目前，視頻監(jiān)控正在往第四代——智能視頻監(jiān)控發(fā)展。不論是全模擬的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，還是全數(shù)字的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機(jī)都起到了非常關(guān)鍵的作用——視頻采集。本文就網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行探討，與讀者分享。
文/杭州?？低晹?shù)字技術(shù)有限公司
視頻監(jiān)控最早起源于西方國(guó)家，我國(guó)視頻監(jiān)控的興起是在上世紀(jì)八十年代末，但經(jīng)過(guò)短短二十多年的發(fā)展，目前中國(guó)已經(jīng)成為全球第二大監(jiān)控市場(chǎng)。
視頻監(jiān)控在我國(guó)大致經(jīng)過(guò)了三代的發(fā)展。第一代，是以矩陣為核心的全模擬視頻監(jiān)控時(shí)代；第二代，是矩陣加DVR/NVR的模數(shù)結(jié)合時(shí)代；第三代，是以網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和視頻服務(wù)器為核心的全數(shù)字監(jiān)控時(shí)代。目前，視頻監(jiān)控正在向第四代——智能視頻監(jiān)控發(fā)展。不論是全模擬的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，還是全數(shù)字的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，攝像機(jī)都起到了非常關(guān)鍵的作用——視頻采集。
模擬攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)
傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)，由CCD傳感器對(duì)圖像進(jìn)行采集。通過(guò)CCD攝像機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、圖像處理（內(nèi)部DSP）、數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后輸出模擬信號(hào)。攝像機(jī)輸出的圖像可作不同的應(yīng)用，如可與矩陣相連，通過(guò)視頻切換進(jìn)行顯示；也可以與DVR相連，進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)；也可以與DVS相連，壓縮后通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)取?
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用了全數(shù)字化處理技術(shù)，CCD傳感器采集圖像，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號(hào)；如果使用CMOS傳感器（集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換與DSP），則可直接輸出數(shù)字信號(hào)，后續(xù)的處理和傳輸全部采用數(shù)字信號(hào)。這種全數(shù)字化的處理方式無(wú)需經(jīng)歷數(shù)次的模數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，從而避免了多次轉(zhuǎn)換可能導(dǎo)致的圖像質(zhì)量損耗。采用全數(shù)字接口，避免了信號(hào)的干擾、傳輸距離的限制問(wèn)題。
模擬攝像機(jī)在技術(shù)上較成熟，品種也非常豐富，應(yīng)用已相當(dāng)普遍，但如果要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸，需要借助于其它設(shè)備，如光端機(jī)，或視頻服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的集成度較高，可直接接入IP網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸。對(duì)于單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)接入方式，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)比模擬攝像機(jī)＋視頻服務(wù)器，在成本方面更具有優(yōu)勢(shì)。
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)
從硬件結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是在模擬攝像機(jī)的基礎(chǔ)上集成了視頻壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸處理模塊，所以兼具模擬攝像機(jī)和視頻服務(wù)器的技術(shù)特點(diǎn)，卻不是二者的簡(jiǎn)單組合，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式?jīng)Q定了它有著自身的技術(shù)特點(diǎn)。
1、視頻壓縮
視頻壓縮是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)最基本的技術(shù)要求，目前，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視頻處理芯片以ASIC為主，視頻壓縮采用MPEG-2、M-JPEG、MPEG-4和H.264等標(biāo)準(zhǔn)，其中以H.264為主流。近期，基于TI Davinci芯片的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已經(jīng)面市，Davinci是一個(gè)SoC系統(tǒng)，具有ASIC高效處理的特點(diǎn)，同時(shí)又兼顧了CPU、DSP的創(chuàng)新靈活性，它擁有一個(gè)DSP的主處理系統(tǒng)外，還有一個(gè)ARM9子系統(tǒng)，另外一個(gè)很重要的特點(diǎn)是擁有極其豐富的接口，這些接口對(duì)于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的功能開(kāi)發(fā)相當(dāng)有用，以下某些特點(diǎn)就是基于此特性才具備的。
2、高度集成
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已不僅僅具備傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)圖像采集功能，它已經(jīng)是一個(gè)前端處理系統(tǒng)，具備相當(dāng)豐富的異構(gòu)總線接入功能，如VOIP、報(bào)警器、232/485串行設(shè)備的接入等等，除此以外，還可以將移動(dòng)偵測(cè)、視頻丟失、鏡頭遮蓋、存儲(chǔ)異常等報(bào)警信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后端。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可內(nèi)嵌存儲(chǔ)系統(tǒng)，通常采用的是SD卡，目前SD卡的容量有8MB到4GB不等，SD卡可作為網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)圖像的暫存設(shè)備，等網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，再將視頻進(jìn)行上傳，可有效地保證視頻數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。SD卡的另外一個(gè)用處是將重要的報(bào)警圖像進(jìn)行本地存儲(chǔ)，同時(shí)上傳后端，這樣不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的不可靠傳輸導(dǎo)致視頻數(shù)據(jù)的缺失。
