网络摄像机(IP Camera),顾名思义,就是摄像机+网络,其主要技术要点是视频和网络。网络摄像机从数据的流向看是:lens->sensor->isp->编码芯片->网络,要构建一台网络摄像机,从前端的视频捕获到码流传输,需要考虑的因素很多,包括图像质量、视频采集、编解码芯片的选择、遵循的标准、网络传输、网络安全等。
网络摄像机技术特点
从硬件结构上来说,网络摄像机是在模拟摄像机的基础上集成了视频压缩和网络传输处理模块,所以兼具模拟摄像机和视频服务器的技术特点,却不是二者的简单组合,独特的结构设计和实现方式决定了它有着自身的技术特点。
1、视频压缩
视频压缩是网络摄像机最基本的技术要求,目前,网络摄像机的视频处理芯片以ASIC为主,视频压缩采用MPEG-2、M-JPEG、MPEG-4和H.264等标准,其中以H.264为主流。近期,基于TI Davinci芯片的网络摄像机已经面市,Davinci是一个SoC系统,具有ASIC高效处理的特点,同时又兼顾了CPU、DSP的创新灵活性,它拥有一个DSP的主处理系统外,还有一个ARM9子系统,另外一个很重要的特点是拥有极其丰富的接口,这些接口对于网络摄像机的功能开发相当有用,以下某些特点就是基于此特性才具备的。
2、高度集成
网络摄像机已不仅仅具备传统模拟摄像机图像采集功能,它已经是一个前端处理系统,具备相当丰富的异构总线接入功能,如VOIP、报警器、232/485串行设备的接入等等,除此以外,还可以将移动侦测、视频丢失、镜头遮盖、存储异常等报警信号通过网络发送给后端。网络摄像机可内嵌存储系统,通常采用的是SD卡,目前SD卡的容量有8MB到4GB不等,SD卡可作为网络故障时图像的暂存设备,等网络恢复正常,再将视频进行上传,可有效地保证视频数据的连续性和完整性。SD卡的另外一个用处是将重要的报警图像进行本地存储,同时上传后端,这样不会因为网络的不可靠传输导致视频数据的缺失。
3、以太网供电(POE)
POE是最近几年发展较快和应用较广的网络供电技术。POE(Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5,布线基础架构不作改动的情况下,除了为一些基于IP的终端(如IP电话机、网络摄像机等)传输数据信号的同时,还能为此类设备提供直流电的技术。这样一来,网络摄像机无需再通过其他电源来供电。通过集中使用UPS(不间断电源)的方式可确保设备在一段时间内(根据UPS而定)不间断的运行,同时也简化了管理。IEEE802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准,该标准要求使用POE供电的设备功耗不能超过12.95W。
现在,大多数厂商提供的网络交换机都支持PoE功能。如果已经装了相应的普通交换机设备,只需通过给交换机增加中跨(Midspan),即可实现PoE的功能。其中,中跨的主要作用是给网线加载电源。
4、无线接入
虽然现在的大部分建筑都安装了有线网络,可以通过有线的方式把网络摄像机接入到网络,但无线接入的网络解决方案在降低工程复杂度和降低成本方面却有着较强的吸引力。例如,在一些需要不定期改变摄像头位置,却又不想重新布线的场合(例如超市),或布线可能影响整个内部建筑美观的地方,无线接入网络解决方案能很轻松的解决这些难题。
网络摄像机常用的无线接入方式为无线局域网(WLAN)接入。无线局域网指的是跨距较小,通常位于室内的无线网络,有效距离一般不超过100米(802.11g)。无线局域网有多种规范标准,无线网络摄像机一般采用IEEE802.11b或IEEE802.11g标准规范,其中802.11g是802.11b的改进型,数据传输率最高可达54Mbps。
5、安全性
网络摄像机可提供三种形式的安全特性。第一种,是用户安全管理,如用户注册、权限管理等;第二种,是IP/MAC地址绑定,只允许绑定IP/MAC地址的电脑访问;第三种,是根据安全等级,利用通用的网络安全技术。
目前,已有厂家推出了基于Davinci的系列网络摄像机,采用自主知识产权的H.264编码引擎,具有PTZ、报警输入/输出、语音对讲、SD存储等功能,具有心跳、SADP、WebServer等网络功能,支持IEEE802.11g规范的无线接入。
