2014 Secutech Award　IP產品應用巡禮與技術觀察

第17屆台北國際安全博覽會Secutech甫於3月結束，歷經4屆的Secutech Award產品效能競賽也剛剛落幕。今年度競賽觀察鎖定在一些較少被使用者注意的部分，藉由本篇報導，筆者帶領讀者來趟IP產品應用巡禮，從技術面向深度了解這些產品的特性和功能。

今年的Secutech Award產品效能競賽規模比上一屆大，可以看出這樣的產品現場活動已普遍受到監控產品製造廠商、工程商及使用者的肯定。本屆參與產品遍及德、美、日、韓及台灣各國，集合了現階段市場主要品牌，可謂空前盛大。

不同於去年的Award測試重點，今年鎖定在網路攝影機與NVR在競賽過程應用面上，一些較不合常理與不為使用者所注意的部份去探究，並針對網路攝影機與NVR裡外各種參數與效能進行測試和比對，然而競賽場上各廠商對於自家產品的實際調校結果，更是重要的參考因素。綜合這些理由，讓我們藉由本篇幅，帶讀者來趟2014 Secutech Award IP產品應用巡禮與技術觀察。

攝影機邁向超高畫質

網路攝影機的發展一直都在追求高清及超高畫質的境界，而現階段的網路攝影機畫面品質與張數的差異性，大部份是由小到大尺寸的感光元件所決定。本屆參與IP Award及Demo展示的網路攝影機畫素從130萬畫增加到800萬，由此可看出廠商在採用CMOS Sensor上的考量和用心。除了Aptina鎂光的感測方案外，我們看到大部分廠商採用Sony Exmor與Exmor R的新型CMOS Sensor。從實測中可以發現，採用IMX-124、IMX-178等高畫素與高幀數的感光元件，畫質從300萬畫素一路往上提升，而採用IMX-172等感光元件的攝影機，甚至可以達到4K（800萬畫素）畫質。在初步測試與現場比賽時，這些使用高階元件搭配60fps到12高幀數的攝影機，在呈現目標物細節畫面上，遠比採用IMX-140、IMX-185、IMX-238等較小畫素但高幀數感測元件的攝影機來得清晰，色彩還原度也更亮麗一些。

當然較低畫數且高幀率的感測器表現也不遜色，除了畫面在配合的鏡頭上有些許畸變外，高解析程度也不在話下，加上所有的高畫質畫面都可達到4:3、5:4或16:9的多樣支援，必然會產生出高解析與超高解析的畫面，所以本次參賽的22組網路高畫質攝影機，畫面解析度理所當然都能達到這樣的高水準。

真實寬動態與高幀率無法兼得

在實測與比賽過程中，我們同時也注意到一種特殊的現象，那就是廠商對現場實際環境條件的攝影機調校能力。在比賽現場的目標場景中，存在一個模擬寬動態的狀況，另外又有一堆不時轉動的電動輪盤，這二種同時存在的目標景物給了廠商工程師一大挑戰與考驗。

基於網路攝影機CMOS Sensor都已進階的情況下，攝影機都想達到60fps甚至是120fps的境界，如此一來，可讓畫面更細膩，移動目標的影像更清晰，並減少畫面拖影情況。但現實狀況是，在網路攝影機所搭配的壓縮編解碼晶片中，並非每個壓縮晶片廠商的每個晶片型號都可以在CPU及本身規格效能下，有效支援攝影機高幀率及其它2D/3D或四張拍攝的真實寬動態要求。

也就是說，能配合達到應有解析條件的高張數支援技術，不一定同時擁有四張取像的寬動態效能，或是兼顧2D與3D的雜訊抑制功效。其原因在於網路攝影機從感測器到壓縮晶片的ISP、CPU支援效能都必須相互配合，否則就只能在寬動態、高幀數、2D與3D DNR雜訊抑制等方面去做最好的取捨，而也不能光看攝影機規格表，就認為必然兼具多種效能。

