网络摄像机基础知识

网络摄像机基础知识 目录 2 @; ]  e0 l. m! Y" q  w$ \7 j 一，什么是网络摄像机        1 / X( }' u" T) \; _% O  a% I; d 二，网络摄像机的工作原理        1 三，网络摄像机产品结构：        2 五，如何选择网络摄像机：        3  成像质量        3  压缩方式        4 % W3 g$ A2 g, N. r# H  视频模块芯片 方案         5 3 Y; l$ ~8 g1 @( I5 B6 p- A  摄像机功能        6 ! H* s$ ~8 F! a$ C6 V  软件功能        6 ; n' z; K. r% e- r 六，网络传输方式：        6 3 ]" j) q3 c/ T/ U8 S, X2 N. m3 ` 七，供电方式：        7 ( Y2 ~/ \1 q& T/ u5 M8 e 八，视频存储方式介绍：        7 - D0 Y) s1 s, R% | 1 Z. x5 ^4 e& q' g" [/ e $ h7 J8 u5 ~  j2 X8 C 一，什么是网络摄像机 网络摄像机又叫IP 摄像机（或IP Camera)。“IP” 是“Internet Protocol”的缩写，是目前用于计算机网络及Internet 上最广泛的一种通讯协议。IP Camera为一种可生产数字视频流，并将视频流通过有线或无线网络进行传输的摄像机，已经超越了地域的限制，只要有网络都可以进行远程监控及录像，将大大节省安装布线的费用，真正做到远程监控无界限。 二，网络摄像机的工作原理     网络摄像机主要结合了互联网技术中先进的网络通讯技术和计算机数字多媒体领域中先进的图像语音压缩技术和图像控制技术，实现专业远程监控管理。 : P( n3 E  T  g2 `. ]: Q' l# J     整套系统采用RJ45接口，TCP/IP、 PPPOE等国际标准互联网通讯技术协议，适用于ADSL和LAN环境，能够直接架构在局域网、广域网和无线网络上。系统采用了嵌入式实时多任务操作系统，使用了功能强大的CPU完成视频压缩和传输的工作，网络用户通过专用软件或用浏览器直接观看图像，整个过程无须铺设专用视频传输和信号控制电缆，极大地提高了整个监控系统的稳定性和可靠性。通过网络摄像机，授权用户无论是LAN还是WAN，都可以在网络的任何计算机上通过计算机来控制远端系统的云台、镜头方位及镜头焦距、景深和光圈变化，采集现场图像，实施全方位监控。     网络摄像机将图像转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，使摄像机所摄的画面通过RJ-45以太网接口或WIFI WLAN无线接口直接传送到网络上，通过网络即可远端监视画面。 网络摄像机采用了最先进的摄像技术和网络技术，具有强大的功能。内置的系统软件能实现真正的即插即用，使用户免去了复杂的网络配置；内置的大容量内存存储警报触发前的图像；内置的I/O端口和通讯口便于扩充外部周边设备如： 门禁 系统，红外线感应装置，全方位云台等。提供软件包(SDK)便于用户自行快速开发应用软件。 7 P6 B$ D7 ]- l8 r % n/ M. Y6 u4 K 三，网络摄像机产品结构： 网络摄像机=模拟摄像机+网络视频模块 / r* h7 Q. X. Q" B - }: e9 ~2 g/ ^! h, q1 e$ Z * p3 K8 W, t) i+ V6 t& c 四，网络摄像机是应用拓扑图：  6 n( _- i2 x4 c2 s 五，如何选择网络摄像机： $ b4 J% R2 r3 y3 G9 @) h& V         成像质量  ' V+ }' D7 l2 H* v 无论是模拟摄像机还是网络摄像机，成像质量是摄像机的灵魂，是需关注的重要指标之一。好的成像质量来自于镜头和成像器件。摄像机镜头的成像质量好坏将影响成像器件输出的信号质量。我们可以将镜头比喻是人的眼睛，而成像器件就是视网膜。  , o* d/ L! D9 q/ o/ J ! r- `$ W$ Q6 b/ o* }6 X 1、镜头  6 j6 m% W. {0 t# r, p% Z* S 3 B7 i3 J$ y7 p. K7 g% \/ u 镜头种类繁多，但是即使同一类型的镜头，其成像质量也有着很大的差异，这主要是由于材质、加工精度和镜片结构的不同等因素造成的，同时也导致不同档次的镜头价格从几十元到几万元的巨大差异，比较著名的如四片三组式天塞镜头、六片四组式双高斯镜头。一个好的镜头，在分辨率、明锐度、光圈系数等方面都会有很好的表现，对各种像差的校正也比较好，但同时其价格也会高几倍甚至上百倍。  & z3 Z9 c9 [; G4 v% F" V3 G7 z) k 像差是影响图像质量的重要方面，常见的像差有如下六种：球差、慧差、色差、像散、场曲、畸变。