眾所周知，目前高清攝像機（本文所說的高清攝像機都是指IP高清，非壓縮的高清比如HD-SDI暫不討論）已經漸漸成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流前端類型。一般來說，對于720P高清攝像機，4Mbps左右的碼流基本能保證視頻的流暢和優(yōu)質，對于1080P高清攝像機來說，這個數(shù)值恐怕要到6-8Mbps左右，由此可見，高清攝像機產生的碼流是相當大的，而且和通常的數(shù)據(jù)流不同的是，視頻屬于媒體流，其一個重要的特點就是不間斷的持續(xù)大數(shù)據(jù)量，于是在建設一個全高清的IP數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)時，有2個要素是必須慎重考慮的，其一是監(jiān)控網(wǎng)絡的承載能力，其二是存儲容量的大小?？梢赃@么說，目前建設一個高清IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)，恐怕一半左右的成本都要花在構建承載網(wǎng)絡以及采購足夠的存儲介質上。那么在保證畫質和流暢性的前提下是否能有效的降低高清IP攝像機的碼流從而極大地改善監(jiān)控網(wǎng)絡的負載同時降低存儲成本呢？答案是肯定的，目前市場上某些廠家已經對此問題的解決做出了有益的嘗試，并提出了一些解決辦法。其中智能數(shù)字降噪技術（iDNR： intelligent DIGITAL NOISE REDUCTION）是其中較有代表性的一種。本文對這種技術的原理和實現(xiàn)方式做一簡單的介紹，希望對讀者有所幫助。

IP攝像機的結構
       IP攝像機其中DSP芯片主要用來做視頻信號的各種處理，我們通常所知的技術比如亮度、飽和度、對比度、白平衡、自動增益控制等等對畫面的調節(jié)都是通過DSP（數(shù)字信號處理）芯片來實現(xiàn)。除了這些通用的技術外，一些比較特殊的視頻處理算法通常也由DSP芯片來實現(xiàn)，從DSP芯片中輸出的視頻為處理過的視頻，這些視頻會交給后面的編碼芯片去通過特定算法進行壓縮編碼，最后通過網(wǎng)絡芯片打包輸出。

噪聲和降噪技術
       其次，既然降噪技術和噪聲相關，那么還是有必要講一下什么是噪聲以及降噪技術。
       由于技術和制造工藝的限制，電子設備或者電子器件在產生有用信號的同時也一定會產生一些沒用的雜質信號，這些信號就是所謂的噪聲，噪聲只可以通過技術手段去降低，即所謂的提高信噪比，但是無法完全消除。好在當信噪比足夠大時，與可用信號相比，噪聲的幅度在大多數(shù)情況下很小，小到基本可以忽略其影響。具體到視頻領域，噪聲表現(xiàn)為畫面上的不規(guī)則白色噪點。在白天或者畫面較亮時，有用信號比噪聲信號的幅度高很多，此時噪點在畫面中不容易發(fā)現(xiàn)，可以忽略其影響。即使如此，在畫面的某些較暗的區(qū)域，還是能看到噪點。到了晚上或者場景較暗時，情況有所不同，由于可見光很少，視頻有用信號的幅度大為降低，有用信號和噪聲信號的幅度已經到了可以比較的程度，此時若不做任何處理，則畫面較暗，景物不容易分辨。為了提高這種情況下的監(jiān)控效果，攝像機的DSP里一般都具備自動增益控制功能（AGC），自動增益控制的作用在于根據(jù)視頻信號的幅度來對其進行動態(tài)的放大處理，一旦視頻信號被放大，則畫面表現(xiàn)為景物已經變得明亮可見，但是AGC的放大功能并不是那么智能，在放大有用信號的同時，噪聲信號也被放大了，一旦被放大后，畫面上的噪點就變得更明顯了。當然如果畫面變亮，可見光增加時，AGC會動態(tài)自動地降低增益幅度，此時噪點會變小甚至又不可見。
       噪點給觀者直觀的感覺就是畫面不安靜，使觀者產生不悅，當場景很暗，AGC增益倍數(shù)很大時，噪點也會非常大，嚴重時會影響到畫面的監(jiān)看，所以AGC增益倍數(shù)上限需要有所控制，在提升有用信號的同時使畫面的噪點處于可接受的程度。
       為了消除噪點帶來的不利觀感，降噪技術應運而生。降噪技術主要是由攝像機內部的DSP芯片來實現(xiàn)。降噪技術實現(xiàn)的原理就是捕捉畫面中的噪點，然后用特定的方法加以抑制甚至消除。噪點雖然看上去雜亂且不規(guī)則，但其是具備某些特征的。舉個例子，我們在觀看畫面時，可以輕易地感受或者分辨出畫面中的噪點，基于此，DSP中特定的算法是可以將噪點的特征進行分析提取，并加以識別，一旦識別出噪點信號，就可以用各種方式加以消除。所以這種消除噪點的方式被統(tǒng)稱為數(shù)字降噪技術DNR，可能各家的噪點消除算法各有不同，但是在實現(xiàn)的原理上基本一致，實現(xiàn)的效果也大致類似。
       正如一個硬幣有正反兩面，任何技術在帶來好處的同時也不可避免會有副作用。具體到數(shù)字降噪技術來說，在降低噪點的同時帶來的最大的副作用可能就是拍攝移動物體時產生的拖影了。筆者前些年調試某品牌模擬一體化球機時，客戶反映晚上噪點很多，此品牌的球機里是具備數(shù)字降噪功能，并且分了3個級別，降噪的效果依次提升。在現(xiàn)場如果不開DNR功能，則畫面的噪點非常明顯，當然實際場景是很暗的，幾乎沒有照明。一旦開啟DNR功能，隨著降噪級別的提升，畫面中的噪點有明顯的下降。但是當筆者感到效果滿意隨意轉動球機時，發(fā)現(xiàn)畫面產生嚴重的拖影，這種拖影類似于慢快門的效果，關閉DNR功能，轉動球機時拖影也消失。最后只得在2者中找平衡，把降噪級別定為中，同時向客戶解釋拖影產生的原因。
       如上所述，其實DNR技術是比較傳統(tǒng)的技術，在模擬監(jiān)控時代就已經比較普遍。
       在高清IP監(jiān)控時代，情況有所不同。我們都知道，IP攝像機和模擬攝像機的不同主要在于攝像機內部存在編碼模塊，此模塊接受從DSP芯片中輸出的經過各種調節(jié)過的視頻信號，然后對其進行特定算法（比如H.264等）的編碼。靜止畫面和運動畫面對編碼芯片的資源要求是不同的，運動畫面需要更多的編碼芯片資源同時產生更多的碼流數(shù)據(jù)量。一般來說，為了降低監(jiān)控網(wǎng)絡的負擔并且提高存儲利用率，目前監(jiān)控系統(tǒng)中的高清IP攝像機都會采用變碼率技術，根據(jù)畫面的運動與否動態(tài)地調節(jié)碼流大小。但是畫面中的噪點也會被當作運動元素來處理，從而消耗更多的編碼資源并產生更多的碼流，最終造成更多的存儲，而這一部分開支完全是不必要的。所以現(xiàn)在問題的關鍵就是如何降低由于噪點產生的這些開銷，其實這些問題在模擬時代都已經得到了解決，一旦開啟了DSP芯片里的降噪功能，就可以對畫面中的噪點進行抑制，從而使編碼芯片接收到安靜的經過噪聲抑制的畫面，此時再進行編碼無疑可以降低傳輸帶寬和資源消耗。

