【安防知識(shí)網(wǎng)】構(gòu)建一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，從前端的視頻捕獲到碼流傳輸，需要考慮的因素很多，包括圖像質(zhì)量、視頻采集、編解碼芯片的選擇、遵循的標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全等。本文從多個(gè)角度對(duì)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行探討。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IP Camera)，顧名思義，就是攝像機(jī)+網(wǎng)絡(luò)，其主要技術(shù)要點(diǎn)是視頻和網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)從數(shù)據(jù)的流向看是：lens->sensor->isp->編碼芯片->網(wǎng)絡(luò)，要構(gòu)建一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，從前端的視頻捕獲到碼流傳輸，需要考慮的因素很多，包括圖像質(zhì)量、視頻采集、編解碼芯片的選擇、遵循的標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)安全等。本文從多個(gè)角度對(duì)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行探討。

　　視頻

　　隨著技術(shù)的發(fā)展及用戶需求的推動(dòng)，視頻從早期的標(biāo)清逐漸向高清發(fā)展，而高清攝像機(jī)最關(guān)鍵的部件就是前端采集及編碼芯片。在銀行、營(yíng)業(yè)廳等監(jiān)控應(yīng)用中，攝像機(jī)鏡頭往往要對(duì)著大門口，而室內(nèi)是燈光，室外是陽(yáng)光，室內(nèi)外光線亮度發(fā)相差很大;道路監(jiān)控和公眾場(chǎng)所監(jiān)控中，大部分是室外場(chǎng)所，白天受太陽(yáng)光照影響，晚上受各種燈光的影響，前景和背景的光照反差很大;娛樂(lè)場(chǎng)所監(jiān)控，幾乎全部是室內(nèi)場(chǎng)所，光照以燈光為主，不穩(wěn)定、或明或暗，也常常會(huì)造成很大的明暗反差。要在不同光照環(huán)境下，都能達(dá)到一個(gè)滿意的圖像，就需要一臺(tái)支持低照度、寬動(dòng)態(tài)的攝像機(jī)，Sensor及ISP的選擇非常關(guān)鍵。Sensor、ISP、編碼芯片三者的配合，直接影響了圖像效果。目前主流的高清Sensor(720P/1080P)基本都不帶ISP，需要另外配。因而從整機(jī)結(jié)構(gòu)、成本、功耗、圖像質(zhì)量等方面考慮，選擇一款內(nèi)嵌ISP的編碼芯片，將會(huì)是一個(gè)很好的解決方案。

　　編碼及帶寬

　　在有限帶寬內(nèi)，如何傳輸高質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的重點(diǎn)。手機(jī)監(jiān)控由于不受地點(diǎn)限制的方便性，已經(jīng)有越來(lái)越多的應(yīng)用，如寶寶在線、商鋪監(jiān)控等。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬低，要滿足手機(jī)監(jiān)控的需求，就要求在超低帶寬下(如64kbps)，視頻壓縮也能達(dá)到高質(zhì)量。目前主要使用的視頻編碼格式有JPEG/M-JPEG、MPEG4、H.264。

　　·JPEG/M-JPEG壓縮圖像質(zhì)量好，但是數(shù)據(jù)量大，占用帶寬大;

　　·MPEG4 壓縮比高，數(shù)據(jù)量少，目前大部分移動(dòng)終端支持MPEG4解碼，早期的無(wú)線監(jiān)控(手機(jī)監(jiān)控)中，使用MPEG4較多;

　　· H.264在相同的質(zhì)量下，相對(duì)MPEG4壓縮比更高，數(shù)據(jù)量也更少，但編碼/解碼需要消耗更高的芯片性能。隨著手機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，絕大多數(shù)移動(dòng)終端已能順暢地支持H.264解碼。

　　這幾類各有優(yōu)缺點(diǎn)，H.264由于圖像質(zhì)量好、壓縮率高、數(shù)據(jù)量少、適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾矫娴膬?yōu)越特性，日益成為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視頻壓縮格式首選。

