因應高畫質趨勢 安控系統精進影像壓縮標技術

視訊監控技術的發展趨勢，以「高畫質、低頻寬」為主，在高畫質方面，雖然Full HD已成主流，但4k2k的發展仍備受期待，在低頻寬方面，則是透過各種拍攝技術或影像壓縮標準，降低高畫質影像對傳輸頻寬形成的負擔。當高畫質影像已成安控系統的主流，因應此趨勢，影像壓縮技術也不斷精進，確保影像傳輸品質。

視訊監控系統發展多年，系統架構逐漸從類比走向數位化，雖然目前類比監控系統的市占率仍高於數位監控系統，但受到近年來種種趨勢變化的影響，如：由物聯網球(IoT)促成的系統整合需求、雲端技術所帶來的影像監控服務、智慧影像分析、巨量資料分析…等，讓數位監控系統的市場需求越來越高。

高畫質影像成為安控系統主流趨勢

放眼目前視訊監控系統，高畫質(High Definition；HD)影像已經成為主流，根據IMS Research所發佈的全球市場預測，2015年將有70%的市場會由百萬畫素攝影機所主導，全球已安裝的類比式(Analog)攝影機或舊的IP攝影機都將陸續被淘汰，並更新為高畫質等級的數位攝影機。所謂HD高畫質數位攝影機，泛指解析度在百萬畫素以上的監控攝影機，其可能是HD-SDI規格，也可能是現在業界廣為人知的Megapixel網路攝影機。

而就上述兩種攝影機規格來比較，網路攝影機在知名度、普及率、產品選擇、市場占有率、遠端監控與系統整合的能力都高於HD-SDI攝影機，甚至連周邊配套與傳輸設備也相對完善許多；但HD-SDI攝影機採用新一代SDI通訊協定，具備不壓縮、無延遲及多路傳輸影像的能力，卻是IP攝影機所無法比擬的優勢，尤其在某些重視影像細節與即時傳輸無延遲的應用環境中，HD-SDI反而比IP攝影機更合適。

再加上HD-SDI攝影機採用同軸電纜傳輸影像，對於相當熟悉類比監控系統的工程商來說，HD-SDI就像是類比監控系統的升級版，他們不必再學習IT知識，也不需要繁雜的IP設定，就能將影像畫素升級至百萬等級，這也帶動了HD-SDI市場成長。

光纖成本高  影像傳輸仍以同軸電纜或網路為主

視訊監控系統的高畫質趨勢，使其對傳輸頻寬的要求變得更高，然而無論是HD-SDI規格使用的同軸電纜，或是IP攝影機使用的乙太網路線，其傳輸頻寬與速率皆比不上光纖電纜，其傳輸速率約為100 Mbps~10 Gbps，是目前速度最快的傳輸媒介。

再者，安控系統為了確保遠距離影像傳輸不受干擾、影像能夠即時處理與高速儲存，傳輸媒介的頻寬、抗雜訊能力、與可靠性變得益發重要，而光纖電纜具備高頻寬、訊號衰減小、不受環境電磁雜訊干擾等特性，所以訊號傳輸距離可以拉得比同軸電纜或乙太網路線更遠，在長距離的佈線上不只更方便還能降低成本，衍然成為安控系統的最佳選擇。

然而事實上卻非如此，光纖纜線的佈建成本較高，主要訊號傳輸設備——光電轉換器——以國外廠牌為主，產品品質雖然穩定、價格卻也居高不下，種種因素導致光纖纜線在台灣視訊監控的應用比例偏低，只有在少數特殊專案才看得到，大多數傳輸介面仍以同軸電纜或乙太網路為主。因此，如何降低高畫質影像對傳輸頻寬形成的負擔，提供更穩定快速的視訊資料傳輸品質，成為安控產業最重視的課題。

現今比較常用來壓低影像頻寬耗用量的方式有智慧型串流(Smart Stream)、3D雜訊抑制(3D Noise Reduction)、影像壓縮技術…等。智慧型串流是指，針對監控影像中比較重要的部份拍攝較高畫質影像，如：移動中的人、車牌或重點區域，至於不重要的部份則採低畫質方式來處理，如此便能在有限的傳輸頻寬及儲存容量下，提供最適合的影像壓縮格式。3D雜訊抑制技術則可於低照度環境下抑制影像雜訊、減少網路傳輸頻寬耗用量，使攝影機連夜間也捕捉到影像。

