網(wǎng)絡(luò)攝像機的優(yōu)勢分析

李梅芳　李輝

摘 要：隨著集成電路技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、壓縮解壓縮技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)攝像機得到了迅猛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為視頻監(jiān)控的標志和核心設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)攝像機不僅可基于局域網(wǎng)實現(xiàn)傳統(tǒng)的區(qū)域監(jiān)控，而且能基于互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控。文章論述了網(wǎng)絡(luò)攝像機的工作原理、組成結(jié)構(gòu)，剖析了網(wǎng)絡(luò)攝像機優(yōu)于傳統(tǒng)攝像機的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)攝像機（IPC）；遠程監(jiān)控壓縮編碼算法

中圖分類號：TN948.41 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0068-01

1 網(wǎng)絡(luò)攝像機的結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)攝像機，簡稱IPC（IPCamera），是傳統(tǒng)攝像機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的新一代產(chǎn)品。IPC由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、控制器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、編碼芯片、網(wǎng)絡(luò)及控制接口等部分組成。

1.1 光學鏡頭

鏡頭被喻為攝像機的眼睛，是攝像機的重要組成部分，通常由一組透鏡組成，它的作用是將被拍攝景物準確地成像在圖像傳感器上。攝像機畫面的清晰程度很大程度依賴于鏡頭的參數(shù)和質(zhì)量。

1.2 圖像傳感器和聲音傳感器

光電轉(zhuǎn)換是IPC的核心任務(wù)之一，圖像傳感器就是攝像機進行光電轉(zhuǎn)換的芯片，被喻為攝像機的心臟，目前市場上有CCD及CMOS兩種圖像傳感器。前者解析度高、噪音低、靈敏度高，在模擬和網(wǎng)絡(luò)攝像機中應(yīng)用都很普遍。CMOS主要優(yōu)點是功耗低、工藝簡單，是IPC未來的發(fā)展趨勢。

1.3 編碼芯片

圖像和聲音傳感器產(chǎn)生的模擬信號被A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以后，需要按一定的格式進行壓縮編碼，所以壓縮編碼是IPC的另一個核心任務(wù)。主要的視頻編碼算法有MPEG4、H.264、AVS等，H.264因為具有良好的圖形質(zhì)量、編碼效率及網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，是目前IPC編碼算法的主流。聲音編碼標準有MP3、G.723等多種格式。

1.4 控制器

控制器是網(wǎng)絡(luò)攝像機的大腦，它肩負著網(wǎng)絡(luò)攝像機的管理和控制工作。如果是硬件壓縮編碼，控制器是一個獨立部件；如果是軟件編碼壓縮，控制器是運行編碼壓縮軟件的DSP，即二者合而為一。

1.5 主要接口

RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口是網(wǎng)絡(luò)攝像機的通用配置，用于IPC進行有線網(wǎng)絡(luò)通信。為了方便本地監(jiān)控，有的IPC還提供一個模擬的視頻接口。另外，IPC還提供了一些其他的外部接口，如控制云臺的485接口，用于報警信號輸入輸出的I/O口等。有的產(chǎn)品還提供對無線網(wǎng)絡(luò)的支持。

1.6 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

網(wǎng)絡(luò)攝像機還增加了一個嵌入式芯片，內(nèi)置嵌入式實時操作系統(tǒng)和Web服務(wù)器，將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)封裝成TCP/IP包，采用RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信。授權(quán)用戶使用標準的瀏覽器即可觀看該攝像機的實時圖像，遠程控制攝像機的鏡頭和云臺。為了方便用戶管理網(wǎng)絡(luò)，有的IPC還支持ICMP、SNMP、IGMP、ARP等網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，有的甚至支持FTP、SMTP、DDNS協(xié)議，提供更加強大的網(wǎng)絡(luò)功能。

2 網(wǎng)絡(luò)攝像機的工作過程

IPC從視頻采集、編碼壓縮到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)全部實現(xiàn)了數(shù)字化，是真正的純數(shù)字設(shè)備。一般網(wǎng)絡(luò)攝像機的工作過程如下：

①外界光信號經(jīng)過鏡頭輸入，聲音信號經(jīng)過麥克風輸入后，由圖像傳感器與聲音傳感器轉(zhuǎn)化為電信號。

②A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，由內(nèi)置的信號處理器進行預(yù)處理，再經(jīng)過編碼器按一定的編碼標準進行編碼壓縮。

③內(nèi)置嵌入式操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)封裝成IP包；在控制器的控制下，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上傳輸。

④控制器還可以接收報警信號及向外發(fā)送報警信號，并對云臺和其它外部設(shè)備進行操作控制。

⑤IPC提供多級用戶管理機制和IP過濾機制，使得不同級別的用戶的訪問權(quán)限不盡相同，即使獲得授權(quán)用戶也只能在自己相關(guān)權(quán)限之內(nèi)進行操作和活動。

3 網(wǎng)絡(luò)攝像機相對于模擬攝像機的優(yōu)勢

3.1 高清攝像機畫質(zhì)上優(yōu)于模擬攝像機

模擬攝像機經(jīng)過反復(fù)的A/D轉(zhuǎn)換、電磁傳輸干擾、隔行掃描等步驟的影響，視頻畫質(zhì)嚴重下降，圖像存儲僅可以達到D1或者4CIF左右分辨率，約合40萬像素。網(wǎng)絡(luò)攝像機則由于采用逐行掃描、數(shù)字信號傳輸?shù)募夹g(shù)，在抗電磁干擾性、圖像清晰度方面存在很大優(yōu)勢，高清攝像機的分辨率經(jīng)常達到百萬級像素甚至千萬級。