因此目前常用的镜头都是多片多组镜片加多层镀膜构成，其目的就是为了解决像差问题，使得成像更清晰锐利、色彩逼真。而镜头各参数间是存在相互影响和制约的，例如提高镜头光圈系数将会提高部分性能同时也会加大某些像差，所以在选择摄像机时应该综合考虑自己的实际应用情况来选择适合的镜头。如果掌握了一些规律和经验，就可以使用同档次的镜头却达到更好的效果。  2、图像传感器是CCD还是CMOS  # I' v, |9 t9 {2 C: q- W0 g     CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。      从制造工艺上说CCD制造工艺较复杂，只有少数几个厂商，如索尼、松下、夏普等掌握这种技术，因此CCD摄像机的价格会相对比较贵。事实上经过技术改造，目前CCD和高级CMOS的实际效果的差距已经非常小了。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD，所以很多低档摄像头生产厂商采用普通CMOS感光元件作为核心组件。      成像方面，在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而普通CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，普通CMOS的成像质量和CCD还是有一定差距。但由于低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用 。      在原理上，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的CMOS一般分辨率较低而成像质量也较差。  ) O  ]$ A  U3 T4 n3 W" G& o  Q3 p     目前，许多低档入门型的摄像机使用廉价的低档CMOS芯片，成像质量比较差。普及型、高级型及专业型摄像机使用不同档次的CCD，个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。  ; b( N: e' u" |5 e6 P3 G* Y     图像传感器又分为1/2",1/3",1/4"之分。1/2最好.目前以1/3和1/4为多.  9 t/ R5 x7 [- S( W- @( @     综上所述CCD与CMOS孰优孰劣不能一概而论，但就目前而言，在监控摄像机领域中普遍使用的CCD芯片的摄像机成像质量要好一些。 + ~' `# W6 G. Y6 e% x8 c    # \6 t3 H( j( G  Z 2 ?$ U. b0 O# P1 o' i; w: g/ S 3、有效像素 8 r! I+ j" g1 I; c; C3 ` 有效像素有分为30万、40万、200万不等,目前市面上以720*576(D1图像格式)即40万像素的产品为主.有些家用型的只能做到640*480(VGA)即30万像素.两百万像素（D3）的目前还比较少。 ( K* e( U' G( `7 [1 d4 s9 T8 u+ j 图像格式与像素对照      & |+ }: X2 u% U# K    0 j  _! V7 I  z D3      1920×1080 % T  F' N* w+ A. o0 G3 ~* J0 h* _ D1      720*576 , ~9 L4 i; o+ K' p2 z4 _' @; x DCIF    528×384 0 R" I' q  r& }0 c2 N  _. ?8 L HALF    D1 720*288  ' T% x: P. g8 G3 O! C4 q 4CIF    704*576 * g" ]/ `+ I5 v( ]0 C1 d' c% y CIF     352×288  7 T- E. Q% G8 d/ P, K7 @$ A QCIF    176*144 . E; f/ |2 \1 Q, ?+ e4 T$ m VGA     640*480 QVGA    320*240                             # |0 R6 v; e0 U; \" s 4、清晰度  分为水平清晰度和垂直清晰度两种。垂直方向的清晰度受到电视制式的限制，有一个最高的限度，由于我国电视信号均为PAL制式，PAL制垂直清晰度为400行。所以摄像机的清晰度一般是用水平清晰度表示。水平清晰度表示人眼对电视图像水平细节清晰度的量度，用电视线TVL表示。     目前选用黑白监控摄像机的水平清晰度一般应要求大于500线，彩色监控摄像机的水平清晰度一般应要求大于400线，市面上基本上分为420线、480线和520线几类，线数越高，清晰度越好。 