智能降噪的實現(xiàn)
       所謂iDNR就是intelligent DIGITAL NOISE REDUCTION，這是一種從傳統(tǒng)的DNR數(shù)字降噪技術的基礎上發(fā)展起來的新技術，這種技術的關鍵在于i，即智能。實現(xiàn)智能的關鍵又在于將傳統(tǒng)的降噪技術和傳統(tǒng)的移動偵測技術有機結合起來，使攝像機能自動判斷畫面的內容，有選擇地啟用或者停用降噪技術，保證正常運動物體不產生拖影，同時靜止畫面時壓制其中的噪點。具體工作過程應該是：攝像機的DSP判斷畫面中的運動是正常的運動還是噪點，如果分析出噪點，就利用特定的降噪算法將其抑制，從DSP里輸出的畫面將是經過噪點抑制的畫面，后面的編碼芯片也不會浪費過多的資源去對噪點編碼，從而也會輸出碼流較低的壓縮視頻；如果攝像機的DSP判斷畫面中是正常的運動，則暫時取消噪點抑制算法，保證畫面流暢不造成拖影，此時DSP輸出的當然是不具有噪點的運動畫面，編碼芯片也會充分工作，用充裕的碼流來保證視頻的流暢。
       經過以上的描述，可以看出，iDNR中的智能主要體現(xiàn)在攝像機能有效判斷畫面中的運動到底是正常運動還是噪點，并根據(jù)判斷結果有選擇地實施或者取消降噪算法。其實iDNR中運用的幾種技術都不新鮮，都是已經存在的或者并不復雜的，但是一旦把這些技術有機地結合起來，就能實現(xiàn)智能降噪功能。在畫面中沒有正常運動的時候（在很多場景下，這種情況占絕大多數(shù)的時間），攝像機畫面安靜，輸出的碼流很小，從而有效地減輕了監(jiān)控網(wǎng)絡的負載，同時節(jié)省了后端存儲的成本。
       值得注意的是，即使是白天，開啟智能降噪功能的攝像機也能明顯地降低視頻帶寬。

智能降噪的技術
       智能數(shù)字降噪技術是對已有技術的充分理解和有效運用，借助智能數(shù)字降噪技術，攝像機能大幅度降低視頻的帶寬，目前某廠家可以達到的水平是在720P分辨率時，帶寬穩(wěn)定在平均2Mbps左右，在1080P分辨率時，帶寬平均穩(wěn)定在3Mbps左右，這相對于以往的產品，監(jiān)控網(wǎng)絡的負載和存儲的成本均下降一半以上，有效地提高了建設高清IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的效益。