　　高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)發(fā)展的其中一個(gè)制約條件是帶寬，無(wú)論是專業(yè)市場(chǎng)還是家用市場(chǎng)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)占用的帶寬都是關(guān)注的重點(diǎn)，相同質(zhì)量下， 降低帶寬的使用，將會(huì)使網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本降低。隨著電信接入網(wǎng)的升級(jí)，目前很多家庭的ADSL下行帶寬理論值是4Mbps，然而實(shí)際只可以達(dá)到3Mbps，720P分辨率的視頻。如果壓縮后碼率能控制在2Mbps以下，網(wǎng)絡(luò)帶寬將不會(huì)成為瓶頸，同時(shí)降低了存儲(chǔ)成本。

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，主要音視頻數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)在遠(yuǎn)端，如IPSAN/NAS，它不僅可以提供遠(yuǎn)程live功能，同時(shí)還能支持手機(jī)點(diǎn)播。這幾種碼流，要求各異，存儲(chǔ)碼流要求清晰度及流暢度;而網(wǎng)絡(luò)live碼流需要考慮帶寬因素;手機(jī)點(diǎn)播碼流要求在甚低帶寬下(64kbps)，圖像也能達(dá)到高質(zhì)量。這樣同一視頻輸入源需要同時(shí)輸出多種碼流：720P+、D1+、QVGA，分辨率及碼率各不一樣。一些應(yīng)用場(chǎng)景還需要輸出JPEG/MJPEG。總之，只有編碼性能強(qiáng)，支持多碼流的IP Camera才能更好的滿足各種場(chǎng)景的需求。為了滿足多個(gè)客戶端同時(shí)訪問(wèn)，或者說(shuō)有多個(gè)碼流接收者，IP Camera的網(wǎng)絡(luò)處理能力必須進(jìn)一步提升，可考慮選用主頻高、支持千兆網(wǎng)口的主芯片，以增加IP Camera的網(wǎng)絡(luò)吞吐能力。

　　標(biāo)準(zhǔn)

　　作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，必須遵循一定的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，才能達(dá)到與NVR、CMS等設(shè)備的互聯(lián)互通。如果各自為政，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝在實(shí)際工程中將舉步維艱。然而，在工程應(yīng)用中，并不能保證所有設(shè)備都來(lái)自同一廠商，所以需要滿足某些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，才能做到互通。目前相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)有全球眼、寬視界等，國(guó)際有ONVIF、PSIA。他們共同的目標(biāo)，就是促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備完美互通。ONVIF和PSIA都使用HTTP、XML等Web技術(shù)，而且在媒體流的傳輸上也是一致的，都使用RTP over UDP、RTP over RTSP over TCP、HTTP協(xié)議。在控制數(shù)據(jù)上，ONVIF使用SOAP框架，PSIA則采用REST框架。PSIA的控制方式與目前廠家普遍使用的HTTP CGI方式更加類似。仔細(xì)分析兩種規(guī)范，雖有出入，但大同小異，設(shè)備大多可以做到既支持PSIA又滿足ONVIF，實(shí)際上，很多廠商既是PSIA的會(huì)員，也是ONVIF的會(huì)員。

[nextpage]　　安裝

　　網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為一款網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，必然涉及到IP、路由等一連串繁瑣的配置，對(duì)普通用戶來(lái)說(shuō)，其安裝使用存在很大的難度。在家用市場(chǎng)上，IP Camera應(yīng)用的典型場(chǎng)景是連接路由器，路由器再連接ADSL Modem撥號(hào)接入互聯(lián)網(wǎng)。若想減少用戶的安裝難度，讓用戶能快速使用，可參考如下幾點(diǎn)建議。