案場調校能力備受考驗

從本屆的網路攝影機競賽宣傳主軸可瞭解，我們對於網路攝影機的觀察重點已不單單是解析度、寬動態、延時與流量控制這些枝節，今年的網路攝影機競賽重點是彩色Day Mode的低照度成像結果考驗，而不是比較ICR Cut的動作啟動與Day&Night，更不是IR紅外線輔助照明啟動後畫面所承受的最低0照度效果。因為上述這些條件情況都不能被稱為低照度，更不能檢視攝影機元件設計與工程師在增益、快門與對比等參數的調校功力。

在所有參與比賽的22組網路攝影機中，看到Image Sensor規格都標榜著Super High Sensitivity這樣的字眼，姑且不論其是針對可見光或是NIR近紅外光的條件。但當我們以實測暗箱20lux-7lux-5lux-3lux-2lux-1lux-0.5lux的波段方式去做實測，並將測試的網路攝影機設定在初始及自動的條件下，如：DNR Max on、最大增益及其它對比、亮度與快門。讓我們意外的現實結果卻是，大部份的參賽攝影機在1lux暗箱照度以下，畫面就已經充斥雜訊，且普遍存在顏色偏差及畫面模糊的情況，甚至有些在暗箱3lux照度下就已經無法支撐畫面色彩及清晰度，這樣的結果讓我們對網路攝影機實際低照的效果有所存疑。當然這部份是因為在低照下，有些攝影機搭配的鏡頭並非IR非球面鏡頭，因此難免發生畫面模糊的情況，但實際能夠在暗箱中對應到0.5lux到更低0.01lux的畢竟是少數，追根究底去瞭解，除了Sensor仍然大有作為外，其餘的快門或是幀累積等功能，似乎都在實驗室級的暗箱測試中敗下陣來。

再說網路攝影機進到比賽現場遮光的大暗箱時，其結果更是令人大感意外。部份在暗箱實測時表現還算差強人意的攝影機，到了現場模擬的夜視低照0.5lux時，影像居然一片漆黑，原因在於現場目標場景較複雜，部份工程為使畫面清晰度及對比不至過大，在銳利度調整過大的情況下，使得燈光全亮時畫面過曝，低照時對比過大、畫面過黑，低照效果無法完整呈現，低照不良的事實真相，也就攤開在大家面前。

對此有廠商反應，現實情況應該不會像目標場景這麼嚴苛，但請大家想像這個情況：一組攝影機裝在一個巷口，白天到黃昏巷口沒有擺攤時，畫面一切清晰正常，但若在入夜後，巷口出現一座亮著燈光的麵攤時，這場景是不是就符合比賽模擬的目標場景呢？路口監控對網路攝影機的低照要求自然也是如此。

NVR產品變革趨勢

此外，本次Secutech台北國際安全博覽會同時進行了15台不同品牌的NVR拆機與現場實測，對於NVR現階段的產品技術與應用也有了進一步的瞭解。

Standalone NVR熱潮再起

在進行完所有款式的NVR測試後，最明顯的感受是本次參與測試的機型以Standalone居多，且都是Linux Embedded的架構。難道去年測試時居於多數的PC-Based的NVR開始退出市場了嗎？為了瞭解箇中原因，筆者仔細比對今年所有參與測試的產品型式及內部使用元件，得出了以下幾個結論：
一、SMB市場監控需求日益提升，廠商對於NVR的路由數考量有了新體認，數大不再一定是美，SMB中小型系統8、16、25、32、64等路由數，開始在廠商考量下大舉研發生產。
二、過去單一本體伺服器往往在CPU及解碼晶片可最大支持效能下，追求超越128路數的規模，至今這種情形已默默改變。在同樣的CPU處理能力與解碼晶片效能下，如果能擁有豐富的功能及多樣服務，NVR產品又何必一定要做到用一台本體處理那麼多影像呢？在此思維下，Standalone NVR在產品競技場上的功能性，變成廠商重視的方向之一。
三、在應用的需求下，簡單操作與方便使用，成了Standalone理所當然發展的基礎。過去在以純影像管理為主的NVR裡，NVR系統設定與網管的設置複雜性，帶給用戶端很大的困擾。因此在GUI的人機介面上，除了Linux架構的穩定與可靠之外，圖形化的操作界面也是讓Standalone NVR再起的緣故。
四、最後一個讓Standalone NVR再度熱絡的原因，是因為儲存方式及格式的改變與進化。過去要組成一套NVR，安裝人員若不具備一些IT常識，特別是不具備硬碟空間規劃與切割的知識，光是安裝一套NVR、選用儲存介面與硬碟格式、儲存空間的規劃等，都讓工程商覺得痛苦萬分。
從上述這幾個理由去解讀，就能理解為何目前PC-Based NVR在中小型系統運用會越來越少於Standalone。
另外值得注意的是，一種新雲端化儲存的NVR架構（也就是以伺服器加上雲端儲存的方式）正逐漸興起，慢慢試探變革中的NVR市場。

