網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的原理與應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的原理與應(yīng)用2011-07-1114:51:15|分類：默認(rèn)分類|字號(hào)大中小訂閱網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的定義網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，也叫IP攝像機(jī)，即IPCamera，簡(jiǎn)稱IPC，在近幾年得益于網(wǎng)絡(luò)帶寬、芯片技術(shù)、編碼算法、存儲(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步而得到大力發(fā)展。IPC的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在“IP”上，即支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的攝像機(jī)，IPC可以看成是模擬攝像機(jī)與視頻編碼器的結(jié)合體，從圖像質(zhì)量指標(biāo)講，又可以實(shí)現(xiàn)高于模擬攝像機(jī)與視頻編碼器的效果。IPC是新一代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的核心硬件設(shè)備，通常采用嵌入式架構(gòu)，集成了視頻音頻采集、信號(hào)處理、編碼壓縮、智能分析、緩沖存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N功能，再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)錄像系統(tǒng)及管理平臺(tái)軟件，就可以構(gòu)建成大規(guī)模、分布式的智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。相對(duì)于模擬攝像機(jī)加DVS的架構(gòu)，IPC是真正的即插即用純網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，IPC可以部署在局域網(wǎng)，也可以部署在廣域網(wǎng)下的任何位置，允許用戶通過(guò)瀏覽器在任何地方對(duì)攝像機(jī)視頻進(jìn)行顯示及控制，這種相對(duì)獨(dú)立的工作模式使得IPC既適用于大規(guī)模視頻監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目中，也可以獨(dú)立分散應(yīng)用在如商店、學(xué)校、家庭的分布式、需要遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控應(yīng)用中。圖1IPC在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中角色示意圖IPC的主要功能：視頻編碼：采集并編碼壓縮視頻信號(hào)音頻功能：采集壓縮音頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)音頻實(shí)時(shí)播放或錄音網(wǎng)絡(luò)功能：編碼壓縮的視音頻信號(hào)通過(guò)網(wǎng)口傳輸云臺(tái)、鏡頭控制功能：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制云臺(tái)、鏡頭的各種動(dòng)作緩存功能：可以把壓縮的視音頻信號(hào)臨時(shí)存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)介質(zhì)報(bào)警輸入輸出：能接受、處理報(bào)警輸入輸出信號(hào)，即具備報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能移動(dòng)檢測(cè)報(bào)警：檢測(cè)場(chǎng)景內(nèi)移動(dòng)物體并產(chǎn)生報(bào)警，靈敏度可調(diào)視頻分析：自動(dòng)對(duì)視頻場(chǎng)景進(jìn)行分析，比對(duì)原則并觸發(fā)報(bào)警加電啟動(dòng)后軟件啟動(dòng)的過(guò)程包括裝載啟動(dòng)代碼、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理，監(jiān)控接收轉(zhuǎn)發(fā)控制程序等。IPC的亮點(diǎn)功能IPC的無(wú)線功能。遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸在模擬視頻監(jiān)控時(shí)代就是一個(gè)問(wèn)題，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶給IPC遠(yuǎn)距離傳輸解決方案。無(wú)線傳輸具有重要的意義，在有線施工困難場(chǎng)所、或者攝像機(jī)位置不固定場(chǎng)所，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)IPC將會(huì)帶來(lái)很大便利性。另外，對(duì)于建筑之間的IPC聯(lián)網(wǎng)，可以節(jié)省大量網(wǎng)絡(luò)布線施工成本，目前的無(wú)線技術(shù)主要有WIFI、3GPP、WIMAX等。PoE技術(shù)。PoE（PoweroverEthernet），指的是通過(guò)以太網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供電力的技術(shù)，PoE技術(shù)遵循于IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)，在不降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊性能的基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行供電，是IT行業(yè)的一個(gè)成熟標(biāo)準(zhǔn)。將PoE技術(shù)引入到IPC系統(tǒng)應(yīng)用中，可以解決IPC單獨(dú)供電的施工及線纜成本，并便于管理。IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的受電設(shè)備的功率在12.95瓦以下，基本可以滿足各普通固定類IPC的供電需求，而對(duì)于PTZ式IPC或快球IPC，可能仍然需要另外單獨(dú)供電。