3.2 大大拓寬了監(jiān)控范圍

受限于視頻線傳輸模擬信號的限制，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模只能局限于視頻線纜可以直接連接的范圍，常用的5號視頻線傳輸距離在500 m以內(nèi)，即使采用9號視頻線也不能突破1 000 m。

網(wǎng)絡(luò)攝像機不但可通過以太網(wǎng)在局域網(wǎng)環(huán)境內(nèi)部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)，而且可以充分應(yīng)用廣闊的互聯(lián)網(wǎng)資源，跨越地理環(huán)境的限制將音視頻信號傳輸?shù)饺魏尉嚯x，大大拓寬了視頻監(jiān)控的范圍。在后端可以采用手機、PDA終端、計算機等任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，隨時隨地監(jiān)看及管理監(jiān)控視頻，及時掌握現(xiàn)場情況，而不必局限在監(jiān)控中心。

3.3 簡化了線纜敷設(shè)工藝

模擬攝像機中的控制線、視頻線、音頻線、電源線都各自獨立，所以每個攝像機需要很多根不同類型的連線，布線工程繁瑣復(fù)雜且工作量大、布線成本較高。網(wǎng)絡(luò)攝像機只采用一根網(wǎng)線，就可以把音頻、視頻、控制、報警信號全部進行傳輸，有的網(wǎng)絡(luò)攝像機采用了以太網(wǎng)供電技術(shù)（PoE）通過網(wǎng)線直接供電，甚至連電源線也不需要敷設(shè)。

模擬攝像機中的所有連接線纜必須敷設(shè)到監(jiān)控中心，但是網(wǎng)絡(luò)攝像機的網(wǎng)線只要連接到最近的交換機或者路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可，其余部分完全可充分利用已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和綜合布線系統(tǒng)，不必單獨布線，大大降低了布線的工程量和成本。在不適宜布線的環(huán)境中，還可以使用無線網(wǎng)絡(luò)完成遠端監(jiān)控及錄像。

3.4 多碼流技術(shù)和豐富的存儲方式

模擬攝像機多采用MPEG-4編碼進行存儲，網(wǎng)絡(luò)攝像機多采用H.264編碼技術(shù)，在性能方面H.264比MPEG4提高33%左右，編碼效率的提高大大減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)絡(luò)存儲的成本。網(wǎng)絡(luò)攝像機提供雙碼流選項，可以同時滿足省容量存儲和快速度傳輸?shù)牟煌枨蟆?/p>

關(guān)于存儲技術(shù)，一方面在網(wǎng)絡(luò)中心使用功能強大的磁盤陣列構(gòu)建大型的存儲系統(tǒng)進行集中存儲，另一方面網(wǎng)絡(luò)攝像機提供了USB接口、SD卡本地存儲、FTP服務(wù)器遠程存儲等多種靈活的存儲方式進行冗余和補償措施，提高了視頻數(shù)據(jù)的安全性。

3.5 方便系統(tǒng)集成

模擬攝像機只能傳輸單向的視頻信號，硬盤錄像機只能進行單機管理，其性能十分有限。網(wǎng)絡(luò)攝像機便于構(gòu)建大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)擁有集成管理平臺、流媒體服務(wù)器、3W服務(wù)器、訪問控制服務(wù)器、存儲管理服務(wù)器、萬兆網(wǎng)絡(luò)交換機、網(wǎng)絡(luò)防火墻等大型高尖技術(shù)的設(shè)備群，系統(tǒng)集成方便，功能十分強大。

3.6 智能分析前端化

早期的視頻分析技術(shù)多基于后端，對后端設(shè)備資源占用比較高，不利于大規(guī)模、分布式系統(tǒng)的部署。目前，許多IPC廠商直接把入侵探測、人數(shù)統(tǒng)計、車輛逆行、丟包檢測、人臉識別等行為視頻分析功能植入前端IPC內(nèi)，利用IPC的芯片進行視頻分析算法，實現(xiàn)分布式的智能分析，大大減輕了后端設(shè)備的負擔，方便大規(guī)模、分布式系統(tǒng)的構(gòu)建。

4 結(jié) 語

網(wǎng)絡(luò)攝像機站在兩位“巨人”的肩膀上，其發(fā)展的確有著得天獨厚的條件：①在過去30的多年里，模擬攝像機技術(shù)發(fā)展到了爐火純青的地步；②作為企業(yè)和社會的基礎(chǔ)設(shè)施，局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的覆蓋面已經(jīng)十分廣泛和完善，所以網(wǎng)絡(luò)攝像機可以很方便地布置在任何地方，視頻圖像可以隨時隨地被接收和管理。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加和網(wǎng)絡(luò)成本的下降，基于網(wǎng)絡(luò)攝像機構(gòu)建的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為新時代發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻：

[1] 劉紅彬，周強.IP網(wǎng)絡(luò)攝像機及其發(fā)展前景[J].煤礦現(xiàn)代化，2005，（4）.