一種攝像機(jī)雙網(wǎng)模塊集成系統(tǒng)

張春香

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)工作原理

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)除了具備一般傳統(tǒng)攝像機(jī)所有的圖像捕捉功能外，機(jī)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(guò)局域網(wǎng)，Internet或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)送至終端用戶。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以直接接入到TCP/IP的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)中，因此這種系統(tǒng)主要的功能就是在聯(lián)網(wǎng)上面，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者內(nèi)部局域網(wǎng)進(jìn)行視頻和音頻的傳輸。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)組成原理

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般由鏡頭、圖像、聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、控制器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外部報(bào)警、控制接口等部分組成。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)鏡頭

鏡頭作為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的前端部件，有固定光圈、自動(dòng)光圈、自動(dòng)變焦、自動(dòng)變倍等種類，與模擬攝像機(jī)相同。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像傳感器

圖像傳感器有CMOS和CCD兩種模式。CMOS既互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，通過(guò)CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的功能的。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)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(duì)CCD最主要的優(yōu)勢(shì)就是非常省電。不像由二級(jí)管組成的CCD和CMOS電路幾乎沒(méi)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(wèn)題是在處理快速變換的影像時(shí)，由于電流變換過(guò)于頻繁而過(guò)熱。暗電流抑制的好就問(wèn)題不大，如果抑制的不好就十分容易出現(xiàn)雜點(diǎn)。

CCD圖像傳感器由在單晶硅基片上呈二維排列的光電二級(jí)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(shè)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(diǎn)，同時(shí)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(jī)相同。 聲音傳感器即拾聲器或叫麥克風(fēng)，與傳統(tǒng)的話筒原理一樣。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)?！』贑MOS模式的圖像傳感器模塊有直接數(shù)字信號(hào)輸出的接口，無(wú)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(wú)須A/D轉(zhuǎn)換器，但由于此模塊主要針對(duì)模擬攝像機(jī)設(shè)計(jì)，只有模擬輸出接口，故需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像編碼器

經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的圖像、聲音數(shù)字信號(hào)，按一定的格式或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼壓縮。編碼壓縮的目的是為了便于實(shí)現(xiàn)音/視信號(hào)與多媒體信號(hào)的數(shù)字化；便于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)以及萬(wàn)維網(wǎng)上不失真地傳輸上述信號(hào)。

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(yùn)行在DSP上進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)有MP3等格式。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)控制器

控制器是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的心臟，它肩負(fù)著網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的管理和控制工作。如果是硬件壓縮編碼，控制器是一個(gè)獨(dú)立部件；如果是軟件編碼壓縮，控制器是運(yùn)行編碼壓縮軟件的DSP，即二者合而為一。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能，它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，允許用戶從自己的PC機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的IP地址對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行訪問(wèn)，觀看實(shí)時(shí)圖像，及控制攝像機(jī)的鏡頭和云臺(tái)。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)外部報(bào)警

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)為工程應(yīng)用提供了實(shí)用的外部接口，如控制云臺(tái)的485接口，用于報(bào)警信號(hào)輸入輸出的I/O口。如紅外探頭發(fā)現(xiàn)有目標(biāo)出現(xiàn)，發(fā)報(bào)警信號(hào)給網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)自動(dòng)調(diào)整鏡頭方向并實(shí)時(shí)錄像；另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)偵測(cè)到有移動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，亦可向外發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的基本原理是：圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)鏡頭輸入及聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)輸入后，由圖像傳感器的聲音傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)編碼器按一定的編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼壓縮，再控制器的控制下，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器按一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議送上局域網(wǎng)或INTERNET，控制器還可以接收?qǐng)?bào)警信號(hào)及向外發(fā)送報(bào)警信號(hào)，且按要求發(fā)出控制信號(hào)。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有MPEG4、H.264、M-JPEG等。

MPEG4

所謂MPEG標(biāo)準(zhǔn)就是指由ISO的活動(dòng)圖像專家組制定的一系列關(guān)于音視頻信號(hào)以及多媒體信號(hào)的壓縮與解壓縮技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。到2012年為止，已經(jīng)制定完成并批準(zhǔn)執(zhí)行的有：1991年批準(zhǔn)的MPEG1、MP3;1994年批準(zhǔn)的MPEG2;1999年批準(zhǔn)的MPEG4和MP4。正在制定的標(biāo)準(zhǔn)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(guò)不斷地完善和多次的升級(jí)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腄PCM的混合編碼，在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腄PCM混合編碼，在運(yùn)動(dòng)搜索的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，然后運(yùn)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(chǔ)上，將運(yùn)動(dòng)矢量的搜索增加為半象素點(diǎn)搜索；同時(shí)又增加了無(wú)限制運(yùn)動(dòng)矢量、基于語(yǔ)法的算術(shù)編碼、高級(jí)預(yù)測(cè)技術(shù)和PB幀編碼等四個(gè)高級(jí)選項(xiàng)；從而達(dá)到了進(jìn)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(kāi)發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)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(yùn)動(dòng)靜止圖像壓縮技術(shù)，它把運(yùn)動(dòng)的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來(lái)處理，這種壓縮技術(shù)方式單獨(dú)完整地壓縮每一幀，在編輯過(guò)程中可隨機(jī)存儲(chǔ)每一幀，可進(jìn)行精確到幀地編輯。但M-JPEG只對(duì)幀內(nèi)地空間冗余進(jìn)行壓縮，不對(duì)幀間的時(shí)間冗余進(jìn)行壓縮，故壓縮效率不高。