5、其它参数：     低照度（1LUX--0LUX）、宽动态、抗强光等也是值得关注的因素。特别是在一些特殊的场合，比如在珠宝店、玻璃厂等反光较强的场所，就需要超宽动态的功能。而在停车场和道路上的监控则需要有抗强光性能的摄像机要抑制车灯的光从而有利于识别车牌。相比之下低照度是一个比较尴尬的参数，特别是红外灯技术广泛被应用于监控领域后，低照度不太受关注，但在一引起长期阴暗的场所，超低照度的摄像机就有发挥之处了。但值得一提的是，低照度的参数和电视线一样，都没有可测仪器，因此水分和可信度都不高。这也是低照度被慢慢忽视的原因之一。 ; N. D- T' u8 g" K 3 i1 r9 X( {8 o: w) Q         压缩方式  $ G8 e8 X4 T) p- n( J9 A0 x IP摄像机和视频服务器作为视频网络应用的新型产品，适应网络传输的要求也必然成为产品开发的重要因素，而这其中视频图像的技术又成为关键。在目前中国IP摄像机和视频服务器的产品市场上，各种压缩技术百花齐放，各有优势，为用户提供了很大的选择空间。  ' r/ r  D/ ~; ?0 I& R 在IP视频发展的初期有相当一部分国内外IP摄像机和视频服务器都是采用JPEG、Motion-JPEG压缩技术。JPEG、M-JPEG采用的是帧内压缩方式，图像清晰、稳定，适用于视频编辑，而且可以灵活设置每路的视频清晰度和压缩帧数。另外，因其压缩后的格式可以读取单一画面，因此可以任意剪接，特别适用于 安防 取证的用途。但是由于其对网络带宽的要求过高，因此无法在带宽相对较窄的互联网上传输。最近几年出现了MPEG4和H.264压缩标准，而分辨率也从原来的CIF发展到了现在的300万像素超高清晰度。  3 P0 ~# G/ b, f& V3 a& l: j: a 但是有一点需要提醒注意，在欧美M-JPEG是司法认可的视频证据格式，而压缩效率高的MPEG-4\H.264并没有得到司法证据认可。尽管如此，MPEG-4\H.264的压缩标准还是得到了广大用户的认可和好评。  ; X, C0 l) q$ T 1、M-JPEG  M-JPEG的主要缺点是压缩效率低，M-JPEG算法是根据每一帧图像的内容进行压缩，而不是根据相邻帧图像之间的差异来进行压缩，因此造成了大量冗余信息被重复存储，即使是在320*240尺寸的图像下，存储占用的空间一般至少达到每帧8~15K字节，即使按照这个标准每秒25帧计算，每秒数据量也将达到200K~375K，如果画面尺寸达到D1标准则至少需要900K~2M的带宽。目前流行的M-JPEG技术最大压缩也只能做到每帧3K字节，但如果采用如此的压缩比，视频质量会严重降低。即使是丢帧传输或录像，也将耗费大量的网络带宽和硬盘空间，尤其在摄像机较多时，它的数据传输量和存储量是十分惊人的。在码流比较低的情况下M-JPEG的图像质量要明显低于MPEG4压缩模式。  1 G, T- v5 K: z, b: Z/ G  Q$ U( k; c 因此除了在局域网内，或者广域网不要求实时、很少存储的前提下，才考虑使用M-JPEG的压缩模式。采用M-JPEG格式的IP摄像机产品在同等条件下价格也普遍低于采用MPEG-4\H.264格式的产品。 1 X% D8 F6 x& S* n* W  |& } 2、MPEG-4  MPEG-4是专为音视频信息在因特网实时传输音/视频讯号而制定的最新MPEG标准。它利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图像质量，通过动态地监测图像每个区域的变化，按对象的空间和时间特征来调整压缩方法，从而可以获得比M-JPEG更大的压缩比、更低的压缩码流和低带宽下更佳的图像质量，是目前全球公认的优秀的压缩算法之一。MPEG-4基于场景描述面向带宽设计的压缩算法，使得在 视频监控 领域中有以下几个巨大的优势：录像存储量大大降低、录像清晰度得到保障、录像帧数可调、网络传输更加方便。 2 R4 l7 A* U8 R 3、H.264  1 {/ ], b) W. r" e6 R/ \- b9 y     虽然MPEG-4已针对Internet传送而设计，提供比MPEG-2更高的视频压缩效率，更灵活与弹性变化的播放取样率，但就视频会议而言总希望有更进一步的压缩，所以才需要出现了H.264。     到底H.264好在哪？先让我们将MPEG-2、MPEG-4（MPEG-4 Part 2）、H.264（MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10）三者进行分辨率表现与所用带宽的比较，无论MPEG-2、MPEG-4、H.264，三者都能达1920×1080i（非交错）的高清晰度（High Definition，HD）、24fps（每秒更新24张画面）的影像画质，但传输带宽上MPEG-2需要12～20Mbps，相对的H.264只要7～8Mbps，而MPEG-4则介于两者间，更直接地说，若把MPEG-2的带宽用作基准的100%，MPEG-4要达相同效果只需要60%带宽，H.264更是低至40%，约为原MPEG-2的1/2～1/3。 ! C) ?% a, R( N) [+ b" [         视频模块芯片方案 1，德州仪器（TI） 达芬奇芯片  8 B9 [# o8 Q2 N4 D, |/ K) T 2，华为海思3510芯片   3，台湾致源芯片  4，台湾映佳方案  . ]: K$ n3 X1 X% W 5，中星微方案    3 T+ b7 B+ W5 z         摄像机功能  7 O$ i+ c. h6 d; Z+ x9 ?     IP摄像机不再局限于桌上型和枪机型，随着IP摄像机技术的成熟和用户需求的日益强烈，IP摄像机也繁衍出了很多种类，并逐步走向细分市场。现在市场上几乎所有传统摄像机的形式都已经有对应的IP摄像机，而且针对网络传输特点还有更多的衍生品种。比如说：红外日夜两用型IP摄像机、快速球型IP摄像机、匀速球型IP摄像机、云台控制一体化IP摄像机，还有支持无线局域网、支持SD卡存储、USB存储、网络供电（POE）等等特殊功能的IP摄像机。未来随着技术的进一步发展，IP摄像机的发展空间将无法估量。  $ X; k9 J7 x: W9 Z' i# b  |7 f 随着市场成熟程度的不断提高，IP摄像机的功能也越来越丰富，用户在明确了自己目前需要的基本功能后，就可以到市场上去对号入座寻找相应的产品了。比如说，用ADSL方式直接接入一个IP摄像机，而且这条线路不需要和任何人共享数据，那么就可以考虑使用带PPPOE、DDNS功能的 IP摄像机，它可以直接连接ADSL MODEM接入互联网。又或者，我们需要一个快速球机能够通过网络远程操控，那么就要选择一个带网络功能的IP快球来实现我们的需求。         软件功能     众所周知，网络视频监控的易扩展性和集中管理能力正是其优势之一，这些优势依赖于网络视频信中管理软件。网络视频监控系统中视频集中管理软件是否功能足够强大、性能稳定，这对系统项目的成功起着至关重要的作用。 9 U4 b5 c; k. |. x6 g  q 同时一个视频管理软件最大支持前端的数量也体现了厂商的专业性和软件研发实力，有些软件超过16路或24路就需要收费。天视达的视频集中管理软件在240路以下都是免费的。天视达最多能轻松管理上万个前端设备。 # S9 I! h* l6 g: }4 \3 l- A. Q 另外，管理软件的界面友好度、易用性也是产品选择的重要参考因素。 六，网络传输方式： 因为视频信息已被转化成数字信号，网络摄像机的传输更加多样化和灵活。 & p8 i" Z9 `9 B. m+ C; \ 1，双绞线（网线）传输（网络摄像机----网线----交换机/路由器） 超五类网线 100M 超六类网线1000M。最长传输距离为100米 2，WIFI无线传输（无线网络摄像机-----无线AP/无线路由器） 2.4G和5.8G频段，室内和室外无线AP，功率大小3DB-23DB，定向天线，全向天线。最远距离可达2KM 5 m$ r( Z* K0 a. k' @% ` 3，光纤传输（光纤摄像机------光纤-----光纤收发器----交换机/路由器） 多模单模光纤，最远距离可达60KM 七，供电方式： - U% \' }7 z/ I 1，POE供电：网线除了能同时传输视频信号、控制信号和音频信号外，也可以用来向网络摄像机提供电力。利用网线供电的方式叫做POE供电。这样，大大减少了布线的工程成本。 * a8 C9 {. ?+ e9 @* J 2、太阳能供电：很多网络摄像机的厂商，正在研究利用太阳能向网络摄像机提供电力。这项技术的应用和无线摄像机组合将使视频监控变成真正的无线系统。 0 D* V/ ^" B) j% F/ t( Z- u 八，视频存储方式介绍： 网络摄像机的录像存储方式多样，这远远超越了闭路监控本地存储。 7 y! A# ]- T3 f! p; Y4 O 1，网络摄像机的录像可以通过SD卡可USB接口存储设备存储在本摄像机上。监控中心可以观看或下载摄像机上的录像。这大大减轻了网络的压力。甚至在网络摄像机上连接一个存储设备，只需接上了电源和通过设置后，网络摄像机就可以为用户提供所需的监控录像。这种情况对于一些不方便布线和实时监控的用户来说，具有非常意义。 2，通过网络，视频监控的录像可以存储在局域网或广域网上的任何一台电脑上。这对用户来说，是一个非常便利的功能，更重要的是，录像的安全性也得到了更进一步的保障。因为当某地发生盗窃时，本地监控摄像机和录像设备往往被不法分子有意破坏。 3 A, B( e5 F6 v 3，集中管理时，视频录像通常保存于专业的网络存储设备（如NAS、IPSUN）。这些专业的网络存储设备同样可以位于网络上的任何一个地方。其优势在于稳定的运行能力和高安全性。