近年來，網(wǎng)絡攝像機在國內(nèi)市場開始強勢抬頭，其以安裝方便、配置簡單、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)清晰，圖像質(zhì)量好等優(yōu)勢和特點，逐漸被市場認可。

    2007年至2008年，網(wǎng)絡攝像機不斷在國內(nèi)外市場中“攻城拔寨”，步步“蠶食”編碼器市場份額。尤其是平安城市、北京奧運會、上海世博會作為當前網(wǎng)絡攝像機發(fā)展的助推力，使得網(wǎng)絡攝像機在中國的應用市場中，數(shù)量開始呈現(xiàn)幾何倍數(shù)地增長，目前網(wǎng)絡攝像機正在以超過100％的速度增長。業(yè)內(nèi)普遍預測，經(jīng)過未來兩到三年的市場拓展，網(wǎng)絡攝像機將成為視頻監(jiān)控市場的主流，我們也相信，網(wǎng)絡攝像機會在未來幾年將逐步成為監(jiān)控領域里一個主流的產(chǎn)品。在數(shù)字化和網(wǎng)絡化概念沖擊模擬技術的時代，我們?nèi)绾芜\用數(shù)字化和網(wǎng)絡化的思維來認識視頻監(jiān)控產(chǎn)品，尤其是網(wǎng)絡攝像機呢？

    首先，我們必須了解編碼器，網(wǎng)絡攝像機之間的區(qū)別。

一、 編碼器、網(wǎng)絡攝像機監(jiān)控系統(tǒng)的基本架構(gòu)特征對比
 編碼器：

網(wǎng)絡攝像機： 

   從上圖可知 編碼器、網(wǎng)絡攝像機建設監(jiān)控系統(tǒng)的一個基本架構(gòu)特征：
編碼器：模擬攝像機 + 模擬視頻傳輸線 + 網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)
網(wǎng)絡攝像機：內(nèi)嵌攝像頭 + 網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)

二、 攝像頭解決方案的對比
    編碼器的攝像頭解決方案采用的是模擬技術，即模擬攝像機 + 模擬傳輸線。其工作原理是，模擬視頻信號通過模擬傳輸線，再傳送給編碼器，然后進行數(shù)字化、編碼、網(wǎng)絡傳輸、存儲。

    而大家知道，模擬攝像機輸出的信號是CVBS格式的視頻信號，由于受到N/P制規(guī)范的約束，CVBS信號支持的最大分辨率為D1，即P制下704×576或N制下704×480，也就是說CVBS的最高像素僅僅在36萬左右，而且這種像素分辨率是隔行的。

    當對圖像質(zhì)量要求更高時，比如百萬像素，或者逐行圖像時（CMOS輸出的都是逐行圖像），標準的CVBS信號的傳輸方式是無法實現(xiàn)的。當然也可以專門為高解析度的圖像設計專用的傳輸線路，但是這種線路需要采用千兆同軸電纜或光纖才可能實現(xiàn)，很顯然，高昂的成本是廠家或用戶無法接受。因此編碼器的這種攝像頭解決方案，是難以設計出高解析度的產(chǎn)品。

    模擬傳輸線路的另一個問題是：模擬信號在傳輸過程中損耗很大，隨著傳輸距離的增加，信噪比急劇增加，這就使得圖像質(zhì)量迅速下降，并且由于在傳輸過程中引入了大量噪聲，這就使得編碼器的視頻壓縮編碼難度增加，也使得視頻的碼率會成倍上升，進而使得在低帶寬的網(wǎng)絡下傳輸難度增加，也使得視頻存儲的硬盤空間需求加大，也就是說模擬傳輸不僅使得圖像質(zhì)量容易降低，也使傳輸和存儲的成本增加。 [nextpage]