NVR應用型式仍存差異

本次N V R 產品測試雖然以Standalone為主，但我們仍然必須關注到NVR在應用上的型式仍然存有差異性。在使用上，大致可辨識出3種不同的NVR應用類型。若想選對型式、區分類型，可從以下3種分類看出NVR的使用彈性與適用性條件，如此就可以對NVR有更進一步的瞭解：
一、主從式（Client-server）NVR：
PC-Based架構的主從式NVR一定要搭配一台PC（Client用戶端）才能操作使用。Client端跟Server端可透過IE網頁或附加控制軟體CMS做溝通，如監看的時候，需由用戶Client端的PC連結Server端的NVR。因此PC需要負擔影像顯示的處理條件及畫面解析要求，所以Client-Server型的NVR對於Client端的電腦規格，有一定程度的要求。這種簡易型NVR安裝容易、操作容易，是IT電腦資訊業者才會想到的貼心功能。此類NVR可能搭載Window或Linux系統，功能較有擴充性，系統也較具延展性，但如果影像常發生掉幀情況，也許是使用者監看端PC的問題，亦或由於NVR的CPU效能不足、軟體與韌體沒即時升級等問題，查驗較為繁複，因此較適合用在高端監控，但也會應用於SMB需求。
二、一體型（All-in-one）NVR：
這種單機型NVR不用另接Client端，出廠時已內建CMS，就如同DVR一樣，本體就可以搞定所有即時監控與錄影儲存的工作。此種All-inone型的NVR幾乎都是以嵌入式Linux Embedded為主，它能滿足NVR大部份的編解碼效能。不過此類NVR在處理器、SoC、編解碼效能、支援介面、未來的延展擴充性等方面都有所限制，需要一再更新韌體與軟體升級。這種NVR的應用泰半是以中小型或較不複雜的系統應用為主，如商店、金融等都是最好的應用面向。
三、軟體式（PC+Software）NVR：
軟體式NVR很容易跟VMS及NAS的儲存系統產生混淆，如果在應用上及人機介面上設計或區分不是很清楚，很容易把Milestone、Genetec、AXXON等獨立運作的管理平台與軟體式NVR混為一談。這種架構其實與第一種主從式有點雷同，它是透過用戶端來運作的，通常是一台伺服器裝有NVR軟體，再加上外掛的儲存設備，透過網路與Client PC進行連線監控。這種方式通常是較大系統所採用的架構。在這種架構的PC上操作NVR，使用介面通常為特定的CMS，必須透過學習才能熟悉。這種系統必須精細計算儲存空間及瞭解硬體應用規格，除了能支援兼容多少網路攝影機之外，還需要嚴格考量PC規格的條件。
綜觀以上3種NVR，不同供應商所搭載的CMS或IE介面，主要功能看似差異不大，但若以影像壓縮技術、傳輸方式與數據量、GUI介面及外部接入介面來看，仍然很容易去區分出不同型式NVR細部功能的良窳，以及可能會出現的整合問題。

NVR兼容整合的障礙

NVR最主要的作用就是收編網路攝影機的影像訊號與影像存取，為了驗證各個廠家NVR於這項功能上的表現，我們從全球主要的網路攝影機供應商品牌，選出34個不同型式的網路攝影機，透過模擬的網路環境，與將近15家NVR製造商的PC-Based或是Standalone NVR產品進行兼容測試，結果非常有意思的；除了中國廠商表示「中國內需市場非常大，我們賣自己的網路攝影機加NVR的方案就可以支撐銷售，不需考慮兼容與ONVIF標準化」的特定說法外，我們發現網路攝影機在與NVR的兼容整合上仍存在障礙，並非如部份廠商所宣傳的百分百兼容，或可以整合上百上千個攝影機型號。