本地緩存功能。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或視頻編碼器，一個(gè)弱點(diǎn)是其對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性過(guò)強(qiáng)，實(shí)時(shí)的瀏覽與存儲(chǔ)需求導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不允許有一刻的中斷，否則帶來(lái)的后果是部分視頻丟失，這在一些重要場(chǎng)合是無(wú)法接受的，因此，需要臨時(shí)存儲(chǔ)報(bào)警前后的視頻信息。一些廠家的IPC具有本地緩存機(jī)制，實(shí)現(xiàn)IPC的本地臨時(shí)存儲(chǔ)（RingBuffer），本地緩存可作為網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)圖像的緩沖設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后，再將視頻進(jìn)行上傳，這樣可有效地保證視頻數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。IPC的安全通信。閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，系統(tǒng)中沒(méi)有任何加密或認(rèn)證機(jī)制，如果想截獲或者破壞視頻信號(hào)，僅僅需要物理連接到這個(gè)閉路系統(tǒng)中，采用搭線的方式或切換視頻源的方式對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行截獲或破壞。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)包直接在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳輸，因此，視頻數(shù)據(jù)及控制數(shù)據(jù)的中途截取是個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，由于其采用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)，因此具有多種安全保護(hù)機(jī)制，數(shù)據(jù)加密方式通常有以下幾種：SSL、HTTPS、、IPSecVPN。報(bào)警改變幀率技術(shù)。通常采用網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)（NVR）對(duì)IPC傳輸過(guò)來(lái)的視頻進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)際上，IPC每時(shí)每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流，這對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)是個(gè)巨大的考驗(yàn)，存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)，實(shí)際證明，絕大多數(shù)是無(wú)用的垃圾數(shù)據(jù)，沒(méi)有任何價(jià)值。在存儲(chǔ)系統(tǒng)中，真正有意義的數(shù)據(jù)是IPC報(bào)警及事件觸發(fā)后的相關(guān)視頻，既然如此，可以通過(guò)在平時(shí)狀態(tài)下，采用較低的分辨率和幀率進(jìn)行錄像，而一旦發(fā)生事件或報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)切換成高分辨率和幀率進(jìn)行錄像，這樣可以節(jié)省大量的存儲(chǔ)資源同時(shí)有可以保證重要的視頻的高畫質(zhì)。IPC的多碼流技術(shù)。IPC的“多碼流”技術(shù)意義重大，多碼流技術(shù)指對(duì)于同一個(gè)視頻源，IPC能夠產(chǎn)生并傳輸多個(gè)不同幀率、分辨率或圖像質(zhì)量的碼流，以滿足不同的用戶的需求，本地存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程觀看及移動(dòng)終端用戶觀看等。需要注意的是這些碼流可能采用不同的編碼壓縮方式，并且相互之間應(yīng)該是完全獨(dú)立的，由IPC直接生成而無(wú)需輔助手段。例如一個(gè)工廠園區(qū)項(xiàng)目，在多個(gè)分控中心的客戶端上，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)高畫質(zhì)的視頻瀏覽，而為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，可以對(duì)采用高畫質(zhì)低幀率的存儲(chǔ)方式，而對(duì)于保安人員手中的移動(dòng)終端，可以選擇更低碼流的視頻進(jìn)行顯示，這樣同時(shí)滿足不同用戶的需求。圖3IPC多碼流技術(shù)原理示意圖視頻分析技術(shù)。視頻分析技術(shù)即VCA技術(shù)（VideoContentAnalysis）在IPC中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。VCA技術(shù)不同于VMD（VideoMotionDetection）技術(shù)，VCA技術(shù)不使用相鄰幀之間進(jìn)行對(duì)比實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)探測(cè)，而是首先將視頻圖像中的背景和前景（目標(biāo)）進(jìn)行分離，并保持背景的自動(dòng)更新，然后通過(guò)對(duì)前景目標(biāo)的探測(cè)、跟蹤、分類及識(shí)別，并參考為不同攝像機(jī)場(chǎng)景預(yù)設(shè)的報(bào)警觸發(fā)規(guī)則，將目標(biāo)行為與規(guī)則進(jìn)行比較，一旦前景目標(biāo)觸發(fā)了規(guī)則，系統(tǒng)則自動(dòng)實(shí)現(xiàn)告警。VCA技術(shù)可以對(duì)視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行預(yù)處理，過(guò)濾掉對(duì)分析產(chǎn)生影響的因素，如、風(fēng)、霜、雨、雪、霧等自然情況，排除各種干擾，集中資源對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤、分類、識(shí)別，相對(duì)于VMD技術(shù)，VCA技術(shù)更專注于前景，并具有“記憶”識(shí)別能力。