    另外，模擬傳輸線路還有一個問題是：不安全！大家都知道，CVBS信號格式是一個開放的標準，視頻信息在同軸電纜上傳輸時，沒有任何加密和認證機制。只要知道視頻電纜的位置，任何人可以通過移花接木的手段來觀看和切換視頻。大家看過歐美的一些大片電影，如“偷天換日”，“緊急迫降”等電影里的場景，那些犯罪者就是通過移花接木的方式來切換視頻信號，以逃避視頻監(jiān)控人員的視頻監(jiān)控。也就是說模擬傳輸線路無法保證視頻信號的安全。

    相反，網(wǎng)絡攝像機由于是采用了內(nèi)嵌攝像頭的解決方案，攝像頭感光器件獲得的圖像不需要遠程傳輸，直接傳輸給編碼模塊，這就回避了N/P規(guī)范的制約問題，避免了CVBS信號對圖像解析度限制的問題，也就是說網(wǎng)絡攝像機能夠提供高質(zhì)量、低碼率的圖像，圖像解析度可支持百萬像素以上、也可支持逐行的圖像。另外，網(wǎng)絡攝像機的視頻信號可以進行安全加密，這就確保了傳輸過程的安全，進而可以有效地防范非法用戶的竊聽和篡改。

    我們說，為什么會有網(wǎng)絡攝像機這種產(chǎn)品？其根本原因就在于此。

三、網(wǎng)絡攝像機原理架構(gòu)及技術分析
    當今隨著網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡攝像機技術被逐漸到應用到我國安全防范領域。在近期安防展上，一些公司就展示出了新型的網(wǎng)絡攝像機超低碼流網(wǎng)絡攝像機，其原理結(jié)構(gòu)與主要特點如下：

    其工作過程為：光傳感模塊采集視頻，將其傳送給MPEG編碼模塊進行編碼；拾音器采集語音，將其傳給音頻編碼模塊進行編碼；最后，音視頻傳輸模塊將編碼后的音視頻流通過IP網(wǎng)絡傳輸?shù)紺MS中心。根據(jù)其基本結(jié)構(gòu)，我們可以看到網(wǎng)絡攝像機有4個技術關鍵點。

1、光傳感模塊
    該模塊設計的關鍵在于準確地配置光傳感芯片， 使其在各種光的環(huán)境下圖像質(zhì)量都好，另外要盡可能抑制電子噪聲（因為MPEG編碼算法對噪聲編碼效率很低，信噪比較低有噪聲時，MPEG編碼時碼率會成倍的增加）。對該模塊的設計，傳統(tǒng)的模擬Camera廠家有一定的技術優(yōu)勢。

2、MPEG視頻編碼模塊
1）編碼格式是否符合標準
    因為，標準就意味著能實現(xiàn)不同平臺，不同廠家產(chǎn)品的互連互通；標準也意味構(gòu)建大型系統(tǒng)（電信級別系統(tǒng)）時所帶了的成本優(yōu)勢。關于標準格式的碼流很容易判別，只需要使用微軟的Media player或蘋果的QuickTime，看看它們能否播放錄制的視頻流文件即可。

2）編碼算法
    行業(yè)主流的編碼算法有MPEG-4和H.264，理論上H.264的碼率為MPEG-4的一半。但這不是說任何廠家的H.264算法都是好的。[nextpage]

    對編碼算法的誤區(qū)認識：那就是僅關心是否采用了H.264，認為如果兩個廠家的MPEG編碼模塊都實現(xiàn)了H.264，那么它們就會一樣好。事實是，H.264標準包含一個很大的算法集合，其中包含了20多年來對視頻編碼的所有研究成果，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4都是它的子集。因此，要實現(xiàn)所有的算法計算量很大，目前還沒有一個芯片能實現(xiàn)所有算法。而設計H.264編碼芯片的過程實際上是要根據(jù)芯片的運算能力，在H.264算法集合中選擇算法子集的一個過程。哪家芯片選擇的算法子集好，其壓縮出來的圖像質(zhì)量就越好?？上В@對于芯片設計公司來說是技術秘密，客戶不能獲得這個信息。