3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（3G IP Camera）采用最新的3G移動(dòng)通信技術(shù)，針對(duì)家庭，小型企業(yè)或者特定行業(yè)用戶監(jiān)控應(yīng)用的需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種安裝簡(jiǎn)易、操作靈便、性價(jià)比高的移動(dòng)視頻監(jiān)控設(shè)備。3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過(guò)3G無(wú)線上網(wǎng)卡接入3G網(wǎng)絡(luò)（支持WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA），3G 無(wú)線上網(wǎng)卡分為外置和內(nèi)置兩種形式，外置3G Modem采用USB口連接到攝像機(jī)，可以根據(jù)當(dāng)?shù)?G網(wǎng)絡(luò)制式，靈活更換，而內(nèi)置3G Modem則更加穩(wěn)定可靠，只需在3G無(wú)線監(jiān)控?cái)z像機(jī)上插入SIM卡即可使用。 　3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不同，其不僅提供了通過(guò)Internet訪問(wèn)的方式，更加創(chuàng)造性的提供了3G視頻電話通道的監(jiān)控方式。這樣一來(lái)，您用普通的3G手機(jī)，無(wú)需安裝軟件，只需撥打一個(gè)視頻電話，攝像機(jī)實(shí)時(shí)的監(jiān)控視頻立刻呈現(xiàn)在眼前，從而讓監(jiān)控變得非常簡(jiǎn)單。3G無(wú)線監(jiān)控?cái)z像機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)是用戶永遠(yuǎn)在線，一旦有警情，攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)回?fù)茉O(shè)定的3G手機(jī)號(hào)碼，您只要按一個(gè)接聽(tīng)鍵，任何情況都盡收眼底。利用視頻電話的音頻通道，3G無(wú)線監(jiān)控?cái)z像機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)聽(tīng)的功能，更便于您了解監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的情況。

此外，3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)云臺(tái)控制、四級(jí)變焦控制、遙控錄像、手機(jī)錄像記錄瀏覽、手機(jī)設(shè)防和撤防、手機(jī)號(hào)碼過(guò)濾、訪問(wèn)口令保護(hù)、外接傳感器等功能，讓3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)成為家庭安防的核心。

通過(guò)3G撥號(hào)上網(wǎng)，3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以接入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)DDNS支持遠(yuǎn)程Web訪問(wèn)，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，并采用H.264視頻編碼。

■ 手機(jī)零配置（Zero-configuration）

■ 查看全移動(dòng)（Fully mobile surveillance）

■圖像高質(zhì)量（High quality pictures）

■ 接入更安全（Secure access）

基于網(wǎng)絡(luò)的攝像機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)先進(jìn)性

此系統(tǒng)利用現(xiàn)有的綜合布線網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)所需的前端設(shè)備少，連線簡(jiǎn)潔；后端僅需一套軟件系統(tǒng)即可。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可靠性

此系統(tǒng)的主要設(shè)備網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，而圖像的傳輸是通過(guò)綜合布線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)的可靠性是相當(dāng)高的。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)性能價(jià)格比

此系統(tǒng)所需設(shè)備極其簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的控制全由后端的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，省去了傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的大量設(shè)備，如昂貴的矩陣、畫(huà)面分割器、切換器、視頻轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)等。由于圖象的傳輸通過(guò)綜合布線網(wǎng)絡(luò)，省去了大量的視頻同軸電纜，降低了費(fèi)用。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)安全性

系統(tǒng)設(shè)置了不同等級(jí)的使用者權(quán)限，僅有最高級(jí)權(quán)限的用戶才可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置或更改。沒(méi)有權(quán)限的用戶是接收不到圖像的。圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是專有的格式。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)易維護(hù)

系統(tǒng)的安裝極其簡(jiǎn)單,軟件系統(tǒng)的安裝及使用也非常易懂。在維護(hù)性方面,系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)潔，而主要設(shè)備的可靠性很高，維護(hù)性能好，而且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)易擴(kuò)展

當(dāng)需要增加監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控主機(jī)時(shí)，只需要通過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增加一臺(tái)攝像機(jī)或PC機(jī)即可，而不需要對(duì)現(xiàn)有布線系統(tǒng)做什么改動(dòng)。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)應(yīng)用范圍廣

區(qū)域性監(jiān)控：利用網(wǎng)絡(luò)傳送實(shí)時(shí)圖像，如辦公室、大樓等跨區(qū)遠(yuǎn)端監(jiān)控：連鎖事業(yè)、大型工廠機(jī)房、遠(yuǎn)端老人兒童看護(hù)、公共建物、無(wú)人危險(xiǎn)環(huán)境監(jiān)控、各金融機(jī)構(gòu)分行監(jiān)控、交通監(jiān)管、錯(cuò)誤警報(bào)辨識(shí)…等。