對(duì)于具有VCA功能的IPC，視頻分析單元部署在前端端，便可以構(gòu)建分布式的IVS系統(tǒng)。目前的問(wèn)題是前端芯片處理資源不足，不過(guò)隨著IC技術(shù)的飛速發(fā)展及算法的不斷提升，對(duì)視頻分析邊緣化有很大推動(dòng)，也有產(chǎn)品采用附加芯片的方式，單獨(dú)增加一個(gè)芯片專門做分析用，成本提高。此方式架構(gòu)如圖所示：圖4帶視頻分析功能IPC架構(gòu)示意圖此種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)只有當(dāng)報(bào)警發(fā)生的時(shí)候才傳輸視頻到控制中心或存儲(chǔ)中心，大大節(jié)省的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)及存儲(chǔ)空間；可以使得視頻分析單元直接對(duì)原始或最接近原始的圖象進(jìn)行分析，精確度高；靈活部署、數(shù)量無(wú)限制；與NVR及管理平臺(tái)深度集成。此種架構(gòu)的缺點(diǎn)是IPC目前芯片處理能力及內(nèi)存有限，限制了視頻分析功能；嵌入式的系統(tǒng)分析架構(gòu)，必然研發(fā)周期長(zhǎng)；視頻分析軟件升級(jí)麻煩，需要更新固件FW，影響運(yùn)行。IPC的選型與應(yīng)用IPC的選型要點(diǎn)。通常，用戶在選擇IPC時(shí)，首先需要參考的就是IPC廠商提供的IPC參數(shù)（Specifications）。通常，IPC廠商提供非常完整的全面的參數(shù)列表，其中包括傳感器類型、芯片類型、視頻輸出、音頻接口、報(bào)警接口、存儲(chǔ)接口、網(wǎng)絡(luò)接口、POE功能等硬性指標(biāo)，還有如操作系統(tǒng)、壓縮算法、幀率、分辨率、碼流、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、照度、Web功能等軟性參數(shù)，通常參數(shù)表基本可以了解IPC的功能、檔次。但是，還有一類參數(shù)如二次開(kāi)發(fā)支持、本地存儲(chǔ)空間、圖像延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性、并發(fā)訪問(wèn)數(shù)支持可能不會(huì)顯示在參數(shù)列表，需要進(jìn)一步了解。在IPC選型時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行選擇，沒(méi)有必要片面追求高性能。圖像質(zhì)量是IPC的根本，包括色彩還原能力、靜態(tài)動(dòng)態(tài)下的清晰度、無(wú)拖影、馬賽克。網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性是IPC的重點(diǎn)考察點(diǎn)，尤其對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，傳輸?shù)难舆t情況。其它復(fù)雜多余的功能需要根據(jù)需要來(lái)評(píng)估，并要綜合考慮性價(jià)比IPC的應(yīng)用設(shè)計(jì)。模擬攝像機(jī)與IPC的設(shè)計(jì)部署有一定的區(qū)別，對(duì)于模擬系統(tǒng)，需要考慮的問(wèn)題主要在施工布線上，比如矩陣的位置、線纜的鋪設(shè)、供電方式等。對(duì)于IPC，通常僅僅需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口可能就全部解決，因此，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)不在安裝施工，而在網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)方面，因此需要考慮錄像系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)的位置，需要考慮帶寬的占用等。在IPC應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要明確具體項(xiàng)目的應(yīng)用需求，點(diǎn)位的數(shù)量、分布情況，存儲(chǔ)系統(tǒng)的架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況等。其次要注意，目前并非IPC適用所有的項(xiàng)目，只有在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可以良好實(shí)現(xiàn)的情況下，具有集中存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)及前端點(diǎn)位分布比較分散的情況下，IPC是不錯(cuò)的選擇。監(jiān)視目標(biāo)及范圍。在部署IPC之前，首先需要明確監(jiān)視目標(biāo)及范圍，這是前提。監(jiān)視目標(biāo)分宏觀及微觀，宏觀監(jiān)視一般是用來(lái)了解場(chǎng)景內(nèi)目標(biāo)的大概行為，微觀監(jiān)視是對(duì)場(chǎng)景內(nèi)目標(biāo)需要識(shí)別，如人臉、ATM、車輛號(hào)碼等。監(jiān)視范圍主要指視頻場(chǎng)景中能夠覆蓋到的區(qū)域。監(jiān)視目標(biāo)及范圍因素共同決定了IPC的類型，如焦距、固定或PTZ、安裝位置、是否采用百萬(wàn)像素高清機(jī)型等。安裝環(huán)境因素。與模擬攝像機(jī)類似，IPC設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮安裝環(huán)境，安裝環(huán)境的考察是為了確定攝像機(jī)的靈敏度及防護(hù)罩選用。如室外無(wú)光源情況下可能需要考慮輔助光源或采用日夜轉(zhuǎn)換型IPC，室外灰塵污染嚴(yán)重的情況下需要考慮防塵防護(hù)罩，室內(nèi)無(wú)天花的環(huán)境下需要考慮支架安裝等。存儲(chǔ)及帶寬需求。視頻的存儲(chǔ)及帶寬需求與多種因素有關(guān)，如：攝像機(jī)數(shù)量及分布情況；攝像機(jī)錄像方式如實(shí)時(shí)或報(bào)警錄像或按時(shí)間表錄像；錄像的參數(shù)如幀率、分辨率、圖像質(zhì)量，碼流參數(shù)；視頻場(chǎng)景的復(fù)雜情況，如繁忙與相對(duì)平靜；視頻錄像計(jì)劃保存時(shí)間；視頻存儲(chǔ)設(shè)備的分布情況；視頻客戶端、電視墻等分布情況及數(shù)量。結(jié)束語(yǔ)受制