[NextPage] 网络摄像机监控优势
网络摄像机除了能在世界的任何一个角落通过Internet进行远端监控之外,通过网络监控也可以有效地降低成本,它的"即插即用"功能,无须像模拟摄像机一样必须安装同轴电缆。只要利用现有的网络就可以使用,这都是网络摄像机的优势之处。
一、系统优势
基于网络摄像机的系统具有如下优点:
先进性:利用现有的综合布线网络传输图像,进行实时监控系统所需的前端设备少,连线简洁,后端仅需一套软件系统即可;
可靠性:主要设备网络摄像机采用了嵌入式实时操作系统,所需设备简单,而图像的传输是通过综合布线网络实现的,系统可靠性相当高;
性能价格比:所需设备极其简单,系统的控制由后端的软件系统实现,省去了传统模拟监控系统中的大量设备,如昂贵的矩阵、画面分割器、切换器、视频转网络的主机等。由于图像的传输通过综合布线网络,省去了大量的视频同轴电缆,降低了费用;
安全性:系统设置了不同等级的使用者权限,仅有最高级权限的用户才可对整个系统进行设置或更改,没有权限的用户是接收不到图像的。另外,图像数据的存储是专有的格式;
使用及维护性:系统的安装极其简单,软件系统的安装及使用也非常易懂。在维护性方面,系统的接线十分简洁,而主要设备的可靠性很高,维护性能好,而且可实现远程维护;
扩展及延伸性:当需要增加监控点和监控主机时,只需要通过现有网络增加一台摄像机或PC机即可,不需要对现有布线系统做什么改动;
应用范围广阔:区域性监控,利用网络传送实时图像,如办公室、大楼等;跨区远端监控,连锁事业、大型工厂机房、远端老人、儿童看护、公共建筑、无人环境监控、金融机构分行监控、交通监管、错误警报辩识等。
二、与其他方案比较
相对于传统的闭录电视监控系统:网络摄像机监控系统无须同轴电缆、无须庞大的视频分配器;软件实现NxN多对多(即多个观察员可同时看多个镜头画面);安装所需设备少,工程成本大幅降低(整个安装过程就是架设摄像机和在PC机上安装系统管理软件),大幅减少线材;充分利用网络资源,用宽带网络图像传输非常廉价,增强了监控范围的灵活性,可直接实现远端监控,利用网络更新软件。这些都是传统的闭录电视系统无法比拟的。
相对于当前的监控系统:网络摄像机监控系统对PC机的要求范围减少,一般普通配置即可;无须软件维护;无须机房,可以安装在过道和环境差的地点;可以避免了死机现像和重新启动时造成无法监控的缺陷。这些是基于PC的数字监控系统无法比拟的。
三、投资分析
基于网络摄像机的监控系统和传输监控系统成本比较需要考虑许多因素。主要因素有监控点数、监控副控数、监控范围、录像范围、录像要求、报警要求等。
在比较基于网络摄像机的监控系统和传统监控系统的成本时,还有一个重要的出发点:是否将网络布线和电脑计入成本?计入成本的理由很简单;不计入成本的理由是网络布线和电脑是已有投资,不做监控也需要。
在一个大楼内,当监控点数到达50个,监控副控数到10个时,两种方案的投资相近(35万)。可以看到,随着系统的监控点数的增加,网络摄像机与传统监控系统上的投资就越来越接近,最终传统监控系统上的投资将超过网络摄像机。
四、网络摄像机应用趋势
以太网技术成熟后,宽带信息网络将以太网络端口延伸到整个大楼,除了提供高速的网络接入外,还能取代铜轴电缆图像传输线路,将实时图像监控纳入宽带信息网络应用范围,这就使得信息网络代替传统闭录电视成为了必然。
随着数字视频压缩编码技术的日益成熟,微机的普及化,为基于PC的多媒体监控创造了条件。基于PC的多媒体监控系统功能较强,但是主要解决了小范围监控的问题。当传输距离远或者需要上网时,基于PC的多媒体监控稳定性不够好、功耗高、需要有人值守、软件的开放性不好。这就为基于网络和嵌入式技术的网络视频监控提供了舞台。
网络摄像机集成普通摄像机和网络转换器,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;内置的大容量内存能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;另外还提供软件包(SDK)便于用户自行快速开发应用软件。