3、以太網(wǎng)供電（POE）
POE是最近幾年發(fā)展較快和應(yīng)用較廣的網(wǎng)絡(luò)供電技術(shù)。POE(Power Over Ethernet)指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5，布線基礎(chǔ)架構(gòu)不作改動(dòng)的情況下，除了為一些基于IP的終端（如IP電話機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等）傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類(lèi)設(shè)備提供直流電的技術(shù)。這樣一來(lái)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)無(wú)需再通過(guò)其他電源來(lái)供電。通過(guò)集中使用UPS(不間斷電源)的方式可確保設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)（根據(jù)UPS而定）不間斷的運(yùn)行，同時(shí)也簡(jiǎn)化了管理。IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)是基于以太網(wǎng)供電系統(tǒng)POE的新標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)要求使用POE供電的設(shè)備功耗不能超過(guò)12.95W。
現(xiàn)在，大多數(shù)廠商提供的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都支持PoE功能。如果已經(jīng)裝了相應(yīng)的普通交換機(jī)設(shè)備，只需通過(guò)給交換機(jī)增加中跨（Midspan），即可實(shí)現(xiàn)PoE的功能。其中，中跨的主要作用是給網(wǎng)線加載電源。
4、無(wú)線接入
雖然現(xiàn)在的大部分建筑都安裝了有線網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)有線的方式把網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)接入到網(wǎng)絡(luò)，但無(wú)線接入的網(wǎng)絡(luò)解決方案在降低工程復(fù)雜度和降低成本方面卻有著較強(qiáng)的吸引力。例如，在一些需要不定期改變攝像頭位置，卻又不想重新布線的場(chǎng)合（例如超市），或布線可能影響整個(gè)內(nèi)部建筑美觀的地方，無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)解決方案能很輕松的解決這些難題。
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)常用的無(wú)線接入方式為無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）接入。無(wú)線局域網(wǎng)指的是跨距較小，通常位于室內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，有效距離一般不超過(guò)100米（802.11g）。無(wú)線局域網(wǎng)有多種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般采用IEEE802.11b或IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其中802.11g是802.11b的改進(jìn)型，數(shù)據(jù)傳輸率最高可達(dá)54Mbps。
5、安全性
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可提供三種形式的安全特性。第一種，是用戶安全管理，如用戶注冊(cè)、權(quán)限管理等；第二種，是IP/MAC地址綁定，只允許綁定IP/MAC地址的電腦訪問(wèn)；第三種，是根據(jù)安全等級(jí)，利用通用的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。
目前，已有廠家推出了基于Davinci的系列網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的H.264編碼引擎，具有PTZ、報(bào)警輸入/輸出、語(yǔ)音對(duì)講、SD存儲(chǔ)等功能，具有心跳、SADP、WebServer等網(wǎng)絡(luò)功能，支持IEEE802.11g規(guī)范的無(wú)線接入。
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)展方向
1、高清晰度
高解析度CCD或高像素CMOS，以及高性能視頻處理器、編碼算法，是提高網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像清晰度的三大技術(shù)要素。
2、智能化
智能監(jiān)控系統(tǒng)中的許多技術(shù)適合在前端實(shí)現(xiàn)，如車(chē)牌識(shí)別、人臉檢測(cè)、行為分析、目標(biāo)跟蹤等。智能分析技術(shù)的日益成熟使得智能技術(shù)逐步產(chǎn)品化，同時(shí)也逐步走入實(shí)用階段。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將是一個(gè)承載智能技術(shù)的理想平臺(tái)。
結(jié)語(yǔ)
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)的基礎(chǔ)上，利用多種IT技術(shù)，特別是視頻編解碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，相對(duì)模擬攝像機(jī)，其技術(shù)發(fā)展空間更為廣闊。
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)配合后端海量存儲(chǔ)與平臺(tái)軟件，可構(gòu)建基于IP的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。使我們?cè)跇?gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)候，又多了一種選擇。隨著網(wǎng)絡(luò)化、智能化應(yīng)用的深入，我們相信，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)將會(huì)得到更多的應(yīng)用。
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