網絡攝像機的優勢分析

李梅芳　李輝

摘 要：隨著集成電路技術、網絡技術、壓縮解壓縮技術的發展，網絡攝像機得到了迅猛的發展和廣泛的應用，已經成為視頻監控的標志和核心設備。網絡攝像機不僅可基于局域網實現傳統的區域監控，而且能基于互聯網實現遠程監控。文章論述了網絡攝像機的工作原理、組成結構，剖析了網絡攝像機優于傳統攝像機的優勢。

關鍵詞：網絡攝像機（IPC）；遠程監控壓縮編碼算法

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

1 網絡攝像機的結構

網絡攝像機，簡稱IPC（IPCamera），是傳統攝像機與網絡技術相結合的新一代產品。IPC由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、控制器、模/數轉換器、編碼芯片、網絡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和質量。

1.2 圖像傳感器和聲音傳感器

光電轉換是IPC的核心任務之一，圖像傳感器就是攝像機進行光電轉換的芯片，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，在模擬和網絡攝像機中應用都很普遍。CMOS主要優點是功耗低、工藝簡單，是IPC未來的發展趨勢。

1.3 編碼芯片

圖像和聲音傳感器產生的模擬信號被A/D轉換芯片轉換成數字信號以后，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。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量、編碼效率及網絡適應能力，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

控制器是網絡攝像機的大腦，它肩負著網絡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網絡接口是網絡攝像機的通用配置，用于IPC進行有線網絡通信。為了方便本地監控，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。有的產品還提供對無線網絡的支持。

1.6 網絡服務器

網絡攝像機還增加了一個嵌入式芯片，內置嵌入式實時操作系統和Web服務器，將壓縮后的視頻數據封裝成TCP/IP包，采用RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相關網絡協議進行數據通信。授權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絡，有的IPC還支持ICMP、SNMP、IGMP、ARP等網絡管理協議，有的甚至支持FTP、SMTP、DDNS協議，提供更加強大的網絡功能。

2 網絡攝像機的工作過程

IPC從視頻采集、編碼壓縮到網絡傳輸等各個環節全部實現了數字化，是真正的純數字設備。一般網絡攝像機的工作過程如下：

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

②A/D轉換器將模擬電信號轉換為數字電信號，由內置的信號處理器進行預處理，再經過編碼器按一定的編碼標準進行編碼壓縮。

③內置嵌入式操作系統將數據封裝成IP包；在控制器的控制下，由網絡服務器通過TCP/IP網絡協議在局域網或互聯網上傳輸。

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

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限不盡相同，即使獲得授權用戶也只能在自己相關權限之內進行操作和活動。

3 網絡攝像機相對于模擬攝像機的優勢

3.1 高清攝像機畫質上優于模擬攝像機

模擬攝像機經過反復的A/D轉換、電磁傳輸干擾、隔行掃描等步驟的影響，視頻畫質嚴重下降，圖像存儲僅可以達到D1或者4CIF左右分辨率，約合40萬像素。網絡攝像機則由于采用逐行掃描、數字信號傳輸的技術，在抗電磁干擾性、圖像清晰度方面存在很大優勢，高清攝像機的分辨率經常達到百萬級像素甚至千萬級。

3.2 大大拓寬了監控范圍

受限于視頻線傳輸模擬信號的限制，傳統的視頻監控系統規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，即使采用9號視頻線也不能突破1 000 m。

網絡攝像機不但可通過以太網在局域網環境內部署視頻監控系統，而且可以充分應用廣闊的互聯網資源，跨越地理環境的限制將音視頻信號傳輸到任何距離，大大拓寬了視頻監控的范圍。在后端可以采用手機、PDA終端、計算機等任何網絡設備，隨時隨地監看及管理監控視頻，及時掌握現場情況，而不必局限在監控中心。

3.3 簡化了線纜敷設工藝

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，布線工程繁瑣復雜且工作量大、布線成本較高。網絡攝像機只采用一根網線，就可以把音頻、視頻、控制、報警信號全部進行傳輸，有的網絡攝像機采用了以太網供電技術（PoE）通過網線直接供電，甚至連電源線也不需要敷設。

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

3.4 多碼流技術和豐富的存儲方式

模擬攝像機多采用MPEG-4編碼進行存儲，網絡攝像機多采用H.264編碼技術，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絡傳輸和網絡存儲的成本。網絡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的不同需求。

關于存儲技術，一方面在網絡中心使用功能強大的磁盤陣列構建大型的存儲系統進行集中存儲，另一方面網絡攝像機提供了USB接口、SD卡本地存儲、FTP服務器遠程存儲等多種靈活的存儲方式進行冗余和補償措施，提高了視頻數據的安全性。

3.5 方便系統集成

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。網絡攝像機便于構建大型視頻監控系統，系統擁有集成管理平臺、流媒體服務器、3W服務器、訪問控制服務器、存儲管理服務器、萬兆網絡交換機、網絡防火墻等大型高尖技術的設備群，系統集成方便，功能十分強大。

3.6 智能分析前端化

早期的視頻分析技術多基于后端，對后端設備資源占用比較高，不利于大規模、分布式系統的部署。目前，許多IPC廠商直接把入侵探測、人數統計、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，利用IPC的芯片進行視頻分析算法，實現分布式的智能分析，大大減輕了后端設備的負擔，方便大規模、分布式系統的構建。

4 結 語

網絡攝像機站在兩位“巨人”的肩膀上，其發展的確有著得天獨厚的條件：①在過去30的多年里，模擬攝像機技術發展到了爐火純青的地步；②作為企業和社會的基礎設施，局域網和互聯網的覆蓋面已經十分廣泛和完善，所以網絡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。隨著網絡帶寬的增加和網絡成本的下降，基于網絡攝像機構建的大規模網絡視頻監控系統已成為新時代發展的必然趨勢。

參考文獻：

[1] 劉紅彬，周強.IP網絡攝像機及其發展前景[J].煤礦現代化，2005，（4）.