【安防知識(shí)網(wǎng)】網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就是擁有獨(dú)立的IP地址和嵌入式的操作系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的智能化產(chǎn)品。它可以通過(guò)LAN、DSL連接或者是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器直接連接到網(wǎng)絡(luò)上。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)包括一個(gè)鏡頭、光學(xué)過(guò)濾器、影像感應(yīng)器、數(shù)字化壓縮控制器以及嵌入式操作系統(tǒng)。還能夠配備其它更高級(jí)的功能如動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能。

　　元件組成

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)首先采集圖像(這些圖像可以被視為由不同波段的光組成)，然后把它轉(zhuǎn)換成光電訊號(hào)。這些光電訊號(hào)隨之被網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)從模擬狀態(tài)轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，經(jīng)過(guò)壓縮處理后，然后被傳送到網(wǎng)絡(luò)上。

　　攝像機(jī)鏡頭聚焦影像到影像傳感器(CCD)。在這些影像資料到達(dá)CCD之前它們先要通過(guò)光學(xué)濾鏡，這個(gè)過(guò)程過(guò)濾掉一些紅外光，使得只有合適的光線才可以被顯示出來(lái)。CCD之后把這些由光訊號(hào)組成的信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。然后，這些電信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字訊號(hào)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的控制芯片就扮演著這樣一個(gè)攝像機(jī)控制器的功能，它同時(shí)管理著曝光、白平衡、影像清晰度以及與圖片質(zhì)量有關(guān)的其它方面。它還包括一個(gè)視頻壓縮元件，其功能是把這些數(shù)字影像資料壓縮到包含盡量少的數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的高效傳輸。

　　攝像機(jī)的以太網(wǎng)連接通過(guò)以太網(wǎng)控制芯片得以實(shí)現(xiàn) -- 這個(gè)芯片是用來(lái)連接外圍設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案。該芯片包含一個(gè)32位的CPU, 10/100兆位的以太網(wǎng)連接, 先進(jìn)的直接存儲(chǔ)方式和通用性較強(qiáng)的 I/O 接口。

　　CPU, 閃存和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器就是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的大腦與心臟;有著微型計(jì)算機(jī)的功能，并且它也是特別為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它們共同處理攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的交流。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的組成原理

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用，使得圖像監(jiān)控技術(shù)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。首先，網(wǎng)絡(luò)的綜合布線代替了傳統(tǒng)的視頻模擬布線，實(shí)現(xiàn)了真正的三網(wǎng)(視頻、音頻、數(shù)據(jù))合一，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)即插即用，工程實(shí)施簡(jiǎn)便，系統(tǒng)擴(kuò)充方便;其次，跨區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能，特別是利用互聯(lián)網(wǎng)，圖像監(jiān)控已經(jīng)沒(méi)有距離限制，而且圖像清晰，穩(wěn)定可靠;再者，圖像的存儲(chǔ)、檢索十分安全、方便、可異地存儲(chǔ)，多機(jī)備份存儲(chǔ)以及快速非線性查找等。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用，使得圖像監(jiān)控技術(shù)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。首先，網(wǎng)絡(luò)的綜合布線代替了傳統(tǒng)的視頻模擬布線，實(shí)現(xiàn)了真正的三網(wǎng)(視頻、音頻、數(shù)據(jù))合一，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)即插即用，工程實(shí)施簡(jiǎn)便，系統(tǒng)擴(kuò)充方便;其次，跨區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能，特別是利用互聯(lián)網(wǎng)，圖像監(jiān)控已經(jīng)沒(méi)有距離限制，而且圖像清晰，穩(wěn)定可靠;再者，圖像的存儲(chǔ)、檢索十分安全、方便、可異地存儲(chǔ)，多機(jī)備份存儲(chǔ)以及快速非線性查找等。

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　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)一般由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、圖像、聲音、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。

　　1、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。

　　2、圖像傳感器、聲音傳感器

　　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。

　　3、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)。

　　基于CMOS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。

　　4、圖像、聲音編碼器

　　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)。

　　目前，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。

[nextpage]　　5、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。

　　6、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)。

　　7、外部報(bào)警、控制接口

　　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)。

　　8、圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn)

　　目前，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有MPEG4、H.263、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)。到目前為止，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。

　　H.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。

　　H.264

　　H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG的聯(lián)合視頻組開發(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，比目前根據(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。

　　應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不僅可基于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)用于區(qū)域監(jiān)控，如住宅小區(qū)監(jiān)控、辦公樓、銀行、商場(chǎng)等傳統(tǒng)地監(jiān)控;而且也能通過(guò)INTERNET用于新型地跨區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控及網(wǎng)上展示，遠(yuǎn)程兒童及老人看護(hù)、無(wú)人值守通信機(jī)房監(jiān)控、旅游景點(diǎn)網(wǎng)上演播、產(chǎn)品網(wǎng)上展覽等。