對應高畫質趨勢  H.265壓縮標準前景佳

影像壓縮技術可以減少和去除多餘的影像資料，在不影響影像品質或影響最小的情況下，將檔案容量降到最小，如此一來不只可以減少儲存時所佔用的硬碟空間，同時也能降低傳輸時消耗的網路頻寬。目前市場上存在多種影像壓縮標準，包括Motion JPEG、MPEG-4 Part 2(或簡稱為MPEG-4)以及H.264，其中H.264是視訊監控系統普遍採用的影像壓縮標準。

不過隨著Full HD成主流趨勢，及H.265標準在2013年問世，未來安控市場很可能變成H.264與H.265並行的狀態。

H.265又稱作高效率視訊編碼(High Efficiency Video Coding；HEVC)，起源於2004年，歷經9年發展終於在2013年1月收到國際電信聯盟(ITU)的認可，成為新一代影像編碼格式。H.265問市最主要目的就是降低影片所需的流量、儲存與傳輸的成本，倘若以最佳編碼範本(profile)為例，H.265編碼所需時間只比H.264多出10%，若比較壓縮後的檔案容量，在維持相同PSNR的前提下，一部1080P影片以H.265編碼格式壓縮後的資料量，比H.264少了36%，在影像品質差不多的情況下最多可以節省近50%的資料量。

目前H.265成本仍舊偏高，因此安控市場上相關產品並不多，大多數安控廠商仍抱持觀望態度，例如網路攝影機廠商Axis就沒有切入H.265，而是選擇研發H.264進階版、壓縮比與速率介於H.264與H.265間的產品，但是大陸安控廠商卻相當看好H.265發展、積極搶進市場，不只推出基於H.265編碼演算法的壓縮晶片，還有業界第一顆基於H.265標準的高畫質網路攝影機處理器(由華為海思所推出)，另外像海康威視、科達等企業也都相繼推出支持H.265的產品。

4k2k受限成本難普及  現以大範圍監控為主要應用領域

大陸安控業者之所以看好H.265，主要因其被視為未來的4K編碼技術，可以流暢地對4K影像進行編碼？解碼。4k2k是新的高畫質標準，一開始應用在家用LCD顯示器？電視上，之後安控市場上也出現此議題，主要是因為4k2k解析度為3840x2160和4096×2160畫素兩種，相當於4倍Full HD規格，恰巧能滿足監控攝影機一直在追求的更多影像細節和更廣監視範圍的需求，部份業者甚至預估用於監控的4K影像將於2015年以後全面發揮效力。

伴隨著影像品質的提升，安控系統的資源管理壓力也跟著增加，最明顯的就是對網路頻寬與儲存的需求提高了。換句話說，4k2k的影像解析度雖然較HD的1080p高出4倍，但在其他如頻寬、後端系統處理效能等資源使用上，也都會高出4倍，因此整體建構成本仍然偏高；再者現行的主流標準HD已能滿足大多數使用者需求，對頻寬資源的耗費亦在可以控制的範圍內，因此4k2k雖然是安控系統的必然趨勢，但要在短時間內普及並不容易。

從產品面來看，2014年只有在高階或進階型產品才能看見4k2k身影，預估2015年進階型產品採用4k2k解析度規格的比重會逐步增加，而從應用面來看，受到成本預算的限制，4k2k初期只會應用在較特殊或大範圍的監控環境，如：公共場所、停車場…等，透過其高解析度特色，讓安控系統的視野可以涵蓋全場，這麼做不只可以減少攝影機的架設數量，從而降低佈建與管理難度，對事件監控也會更有幫助。

對高畫質、高解析度影像的追求，不只是數位監控系統的目標，也是類比攝影機用來鞏固市場占有率的方式。類比攝影機已經支撐安全監控市場將近半世紀之久，其成本低、安裝快速的特性，是在安控市場上屹立不搖的原因，如今面對數位監控系統的節節進逼，類比監控系統也不得不研發新的元件、支援高解析度影像以保住市場地位。

首先是大陸安控廠商大華率先推出的HDCVI類比高畫質方案，後續又有HDTVI、ccHDtv與AHD進入市場，對傳統工程商而言，要他們重新學習網路知識實在不是件容易的事，而類比高畫質的出現恰恰解決了他們的問題。

由此可知，未來無論數位監控與類比監控系統的市場爭奪戰結果如何，高畫質監控影像都是不變的方向，而高畫質所帶來頻寬耗費大的問題，在光纖電纜成本仍居高不下的情況下，只能依賴攝影機拍攝技巧、影像壓縮標準不斷精進來解決。