網(wǎng)絡攝像機淺析

摘要： 網(wǎng)絡攝像機是傳統(tǒng)攝像機與網(wǎng)絡視頻技術(shù)相結(jié)合的新一代產(chǎn)品，除了具備一般傳統(tǒng)攝像機所有的圖像捕捉功能外，機內(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)絡送至終端用戶。本文除了闡述了網(wǎng)絡攝像機的工作原理以外，還簡單介紹了目前主流的核心解決方案。

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

網(wǎng)絡攝像機是傳統(tǒng)攝像機與網(wǎng)絡視頻技術(shù)相結(jié)合的新一代產(chǎn)品，除了具備一般傳統(tǒng)攝像機所有的圖像捕捉功能外，機內(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)絡送至終端用戶。網(wǎng)絡攝像機的應用，使得圖像監(jiān)控技術(shù)有了一個質(zhì)的飛躍。第一，網(wǎng)絡的綜合布線代替了傳統(tǒng)的視頻模擬布線，實現(xiàn)了真正的三網(wǎng)(音頻、視頻、數(shù)據(jù))合一，網(wǎng)絡攝像機即插即用，工程實施簡便，系統(tǒng)擴充方便；第二，跨區(qū)域遠程監(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、檢索十分安全、方便、可異地存儲，多機備份存儲以及快速非線性查找等。
圖1為典型的網(wǎng)絡攝像機在視頻監(jiān)控中的應用拓撲圖。

圖1  典型網(wǎng)絡攝像機在視頻監(jiān)控中的應用拓撲圖
　　
網(wǎng)絡攝像機的技術(shù)結(jié)構(gòu)

大家可以看到，網(wǎng)絡攝像機可以直接接入到TCP/IP的數(shù)字化網(wǎng)絡中，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)進行視頻和音頻的傳輸。從內(nèi)部構(gòu)成上說，網(wǎng)絡攝像機的基本結(jié)構(gòu)一般都是由圖像傳感器、視頻編碼器、網(wǎng)絡服務器、外部報警、控制接口等部分組成。
相比較傳統(tǒng)的模擬攝像機，網(wǎng)絡攝像機最核心的技術(shù)就是視頻編碼器?，F(xiàn)在，就網(wǎng)絡攝像機的各部分我們做一個技術(shù)分析，然后再重點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，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，通過視頻線對外輸出?，F(xiàn)在攝像機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的視頻信號按照一定的格式進行數(shù)字化編碼，有些是直接抓取CCD輸出的BT.656的信號，有些是采集CCD驅(qū)動輸出的模擬信號，通過一個視頻AD進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化。視頻編碼的標準很多，現(xiàn)在主要的網(wǎng)絡攝像機的標準有MJPEG、MPEG4和H.264。

*網(wǎng)絡服務器：其功能是把壓縮好的視頻信號，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。

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

圖像的編碼標準

當前，網(wǎng)絡攝像機的圖像壓縮編碼標準主要有M-JPEG、MPEG4、H.263、H.264等，下面我們對這些技術(shù)再做一個簡單介紹。

M-JPEG

M-JPEG技術(shù)即運動靜止圖像壓縮技術(shù)，它把運動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)方式單獨完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機存儲每一幀，可進行精確到幀地編輯。但M-JPEG只對幀內(nèi)地空間冗余進行壓縮，不對幀間的時間冗余進行壓縮，因此壓縮效率不高。

MPEG4

MPEG標準就是指由ISO的活動圖像專家組制定的一系列關(guān)于音視頻信號以及多媒體信號的壓縮與解壓縮技術(shù)的標準。MPEG-4的著眼點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)絡型產(chǎn)品可使用帶寬較低的網(wǎng)絡，如PSTN，ISDN,ADSL等，大大節(jié)省了網(wǎng)絡費用。另外，MPEG-4的最高分辨率可達720