為此我們特別針對整合結果兼容最多與最少網路攝影機的NVR，進行問題探討。首先，一個比較通泛的原因是，NVR兼容整合網路攝影機最大的共同協議是ONVIF，但ONVIF的標準版本卻不像一般軟體、韌體的版本具有向下或兼容前版的能力。目前普遍所知的ONVIF 2.0就不能百分百兼容1.0版本或更早的版本，而Profile S雖據稱是能整合兼容ONVIF 1.0與2.0版，但再加上一些攝影機控制協議，實際上卻有同樣的問題，不是IP位址搜尋拼不上，就是IP拼上連線了影像卻出不來。我們只能在ONVIF的協議中注意版本問題，才能真正克服NVR對網路攝影機的兼容問題。

第二，在本次測試中，我們還瞭解到另外二個兼容整合的問題。一個是IP Protocol協議與攝影機廠商SDK的方式與License問題，這二種情況都發生在當ONVIF版本兼容發生問題時，NVR為了便於搜尋與加入網路攝影機，會針對攝影機廠商在License取得及SDK整合兼容上開了另一個途徑，讓網路攝影機與NVR得以透過SDK的兼容開放去收納，或是在IP Protocol如HDCP及TCP/IP等之外，以RSTP的協議來整合兼容攝影機，避開在ONVIF出現問題時的窘境。但實際上在本刊的NVR平面產品測試或展會的NVR群體測試中，我們依舊發現，攝影機兼容性問題仍是NVR應用上的障礙。

NVR監控新看點

本次NVR測試中有不少值得關注的看點。首先由於網路監控的發達，遠端監控的應用越來越多，例如NVR走向跨平台監控，像是能於Google Chrome、Mozilla Firefox，以及Internet Explorer等主流瀏覽器上操作。在Mac系統上，只要安裝Surveillance Client for Mac應用程式，使用者也能享受同樣便利的功能。

NVR設備的自我診察方面，還出現雙電源設計的NVR備援電源模式。當系統偵測到雙電源模組異常時，就會發出警告聲音或訊息。另外一個聰明的設計則是NVR散熱用的智慧型風扇，在啟動智慧型風扇設定後，NVR會依系統溫度自動調整不同的風扇運轉速度，也可以自行設定風扇在高速或低速運轉時的系統溫度。

最令人印象深刻的則是在NVR設備狀態監控部份，除了過去的溫度及硬碟運作狀態，例如：以硬碟S.M.A.R.T.（Self-Monitoring、Analysis、Reporting Technology）機制監控硬碟的健康度、溫度與使用狀況等，NVR的其他使用狀況，如處理器及記憶體的使用率、監控NVR資料傳輸封包接收送出與錯誤數量、CPU使用率與記憶體使用量等，新軟硬體監控機制，還能儲存10,000筆系統事件，作為訊息、警告和錯誤的紀錄。如果系統發生運作異常，使用者可以檢視事件紀錄，當作診斷系統運作問題時的依據，這項設計可謂是NVR繼監控平台後的創新措施。

看完上述觀察要點後，我們可以提出一個偏向市場應用面的觀察報告，那就是網路攝影機的兼容標準化問題。大家都知道網路攝影機要符合ONVIF或是PSIA的標準，或是具備一些如UPnP等協議握手機制，這些機制都是為了擴大市場通用及普及而設計的。但這次22組網路攝影機裡面，竟然有部份國際品牌攝影機在設定中，出現以中國GB-28181作為兼容標準的選項，這一點告訴我們，中國安防市場已經成為國際廠商爭取的區域，因此網路攝影機在標準化上也有因應市場的必要。

而NVR最主要的功能是透過網路接收網路攝影機傳輸的數位影像串流並進行儲存、管理，從而實現網路化帶來的分布式架構優勢。現代化的NVR應該擺脫電腦硬體的牽絆，也不再需要繁雜的軟體安裝，像是透過AES串流等多種加密手段實現用戶認證和授權，以及實現傳輸網路及所有網路攝影機的全程監測和集中管理，包括從設備狀態的監測到設備健康狀態，才能達到即插即用的NVR應用最高境界。