網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)淺析

摘要： 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是傳統(tǒng)攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)相結(jié)合的新一代產(chǎn)品，除了具備一般傳統(tǒng)攝像機(jī)所有的圖像捕捉功能外，機(jī)內(nèi)還內(nèi)置了數(shù)字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統(tǒng)，使得視頻數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮加密后，通過網(wǎng)絡(luò)送至終端用戶。本文除了闡述了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的工作原理以外，還簡單介紹了目前主流的核心解決方案。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控；圖像壓縮編碼；DSP；ASIC

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是傳統(tǒng)攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)相結(jié)合的新一代產(chǎn)品，除了具備一般傳統(tǒng)攝像機(jī)所有的圖像捕捉功能外，機(jī)內(nèi)還內(nèi)置了數(shù)字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統(tǒng)，使得視頻數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮加密后，通過局域網(wǎng)，Internet或無線網(wǎng)絡(luò)送至終端用戶。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用，使得圖像監(jiān)控技術(shù)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。第一，網(wǎng)絡(luò)的綜合布線代替了傳統(tǒng)的視頻模擬布線，實(shí)現(xiàn)了真正的三網(wǎng)(音頻、視頻、數(shù)據(jù))合一，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)即插即用，工程實(shí)施簡便，系統(tǒng)擴(kuò)充方便；第二，跨區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能，特別是利用互聯(lián)網(wǎng)，圖像監(jiān)控已經(jīng)沒有距離限制，而且圖像清晰，穩(wěn)定可靠；第三，圖像的存儲(chǔ)、檢索十分安全、方便、可異地存儲(chǔ)，多機(jī)備份存儲(chǔ)以及快速非線性查找等。
圖1為典型的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用拓?fù)鋱D。

圖1  典型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用拓?fù)鋱D
　　
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的技術(shù)結(jié)構(gòu)

大家可以看到，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以直接接入到TCP/IP的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)中，因此這種系統(tǒng)主要的功能就是在聯(lián)網(wǎng)上面，通過互聯(lián)網(wǎng)或者內(nèi)部局域網(wǎng)進(jìn)行視頻和音頻的傳輸。從內(nèi)部構(gòu)成上說，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一般都是由圖像傳感器、視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外部報(bào)警、控制接口等部分組成。
相比較傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)最核心的技術(shù)就是視頻編碼器?，F(xiàn)在，就網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的各部分我們做一個(gè)技術(shù)分析，然后再重點(diǎn)分析一下核心的視頻編碼器部分。

*圖像傳感器：傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)，就是通過圖像傳感器采集視頻信息，然后直接輸出是模擬的視頻信號(hào)，通過視頻線對(duì)外輸出?，F(xiàn)在攝像機(jī)的圖像傳感器主要有2種，即CMOS和CCD。由于CCD在圖像質(zhì)量方面比CMOS有一定的優(yōu)勢，因此在監(jiān)控工程中使用的圖像傳感器主要是CCD，而CCD的主流廠商大部分是日本企業(yè)，比如Sony、Sharp等，幾乎占了全球CCD市場的90％以上份額。

*視頻編碼器：其功能是把CCD的視頻信號(hào)按照一定的格式進(jìn)行數(shù)字化編碼，有些是直接抓取CCD輸出的BT.656的信號(hào)，有些是采集CCD驅(qū)動(dòng)輸出的模擬信號(hào)，通過一個(gè)視頻AD進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化。視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)很多，現(xiàn)在主要的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)有MJPEG、MPEG4和H.264。

*網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：其功能是把壓縮好的視頻信號(hào)，通過TCP/IP的協(xié)議輸出，并且基本上要支持現(xiàn)階段主流的通信格式，比如支持PPPOE、DNS、UDP、TCP等等。

*外部報(bào)警和控制接口都是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的輔助功能，主要是通過串口或者IO口來實(shí)現(xiàn)，串口的方式包括RS232和RS485等等。

圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有M-JPEG、MPEG4、H.263、H.264等，下面我們對(duì)這些技術(shù)再做一個(gè)簡單介紹。

M-JPEG

M-JPEG技術(shù)即運(yùn)動(dòng)靜止圖像壓縮技術(shù)，它把運(yùn)動(dòng)的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來處理，這種壓縮技術(shù)方式單獨(dú)完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機(jī)存儲(chǔ)每一幀，可進(jìn)行精確到幀地編輯。但M-JPEG只對(duì)幀內(nèi)地空間冗余進(jìn)行壓縮，不對(duì)幀間的時(shí)間冗余進(jìn)行壓縮，因此壓縮效率不高。

MPEG4

MPEG標(biāo)準(zhǔn)就是指由ISO的活動(dòng)圖像專家組制定的一系列關(guān)于音視頻信號(hào)以及多媒體信號(hào)的壓縮與解壓縮技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-4的著眼點(diǎn)在于解決低帶寬上音視頻的傳輸問題，在164KHZ的帶寬上，MPEG-4平均可傳5－7幀/秒。采用MPEG-4壓縮技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)型產(chǎn)品可使用帶寬較低的網(wǎng)絡(luò)，如PSTN，ISDN,ADSL等，大大節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用。另外，MPEG-4的最高分辨率可達(dá)720