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。
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10口來實現，串口的方式包括RS232和RS485等等。[NextPage]
網絡攝像機圖像編碼標準
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720×576，接近DVD畫面效果，基于圖像壓縮的模式決定了它對運動物體可以保證有良好的清晰度。MPEG-4所有的這些優點，使它成為當前網絡產品生產廠商開發的重要趨勢之一。
H．263
H．263是ITU-T提出的作為H．324終端使用的視頻編解碼建議，H．263經過不斷地完善和多次的升級已經日臻成熟，如今已經大部分代替了H．261，而且H．263由于能在低帶寬上傳輸高質量的視頻流而日益受到歡迎。
H．263是基于運動補償的DPCM的混合編碼，在運動補償的DPCM混合編碼，在運動搜索的基礎上進行運動補償，然后運用DCT變換和“之”字形掃描編碼，從而得到輸出碼流。H．263在H．261建議的基礎上，將運動矢量的搜索增加為半象素點搜索；同時又增加了無限制運動矢量、基于語法的算術編碼、高級預測技術和PB幀編碼等四個高級選項；從而達到了進一步降低碼速率和提高編碼質量的目的。
H．264
H．264是ITU-T的VCEG(視頻編碼專家組)和ISO／IEC的MPEG(活動圖像編碼專家組)的聯合視頻組(JVT：joint video team)開發的一個新的數字視頻編碼標準，它既是ITU-T的H．264，又是ISO／IEC的MPEG4的第十部分。
在相同的重建圖像質量下，H．264能夠比H．263節約50％左右的碼率，比目前根據MPEG4實現的視頻格式在性能方面提高33％左右。
[NextPage]
網絡攝像機核心技術
百萬像素鏡頭：視頻監控百萬像素時代的到來，百萬像素級的攝像機必然需要百萬像素級光線配合，因而必然會誕生相配套的百萬像素鏡頭。百萬像素對應鏡頭可以更好地配合百萬像素傳感器，以獲取焦距更清晰的圖像。
CCD與CMOS之爭：感光器件是攝像機最為核心的部分，在模擬攝像機以及標清網絡攝像機中，最為廣泛使用的是CCD，但隨著百萬像素網絡攝像機的出現，其主要采用高分辨率的逐行掃描方式，逐行掃描的CMOS傳感器比隔行掃描CCD芯片更有優勢，它依次掃描每一條電視線，而不是將電視線分成奇數和偶數線條再疊加成一副完整圖像。采用隔行掃描，快速運動的物體在奇數場掃描和偶數場掃描中的位置存在較大差異，導致畫面模糊不清，對于交通等領域而言，更需要的是清晰、無鋸齒的運動車輛圖像，CMOS在像素密度上的優勢使其穩據一席之地。目前，130萬網絡攝像機沿襲模擬的優勢，較多采用CCD，而200萬以上的網絡攝像機則更傾向于CMOS。CCD的特點是靈敏度高，但響應速度較低，而CMOS除了像素密集度的優勢，成本和功耗優勢更加得到廠家的青睞，其不足之處在于，低照度或黑暗的環境下噪點較多，如果沒有補光措施無法在夜間達到理想效果。
壓縮處理芯片技術：百萬像素網絡攝像機視頻數據量非常大，對壓縮芯片以及CPU處理能力要求較高。要獲得清晰的圖像，除了鏡頭和傳感器外，還包括圖像壓縮分辨率和幀數。芯片壓縮處理能力直接決定了對傳輸網絡、錄像存儲以及后端處理的要求，也很大程度上影響著圖像的質量。圖像清晰度愈高，所占用帶寬愈大。目前，芯片的處理能力主要體現在分辨率、低帶寬多碼流應用方面。
要實現良好的圖像質量，除了前端鏡頭、傳感器部分對光線的處理，影像處理部分也是百萬像素網絡攝像機中不可忽視的一環。通常情況下，傳感器部分設置有內嵌的圖像處理芯片處理一些較簡單的功能，自動曝光、自動白平衡校對以及自動化對焦等功能則必須通過后端ISP芯片處理，以獲得良好的影像效果。
在百萬像素網絡攝像機中被廣泛采用的圖像壓縮技術有M-JPEG/MPEG-4/H.264三種方式，每種壓縮方式有不同的特點，M-JPEG能獲得最高的單幅畫面質量，但壓縮效率較低，占用帶寬最大;H.264可以獲得最高的壓縮比，對攝像機本身的處理平臺要求也最高。為了獲得較高的分辨率并且實現全實時傳輸，主流廠家均采用H.264的壓縮算法，以實現低帶寬下的應用。“720P畫質并不是唯一追求目標，在低碼流下實現一個高清流暢的畫面，才能夠滿足各行各業對于高清視頻的基本需求，”ACTi陳棟認為。據了解，主流廠家通過芯片壓縮處理，目前可以實現的壓縮率是720P@2~4Mbps25幀全實時傳輸狀態，2Mbps的碼率還有另外一個含義，D1(720X480)畫質下DVR的存儲碼流就是2Mbps為主，這也就意味著用戶可以在不大幅增加網絡和存儲成本的情況下選用720P網絡攝像機。
在實際應用中，百萬像素網絡攝像機還必須實現多碼流的應用，網路攝像機在本地監控之外還有遠程管理的需求，因此在保證本地百萬像素高畫質傳輸的同時，還需提供一個低碼流的數據，以實現對關鍵圖像、關鍵畫面、關鍵錄像數據的遠程備份。目前，市場上比較高端的百萬像素網絡攝像機都配備了強大的M-JPEG/MPEG-4/H.264三編碼引擎，同時具有靈活的雙碼流功能，根據用戶的需求設計適合的解決方案。用戶可以根據實際情況采用720P全實時傳輸，也可以在正常情況下只采用普通分辨率來傳輸實時圖像(比如D1)，而在報警條件發生時以高像素的JPEG形式傳輸高分辨率的圖像，以便于事后放大觀看，也就是平時傳輸占用帶寬較小的實時圖像，而在關鍵時刻傳輸圖像效果好，但占用較大網絡帶寬的高清圖像，以獲取清晰的細節。
京公網安備 11010502049343號