能视频分析技术，其应用范围更广。得益于芯片运算能力的不断提高以及智能算法层出不穷，智能化技术在高清高速球上得到重视，如上述的智能视频分析技外，还出现了、报警联动、定时巡航、智能巡航、3D控制技术、温度监控等智能化应用。

目前，许多高清球机厂商在产品的智能化技术上均有所建树，其推出的产品更是得到行业认可。其中科达的枪球联动自动跟踪系统最具有代表性，其无论在跟踪的速度、清晰度、敏捷度与准确度都称得上是佼佼者。海康威视推出的DS-2DF7286-A新一代高清高速球机，采用1/3" CMOS的图像传感器，搭配高性能的平台处理方案，性能可靠稳定，可提供智能运动跟踪功能，监控更为灵活有效；还融入了透雾功能与Smart IR功能，使得雾霾天气中获得清晰图像与防止近处红外过曝。天地伟业最新推出的S3系列高清高速球产品就支持高清视频智能分析技术和全自动跟踪功能，这些功能在实际场景应用中给用户带来了更高效的使用方式，不再依靠大量监控维护人员“盯”画面了。

高清高速球的弊端仍需解决

尽管高清高速球的高清、360度无盲角、定点巡航监等功能给人留下不错，但在实际应用过程中，一些弊端也随之浮上水面，需要厂商努力去解决。

谈到球机在应用上存在的短板，浙江宇视科技有限公司高级产品经理管蓓表示，众所周知，球机不转动时，相当于枪机。如今有很多城市盲目追求球机建设，但是实际应用中，球机从来不是用于巡航或者追踪，当治安事件发生时，往往由于球机角度问题，没有捕获到在摄像机范围内的应有录像，摄像点位没有发挥真正作用。因此，从实战应用角度，如何发挥球机可灵活变倍和转动的优势，能否通过内置智能和实战业务平台配合，实现有效的、低误报率的球机自身功能优势的挖掘，是整个产业链和解决方案需关注的课题。

杭州途视信息技术有限公司总经理郑明则从现实的角度去谈论应用问题：目前，高清高速球在现实应用上存在两个短板，第一个短板是互联互通的问题。目前主流的ONVIF、PSIA、GB28181等协议接入第三方的NVR会存在卡帧现象，或者PTZ不能控制以及球机功能严重缺失等问题。第二个短板是高速球的操控问题。网络高清高速球相对于传统模拟球具有网络延迟的先天不足，目前的网络高清高速球控制都是采用调出PTZ控制界面来进行变倍、转动等控制，由于网络的延迟性和控制步长的原因，目前的网络高清高速球很难精确控制，想要监控活动物体，非常困难。这样就把网络高清高速球的应用体验降低了很多，远远不如传统模拟球的控制得心应手。

除在应用上，球机自身的技术也存在提升空间，如传感器和低照度问题。高清球机上的机芯主要采用的是CMOS的图像传感器，由于CMOS采用卷帘式的曝光方式，导致球机在高速运动的过程中出现图像倾斜，同时球机在大倍率监控的情况下出现抖动，这也是行业内采用CMOS的机芯存在的共性问题。另一块技术瓶颈就是夜间红外效果的改善，由于夜间存在可见光和红外光，机芯在夜间的自动聚焦问题非常突出，突破这个技术难题将给夜间监控效果带来质的提升。

就高清球机特性而言，苏州科达刘志强认为：由于高清高速球一般装于室外，相对于室内机，后期维护是难点。同时，由于室外环境恶劣，对球机产品的可靠性也提出了很高要求，这两点在现阶段还有非常大的提升空间。另外，目前市面上的高清机芯最大是30倍光学变焦，如果需求更大的镜头，对球机内部结构提出了新的挑战。

发展趋势：技术融合 互联互通

从大方向来看，网络高清化、智能化、技术快速融合是高速球未来的主流发展趋势。海康威视技术支持工程师李意元表示，未来高速球的发展会通过支持GB/T28181接入标准和网络标准协议Onvif、PSIA、CGI来实现多厂家多平台之间的互联互通；通过支持更高的清晰度、更高的倍率及更高的帧率来获取更为优质的图像；通过集成智能化的功能，变被动监控为主动监控；通过和车牌识别、闪光灯同步等技术的融合，提升道路治安监控的夜间效果和视频有效利用率。

中国市场和国际市场不同，目前国内的最终用户比较关注红外夜市效果，而国际上则更多关注夜间彩色低照度。所以，高清高速球今后的发展还是取决于自身能否创新出差异化的功能来保证市场占比。所以，一些针对特殊行业应用衍生的行业特性球机也是未来高清高速球的发展趋势。

另外，高清高速球相较于固定类IPC有PTZ功能，这些功能会大幅减少摄像机的部署数量，从而减少成本消耗，同时让操作更便利，所以，未来球机的需求会持续快速增长。有利于高速球发展的一个重要因素是：传统模拟球价格远高于同类固定摄像机，定位较高。而随着高清高速球成本的下降，未来高清高速球在取代模拟球机的同时，同时也会部分取代固定类摄像机，如枪机、半球等，所以，深挖高清球机的PTZ功能也是一个不错的选择，目前高速球市场上出现的3D控制技术与虚拟PTZ技术便是对PTZ技术的升级应用，其最终目的是为了让使用更简单。