Love sharing local ❤

全世界的監控系統正在走向數位化。這已經不是什麼新鮮事了，近幾個月我們看到的是越來越擴大的DVR及NVR方案的選擇問題。每秒張數及解析度不斷地在改善，每台機器的攝影機品質不斷的增加，儲存設備容量增大；很明顯的這項技術正在快速的發展中。

NVR技術的優點已經漸漸地被監視設備工業了解，有一項非常重要的問題則讓許多使用者困惑，這個問題相當重要，它有可能造成美國國家安全局、發電廠、水公司以及機場等高度敏感產業的騷動。而這個問題就是「影像編碼的格式」。

當監控轉為數位化影像的時候，有兩個基本的學派產生了，Discreet影像格式及Delta影像格式。Discreet 影像格式是遵照JPEG標準所產生的，是目前世界上大多數動態及靜態影像的標準，Delta影像編碼則是由眾多的MPEG標準版本演化而來

Discreet 影像格式就像是JPEG一樣，它只紀錄簡單的壓縮資訊到每張影像之中，每張影像並不需要從其他的影像中取得必要的資訊來重建影像。在建立每一張影像的程序中，每張影像的大小及傳輸的負載幾乎是相同的。影像的大小會隨著亮度、包含的顏色、以及其他的選項變更，但是整個影像還是永遠在編碼狀況。

Delta影像格式擷取一個影像之後就傳送出去。下一張影片會對原始編碼影像使用一個複雜的演算法，且只有移動的部份（或者圖素的內容變動）會進行編碼。

假如影像的變化不大，這種畫面的檔案會比較小，但是如果變化很大的話，MPEG演算法將會另外抓取一個完整的畫面（discreet，也就是所謂的Key frame）並且重新再做處理，簡化的說，傳真機也是做著類似的工作。

假設MPEG影像是以下面的步驟產生（不同版本有一些微小的差異）

1. 將一個key frame編碼

2. 比較後續的影像畫面

3. 將後續畫面中不同的地方編碼

4. 重複這樣的動作直到某個影像需要一個新的key frame，或是依照演算法的設計而停止

假設這樣的工作流程持續下來，MPEG將不可避免的發生錯誤。這樣的錯誤可能會讓整個MPEG引擎停止工作或使得影像品質下降，而使得移動中的物體無法被識別。

一個絕佳的範例就是HDTV廣播和DVD影片。利用大型的螢幕來觀看足球比賽可以很容易地看到HDTV的問題（大型的螢幕比較容易看到有問題的部份，有些大型螢幕的技術會介紹他們的失真狀況，但這跟本篇文章無關）

當你鳥瞰整個比賽時，你會發現視野相當的棒，這是因為影像的移動量幾乎微乎其微。球場是一個連續調的影像，而且不需要太多的資訊去處理，主要的問題發生在開球之後。當攝影機跟著球跑時（比賽期間），請注意這些球員。他們都有不同的顏色跟形狀。假如你在這個時候拍照或快照，這些球員將會變成一塊一塊的或像是馬賽克的顆粒一般。這就是MPEG對於移動中的物體的影像補償。

第二個範例是使用DVD觀看一個火焰影片的時候，火焰變形的圖素化，就像是馬賽克的顆粒。這是相當顯著的。大多數的DVD播放機都有一個顯示位元傳輸率的圖表，你可以把這個功能打開讓它顯示在畫面上。在大部分的影片中，它大約是介於0到50%之間，然而在火燄（或是足球比賽）的畫面時，這個量表會固定在100%。而這就是在極度運動中的系統產能，MPEG引擎會降低移動影像的品質來做為補償。

另一個絕佳的範例是觀看2004年奧林匹克運動會的體操比賽項目，尤其是當運動員在跑步或是在體操架上快速翻轉時，攝影機預設都是向前連續拍攝。當運動員翻轉的時候，影像立刻就圖素化了，將運動員的圖像化簡為一團無法辨認的圖形。這個影片過不久就會有DVD版或是其他的媒體方式發行了，

