Illustra600網(wǎng)絡攝像機

網(wǎng)絡攝像機工作原理

網(wǎng)絡攝像機除了具備一般傳統(tǒng)攝像機所有的圖像捕捉功能外，機內(nèi)還內(nèi)置了數(shù)字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統(tǒng)，使得視頻數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮加密后，通過局域網(wǎng)，Internet或無線網(wǎng)絡送至終端用戶。網(wǎng)絡攝像機可以直接接入到TCP/IP的數(shù)字化網(wǎng)絡中，因此這種系統(tǒng)主要的功能就是在聯(lián)網(wǎng)上面，通過互聯(lián)網(wǎng)或者內(nèi)部局域網(wǎng)進行視頻和音頻的傳輸。

網(wǎng)絡攝像機組成原理

網(wǎng)絡攝像機一般由鏡頭、圖像、聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、控制器網(wǎng)絡服務器、外部報警、控制接口等部分組成。

網(wǎng)絡攝像機鏡頭

鏡頭作為網(wǎng)絡攝像機的前端部件，有固定光圈、自動光圈、自動變焦、自動變倍等種類，與模擬攝像機相同。

網(wǎng)絡攝像機圖像傳感器

圖像傳感器有CMOS和CCD兩種模式。CMOS既互補性金屬氧化物半導體，CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能的。這兩個互補效應所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。不像由二級管組成的CCD和CMOS電路幾乎沒有靜態(tài)電量消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要問題是在處理快速變換的影像時，由于電流變換過于頻繁而過熱。暗電流抑制的好就問題不大，如果抑制的不好就十分容易出現(xiàn)雜點。

CCD圖像傳感器由在單晶硅基片上呈二維排列的光電二級管及其傳輸電路構(gòu)成。光電二極管把光轉(zhuǎn)化成電荷，再經(jīng)轉(zhuǎn)化電路傳送和輸出。

通常，傳送優(yōu)良圖像質(zhì)量的設備都采用CCD圖像傳感器，而注重功耗和成本的產(chǎn)品則選擇CMOS圖像傳感器。但新的技術(shù)正在克服每種器體固有的弱點，同時保留了適合于特定用途的某些特性。這一部分與模擬攝像機相同。 聲音傳感器即拾聲器或叫麥克風，與傳統(tǒng)的話筒原理一樣。

網(wǎng)絡攝像機A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將圖像和聲音等模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號?！』贑MOS模式的圖像傳感器模塊有直接數(shù)字信號輸出的接口，無須A/D轉(zhuǎn)換器；而基于CCD模式的圖像傳感器模塊如有直接數(shù)字輸出的接口，亦無須A/D轉(zhuǎn)換器，但由于此模塊主要針對模擬攝像機設計，只有模擬輸出接口，故需要進行A/D轉(zhuǎn)換。

網(wǎng)絡攝像機圖像編碼器

經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的圖像、聲音數(shù)字信號，按一定的格式或標準進行編碼壓縮。編碼壓縮的目的是為了便于實現(xiàn)音/視信號與多媒體信號的數(shù)字化；便于在計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡以及萬維網(wǎng)上不失真地傳輸上述信號。

圖像編碼壓縮技術(shù)有兩種：一種是硬件編碼壓縮，即將編碼壓縮算法固化在芯片上；另一種是基于DSP的軟件編碼壓縮，即軟件運行在DSP上進行圖像的編碼壓縮。同樣，聲音的壓縮亦可采用硬件編碼壓縮和軟件壓縮，其編碼標準有MP3等格式。

網(wǎng)絡攝像機控制器

控制器是網(wǎng)絡攝像機的心臟，它肩負著網(wǎng)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。

網(wǎng)絡攝像機網(wǎng)絡服務器

網(wǎng)絡服務器提供網(wǎng)絡攝像機的網(wǎng)絡功能，它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相關(guān)網(wǎng)絡協(xié)議，允許用戶從自己的PC機使用標準的瀏覽器根據(jù)網(wǎng)絡攝像機的IP地址對網(wǎng)絡攝像機進行訪問，觀看實時圖像，及控制攝像機的鏡頭和云臺。

網(wǎng)絡攝像機外部報警

網(wǎng)絡攝像機為工程應用提供了實用的外部接口，如控制云臺的485接口，用于報警信號輸入輸出的I/O口。如紅外探頭發(fā)現(xiàn)有目標出現(xiàn)，發(fā)報警信號給網(wǎng)絡攝像機，網(wǎng)絡攝像機自動調(diào)整鏡頭方向并實時錄像；另一方面，當網(wǎng)絡攝像機偵測到有移動目標出現(xiàn)時，亦可向外發(fā)出報警信號。

網(wǎng)絡攝像機的基本原理是：圖像信號經(jīng)過鏡頭輸入及聲音信號經(jīng)過麥克風輸入后，由圖像傳感器的聲音傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，再經(jīng)過編碼器按一定的編碼標準進行編碼壓縮，再控制器的控制下，由網(wǎng)絡服務器按一定的網(wǎng)絡協(xié)議送上局域網(wǎng)或INTERNET，控制器還可以接收報警信號及向外發(fā)送報警信號，且按要求發(fā)出控制信號。