　　· IP地址自動(dòng)配置，如使用DHCP，并且默認(rèn)開啟;支持Auto-IP(UPnP)，ZeroConf;小型NVR監(jiān)控環(huán)境，如果使用交換機(jī)互連，沒有提供路由器或者DHCP服務(wù)器時(shí)，自動(dòng)IP配置(Auto-IP，ZeroConf)尤其適用;

　　· 使用網(wǎng)絡(luò)組播與網(wǎng)絡(luò)廣播配合來(lái)完成設(shè)備發(fā)現(xiàn)，如UPnP(PSIA)、Bonjour (PSIA)、WS Discovery(ONVIF);

　　· 路由器端口自動(dòng)配置。IP Camera對(duì)外僅使用一個(gè)端口，控制數(shù)據(jù)與媒體數(shù)據(jù)都使用Web端口。如控制使用CGI方式，媒體傳輸使用RTSP over HTTP，控制與數(shù)據(jù)則遵循HTTP協(xié)議，這還會(huì)帶來(lái)一個(gè)附加的好處——可以順利通過(guò)PC的防火墻。目前，幾乎所有的路由器都支持upnp功能，IP Camera可以使用UPnP協(xié)議向路由器發(fā)起請(qǐng)求，自動(dòng)配置路由器的端口轉(zhuǎn)發(fā)，從而避免用戶人工登陸路由器進(jìn)行配置。

　　NVR環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)IP分配，設(shè)備發(fā)現(xiàn)技術(shù)基本上就可以讓IP Camera“免安裝”進(jìn)行使用，達(dá)到即插即用的效果，接近模擬攝像頭與DVR配合使用的用戶體驗(yàn)。家庭需接入互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，使用UPnP協(xié)議，并配合DDNS服務(wù)，可以最大程度減少安裝時(shí)用戶的參與。目前很多廠家提供PC端設(shè)備搜索工具，完成設(shè)備發(fā)現(xiàn)、IP配置、訪問(wèn)IP Camera等功能，這也是一個(gè)減少用戶安裝難度的好方法。

　　安全

　　當(dāng)前，黑客軟件的泛濫給用戶信息安全造成了極大威脅。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需要全天侯工作，并且傳輸?shù)囊粢曨l數(shù)據(jù)涉及到隱私，安全性更是要特別關(guān)注的。應(yīng)用層可采用的安全措施有IP/MAC黑白名單，用戶權(quán)限管理、防火墻等;傳輸層可采取加密的傳輸方式，對(duì)控制信息或者碼流信息進(jìn)行加密，如AES、DES、3DES等?？刂菩畔?shù)據(jù)量比較少，數(shù)據(jù)加密消耗的資源相對(duì)少, 但如果是采用軟件計(jì)算，對(duì)主芯片的負(fù)擔(dān)還是很重的，如果主芯片可提供加密協(xié)處理器模塊，就會(huì)大大減少主芯片的性能消耗，剩余更多的資源處理其它應(yīng)用。

　　功耗

　　節(jié)能環(huán)保，關(guān)系著人類的生存和發(fā)展，已經(jīng)成為世界性主題，安防監(jiān)控在為全球安全護(hù)航時(shí)，也不能給地球帶來(lái)太多的資源消耗負(fù)擔(dān)。然而，從網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的安防用途上看，待機(jī)、休眠不太現(xiàn)實(shí)。因此，sensor、isp、主芯片等部件的選擇，要充分考慮其能耗和排放，切實(shí)做到節(jié)能減排。

　　結(jié)語(yǔ)

　　構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)時(shí)，除需考慮以上因素，還要斟酌可接入wifi/3G多種網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)延、瀏覽器的兼容性、各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的集成、應(yīng)用的可擴(kuò)展性等問(wèn)題?？偠灾?，關(guān)鍵還是視頻+網(wǎng)絡(luò)+應(yīng)用，選擇一個(gè)穩(wěn)定性高、性能高、集成度高、擴(kuò)展性好的方案平臺(tái)是成功構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的關(guān)鍵。