網絡攝像機淺析

摘要： 網絡攝像機是傳統攝像機與網絡視頻技術相結合的新一代產品，除了具備一般傳統攝像機所有的圖像捕捉功能外，機內還內置了數字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統，使得視頻數據經壓縮加密后，通過網絡送至終端用戶。本文除了闡述了網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。

關鍵詞： 網絡監控；圖像壓縮編碼；DSP；ASIC

網絡攝像機是傳統攝像機與網絡視頻技術相結合的新一代產品，除了具備一般傳統攝像機所有的圖像捕捉功能外，機內還內置了數字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統，使得視頻數據經壓縮加密后，通過局域網，Internet或無線網絡送至終端用戶。網絡攝像機的應用，使得圖像監控技術有了一個質的飛躍。第一，網絡的綜合布線代替了傳統的視頻模擬布線，實現了真正的三網(音頻、視頻、數據)合一，網絡攝像機即插即用，工程實施簡便，系統擴充方便；第二，跨區域遠程監控成為可能，特別是利用互聯網，圖像監控已經沒有距離限制，而且圖像清晰，穩定可靠；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為典型的網絡攝像機在視頻監控中的應用拓撲圖。

圖1  典型網絡攝像機在視頻監控中的應用拓撲圖
　　
網絡攝像機的技術結構

大家可以看到，網絡攝像機可以直接接入到TCP/IP的數字化網絡中，因此這種系統主要的功能就是在聯網上面，通過互聯網或者內部局域網進行視頻和音頻的傳輸。從內部構成上說，網絡攝像機的基本結構一般都是由圖像傳感器、視頻編碼器、網絡服務器、外部報警、控制接口等部分組成。
相比較傳統的模擬攝像機，網絡攝像機最核心的技術就是視頻編碼器。現在，就網絡攝像機的各部分我們做一個技術分析，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。現在攝像機的圖像傳感器主要有2種，即CMOS和CCD。由于CCD在圖像質量方面比CMOS有一定的優勢，因此在監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，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驅動輸出的模擬信號，通過一個視頻AD進行模擬數字轉化。視頻編碼的標準很多，現在主要的網絡攝像機的標準有MJPEG、MPEG4和H.264。

*網絡服務器：其功能是把壓縮好的視頻信號，通過TCP/IP的協議輸出，并且基本上要支持現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絡攝像機的輔助功能，主要是通過串口或者IO口來實現，串口的方式包括RS232和RS485等等。

圖像的編碼標準

當前，網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再做一個簡單介紹。

M-JPEG

M-JPEG技術即運動靜止圖像壓縮技術，它把運動的視頻序列作為連續的靜止圖像來處理，這種壓縮技術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于音視頻信號以及多媒體信號的壓縮與解壓縮技術的標準。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壓縮技術的網絡型產品可使用帶寬較低的網絡，如PSTN，ISDN,ADSL等，大大節省了網絡費用。另外，MPEG-4的最高分辨率可達720