網(wǎng)絡攝像機圖像編碼標準

網(wǎng)絡攝像機的圖像壓縮編碼標準主要有MPEG4、H.264、M-JPEG等。

MPEG4

所謂MPEG標準就是指由ISO的活動圖像專家組制定的一系列關(guān)于音視頻信號以及多媒體信號的壓縮與解壓縮技術(shù)的標準。到2012年為止，已經(jīng)制定完成并批準執(zhí)行的有：1991年批準的MPEG1、MP3;1994年批準的MPEG2;1999年批準的MPEG4和MP4。正在制定的標準有：MPEG7和MEPG21.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(jīng)過不斷地完善和多次的升級已經(jīng)日臻成熟，如今已經(jīng)大部分代替了H.261，而且H.263由于能在低帶寬上傳輸高質(zhì)量的視頻流而日益受到歡迎。

1. 263是基于運動補償?shù)腄PCM的混合編碼，在運動補償?shù)腄PCM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(shù)編碼、高級預測技術(shù)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(zhì)量的目的。

2. 264

3. 264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG的聯(lián)合視頻組開發(fā)的一個新的數(shù)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(zhì)量下，H.264能夠比H.263節(jié)約50%左右的碼率，比根據(jù)MPEG4實現(xiàn)的視頻格式在性能方面提高33%左右。

M-JPEG

M-JPEG技術(shù)即運動靜止圖像壓縮技術(shù)，它把運動的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來處理，這種壓縮技術(shù)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(nèi)地空間冗余進行壓縮，不對幀間的時間冗余進行壓縮，故壓縮效率不高。

• ①運動感知——網(wǎng)絡攝像機在檢測到運動的物體時所拍攝的一幅新圖片

• ②圖像存檔——您可以創(chuàng)建一個存檔，用以保存您的所有網(wǎng)絡攝像機圖像，或僅按預設間隔保存某些圖像

• ③視頻消息——有些即時消息程序支持網(wǎng)絡攝像機視頻。

• ④高級連接——使用有線或無線方法將你的家庭影院音視頻設備連接到網(wǎng)絡攝像機

• ⑤自動化——機器人攝像機允許你根據(jù)攝像機的位置設置一系列平移/傾斜位置，并設定圖像捕獲設置

• ⑥媒體流——對于專業(yè)應用，網(wǎng)絡攝像機裝置可以使用MPEG4壓縮以獲得真正的音頻流和視頻流（這是大多數(shù)基于PC的流行媒體播放器中使用的壓縮系統(tǒng)）。

• ⑦自定義編碼——導入你自己的計算機代碼以告訴網(wǎng)絡攝像機應該進行什么操作

• ⑧自定義編碼的實例之一是一組可使網(wǎng)絡攝像機圖像自動刷新的命令。

基于網(wǎng)絡的攝像機的監(jiān)控系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：

網(wǎng)絡攝像機先進性

此系統(tǒng)利用現(xiàn)有的綜合布線網(wǎng)絡傳輸圖像，并進行實時監(jiān)控。系統(tǒng)所需的前端設備少，連線簡潔；后端僅需一套軟件系統(tǒng)即可。

網(wǎng)絡攝像機可靠性

此系統(tǒng)的主要設備網(wǎng)絡攝像機采用了嵌入式實時操作系統(tǒng)，所需設備簡單，而圖像的傳輸是通過綜合布線網(wǎng)絡實現(xiàn)的，系統(tǒng)的可靠性是相當高的。

網(wǎng)絡攝像機性能價格比

此系統(tǒng)所需設備極其簡單，系統(tǒng)的控制全由后端的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的大量設備，如昂貴的矩陣、畫面分割器、切換器、視頻轉(zhuǎn)網(wǎng)絡的主機等。由于圖象的傳輸通過綜合布線網(wǎng)絡，省去了大量的視頻同軸電纜，降低了費用。

網(wǎng)絡攝像機安全性

系統(tǒng)設置了不同等級的使用者權(quán)限，僅有最高級權(quán)限的用戶才可對整個系統(tǒng)進行設置或更改。沒有權(quán)限的用戶是接收不到圖像的。圖像數(shù)據(jù)的存儲是專有的格式。

網(wǎng)絡攝像機易維護

系統(tǒng)的安裝極其簡單,軟件系統(tǒng)的安裝及使用也非常易懂。在維護性方面,系統(tǒng)的接線十分簡潔，而主要設備的可靠性很高，維護性能好，而且可實現(xiàn)遠程維護。

網(wǎng)絡攝像機易擴展

當需要增加監(jiān)控點，監(jiān)控主機時，只需要通過現(xiàn)有網(wǎng)絡增加一臺攝像機或PC機即可，而不需要對現(xiàn)有布線系統(tǒng)做什么改動。

網(wǎng)絡攝像機應用范圍廣

區(qū)域性監(jiān)控：利用網(wǎng)絡傳送實時圖像，如辦公室、大樓等跨區(qū)遠端監(jiān)控：連鎖事業(yè)、大型工廠機房、遠端老人兒童看護、公共建物、無人危險環(huán)境監(jiān)控、各金融機構(gòu)分行監(jiān)控、交通監(jiān)管、錯誤警報辨識…等。