讓我們總結物體在快速移動的狀態下的情形，MPEG會減低影像的品質來維持影像串流的速率。在快速移動的狀態下，MPEG也有可能停止或是凍結影像。

知名的監視系統商設計了一個簡單的設備，並在洛杉磯舉辦的ISC West 2004中展示這個實驗。他們在一般的MPEG攝影機與JPEG攝影機前面擺放了一個測試MPEG效能的俄羅斯輪盤（Mpeg Wheel of Death）。測試輪盤轉動導致MPEG系統畫面凍結，無法送出影像。但是在相同條件下的JPEG影像卻不會受到影響。當轉輪移出攝影機的視線時，MPEG攝影機大約在十秒鐘之後就會恢復影像傳送，任何的MPEG攝影機都發生了相同的錯誤。

讓我們說明測試的規格，MPEG的影像串流速率，一般是每秒多少Bite，在上面的實驗中設定為每秒2Mb。當設定為2Mbps的時候，串流的速率跟影像大小都超過JPEG攝影機的50%，當設定為4Mbps的時候，MPEG攝影機運作的還不錯，到達8Mbps的時候，攝影機的影像相當完美；相反的，當降到1.5Mbps的時候，轉輪立刻就讓攝影機發生問題了。當1Mpbs甚至是更低的時候，轉輪甚至不需要旋轉，立刻就無法傳送影像了。

大多數的MPEG監控系統都是使用250Kbps或更少，有時候只有50kbps。在這些速率下，一點點的移動都會毀了攝影機的運作。像之前提過的，假如入侵者進入一個使用MPEG攝影機的機密的單位（發電廠、自來水廠、銀行等），並使用像這樣的輪盤攻擊攝影機，結果會是如何？攝影機相會停止傳送影像，而這位入侵者將在沒有錄影證據的情況下可以做任何他想做的事情

那麼你認為要把MPEG輪盤這麼荒謬的東西帶進機密單位去破壞攝影機是不可能的事嗎？那麼如果是用99分美金就可以到處都買得到的東西呢？實際上這是可行的辦法，最粗魯的破壞方式就是使用一個指定閃爍頻率的閃光燈（將攝影機設定為超過30或25FPS標準來編碼）當這個情形發生時，所有的攝影機都會無法運作。

雖然這些測試並沒有實用價值（我們並不鼓勵這樣的動作），它可以讓我們了解到下面的事情：

1. 有些MPEG編碼結構會降低移動物體的解析度。

2. 有些MPEG編碼結構會因為物體的過度移動而造成停擺。

3. JPEG影片會因為上述的條件變化而改變。

我們要對業界這麼說：監視錄影技術是一門錄影動態的科學。沒有針對移動的防護牆那一切都不重要了，監控唯一需要的要素就是移動。在MPEG的架構下，過快的移動會降低識別度，過度的移動變化可能會造成整個攝影機都無法運作。當你愈需要MPEG的時候，它卻愈是無法提供你滿意影像。

這篇文章最後要關心的一點是證據的使用。這樣的影片可以在法庭上提出作為證據嗎？MPEG影片在法庭上是很難當作證據的，這是因為影像的特性，它必須由其他影像的畫格片段來重建自己的影像。JPEG影像在法庭上已經被認可使用了。JPEG影像在最近已經成為美國聯邦法院使用的關鍵證據。

結論，MPEG的擁護者宣稱「使用較少硬碟空間！可透過DSL傳輸」，這是事實。JPEG檔案是比較大而且對於影像傳輸是一個負擔。但是，硬碟儲存空間是很便宜的，而且會越來越便宜。2 TB 的儲存空間大約在2500美元以下就可以買到了。網路頻寬也是越來越大也越便宜。這表示MPEG的優點已經越來越不顯著了。目前MPEG還能使用的地方只剩下傳輸頻寬相當少的狀態下了。有影像（即使是垃圾影片）總比沒有任何影像好。