一種攝像機(jī)雙網(wǎng)模塊集成系統(tǒng)成果信息

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，通過局域網(wǎng)，Internet或無線網(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、自動光圈、自動變焦、自動變倍等種類，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CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)基本的功能的。這兩個互補(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(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(jī)設(shè)計，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，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/視信號與多媒體信號的數(shù)字化；便于在計算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)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(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地址對網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行訪問，觀看實(shí)時圖像，及控制攝像機(jī)的鏡頭和云臺。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)外部報警

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(biāo)出現(xiàn)，發(fā)報警信號給網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)自動調(diào)整鏡頭方向并實(shí)時錄像；另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)偵測到有移動目標(biāo)出現(xiàn)時，亦可向外發(fā)出報警信號。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(fēng)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(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(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(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(yùn)動補(bǔ)償?shù)腄PCM的混合編碼，在運(yùn)動補(bǔ)償?shù)腄PCM混合編碼，在運(yùn)動搜索的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動補(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)動矢量的搜索增加為半象素點(diǎn)搜索；同時又增加了無限制運(yùn)動矢量、基于語法的算術(shù)編碼、高級預(yù)測技術(shù)和PB幀編碼等四個高級選項(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)合視頻組開發(fā)的一個新的數(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)動靜止圖像壓縮技術(shù)，它把運(yùn)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(dú)完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機(jī)存儲每一幀，可進(jìn)行精確到幀地編輯。但M-JPEG只對幀內(nèi)地空間冗余進(jìn)行壓縮，不對幀間的時間冗余進(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移動通信技術(shù)，針對家庭，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)計實(shí)現(xiàn)了一種安裝簡易、操作靈便、性價比高的移動視頻監(jiān)控設(shè)備。3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過3G無線上網(wǎng)卡接入3G網(wǎng)絡(luò)（支持WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA），3G 無線上網(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無線監(jiān)控攝像機(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Internet訪問的方式，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，您用普通的3G手機(jī)，無需安裝軟件，只需撥打一個視頻電話，攝像機(jī)實(shí)時的監(jiān)控視頻立刻呈現(xiàn)在眼前，從而讓監(jiān)控變得非常簡單。3G無線監(jiān)控攝像機(jī)最大的優(yōu)勢是用戶永遠(yuǎn)在線，一旦有警情，攝像機(jī)會自動回?fù)茉O(shè)定的3G手機(jī)號碼，您只要按一個接聽鍵，任何情況都盡收眼底。利用視頻電話的音頻通道，3G無線監(jiān)控攝像機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)聽的功能，更便于您了解監(jiān)控現(xiàn)場的情況。

此外，3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)云臺控制、四級變焦控制、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)號碼過濾、訪問口令保護(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3G撥號上網(wǎng)，3G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以接入互聯(lián)網(wǎng)，通過DDNS支持遠(yuǎn)程Web訪問，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（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)時監(jiān)控。系統(tǒng)所需的前端設(shè)備少，連線簡潔；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)時操作系統(tǒng)，所需設(shè)備簡單，而圖像的傳輸是通過綜合布線網(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)性能價格比

此系統(tǒng)所需設(shè)備極其簡單，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(jìn)行設(shè)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(luò)攝像機(jī)易維護(hù)

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(hù)性方面,系統(tǒng)的接線十分簡潔，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，只需要通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增加一臺攝像機(jī)或PC機(jī)即可，而不需要對現(xiàn)有布線系統(tǒng)做什么改動。

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、無人危險環(huán)境監(jiān)控、各金融機(jī)構(gòu)分行監(jiān)控、交通監(jiān)管、錯誤警報辨識…等。