    那么怎樣判別一個H.264芯片的好壞呢？我們可以使用圖象領域里面的主觀評價法來判別編碼芯片和編碼算法的好壞，如通過調(diào)低碼率（比如幾十kbps或一兩百Kbps），調(diào)整圖像的運動量，察看圖像有沒有丟幀、有沒有馬賽克等現(xiàn)象，根據(jù)這些現(xiàn)象的程度來判斷芯片的好壞。目前，我國安防公司的網(wǎng)絡攝像機基本上都采用的是真正的H.264芯片，不僅保證了視頻壓縮質(zhì)量，也極大地減小了傳輸碼流。

3、音頻編碼模塊
    我們相信大多數(shù)人的直覺是音頻編碼是很簡單的。實際的事實是，如果客戶想要網(wǎng)絡攝像機通過低帶寬的網(wǎng)絡（如CDMA、甚至未來的3G、IP公網(wǎng)）傳送音頻時，音頻編碼會變得比較關鍵。其根本的原因是當網(wǎng)絡帶寬較低時，數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡傳輸時會丟包。對于視頻來講，因為視頻的前后幀之間的關聯(lián)度很大（前后幀基本是相同的），數(shù)據(jù)是可以丟幀的，丟掉一些幀后，并沒有丟失太多有用的信息。但是，對于聲音來講就不行，前后部分的音頻幀卻沒有任何預測關聯(lián)特性的，如果一段聲音丟棄了，這段聲音就徹底沒有了。

    目前的網(wǎng)絡攝像機大多數(shù)采用G711或G726音頻壓縮算法，它們的碼率為64Kbps和28Kbps。大家想象一下，低帶寬網(wǎng)絡通常在100bps以下，這點帶寬傳輸音頻數(shù)據(jù)都很勉強。一個較好的算法是G723.1，其帶寬僅為6.3Kbps。目前我國一些公司的網(wǎng)絡攝像機音頻采用的就是G723.1的壓縮算法，極大的減小了網(wǎng)絡帶寬。

4、音視頻流傳輸軟件模塊
    大家知道，IP網(wǎng)的帶寬是共享的，網(wǎng)絡線路帶寬有限、路由器的吞吐率也有限，因此當負載較大時，數(shù)據(jù)的傳輸會發(fā)生丟包現(xiàn)象。音視頻流在網(wǎng)絡上如果采用可靠的TCP進行傳輸，TCP發(fā)現(xiàn)丟包后會進行重發(fā)，這樣進一步會加重網(wǎng)絡的負載壓力，負載壓力加大后，丟包頻率就會更頻繁，進而又使重發(fā)量加大，形成惡性循環(huán)后，嚴重到甚至會使網(wǎng)絡崩潰。

    因此，音視頻流在IP網(wǎng)絡上要采用不可靠的UDP進行傳輸，而UDP是一個不可靠的傳輸協(xié)議，這意味著音視頻流會被網(wǎng)絡丟包。

    如果音視頻流丟包嚴重，遠程觀看視頻時，就會看到圖像停頓、馬賽克等現(xiàn)象。音視頻傳輸軟件模塊的設計目標就是盡量減少丟包。其主要實現(xiàn)的的技術就是動態(tài)預測網(wǎng)絡帶寬，自適應地根據(jù)網(wǎng)絡帶寬控制MPEG編碼模塊的參數(shù)，決定如何來發(fā)送音視頻包，以使丟包量減到最小。

    這就對網(wǎng)絡攝像機廠家的軟件開發(fā)能力、算法研究能力帶來了很大的挑戰(zhàn)和考驗。網(wǎng)絡攝像機最終的圖像質(zhì)量如何，特別是較低帶寬的網(wǎng)絡下傳輸時圖像質(zhì)量如何，實際上要取決于廠家的軟件研發(fā)的實力。

四、結(jié)語
    隨著行業(yè)應用的深入，科技水平的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸由模擬轉(zhuǎn)入了數(shù)字階段，未來網(wǎng)絡攝像機的應用也會越來越多，讓我們把握機會，迎接安防領域純數(shù)字階段的到來。

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