網(wǎng)絡攝像機的原理與應用

網(wǎng)絡攝像機的原理與應用2011-07-1114:51:15|分類：默認分類|字號大中小訂閱網(wǎng)絡攝像機的定義網(wǎng)絡攝像機，也叫IP攝像機，即IPCamera，簡稱IPC，在近幾年得益于網(wǎng)絡帶寬、芯片技術、編碼算法、存儲技術的進步而得到大力發(fā)展。IPC的特點主要體現(xiàn)在“IP”上，即支持網(wǎng)絡協(xié)議的攝像機，IPC可以看成是模擬攝像機與視頻編碼器的結合體，從圖像質(zhì)量指標講，又可以實現(xiàn)高于模擬攝像機與視頻編碼器的效果。IPC是新一代網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的核心硬件設備，通常采用嵌入式架構，集成了視頻音頻采集、信號處理、編碼壓縮、智能分析、緩沖存儲及網(wǎng)絡傳輸?shù)榷喾N功能，再結合網(wǎng)絡視頻存儲錄像系統(tǒng)及管理平臺軟件，就可以構建成大規(guī)模、分布式的智能網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。相對于模擬攝像機加DVS的架構，IPC是真正的即插即用純網(wǎng)絡設備，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，允許用戶通過瀏覽器在任何地方對攝像機視頻進行顯示及控制，這種相對獨立的工作模式使得IPC既適用于大規(guī)模視頻監(jiān)控系統(tǒng)項目中，也可以獨立分散應用在如商店、學校、家庭的分布式、需要遠程視頻監(jiān)控應用中。圖1IPC在網(wǎng)絡監(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音頻功能：采集壓縮音頻信號，實現(xiàn)音頻實時播放或錄音網(wǎng)絡功能：編碼壓縮的視音頻信號通過網(wǎng)口傳輸云臺、鏡頭控制功能：通過網(wǎng)絡控制云臺、鏡頭的各種動作緩存功能：可以把壓縮的視音頻信號臨時存儲在本地存儲介質(zhì)報警輸入輸出：能接受、處理報警輸入輸出信號，即具備報警聯(lián)動功能移動檢測報警：檢測場景內(nèi)移動物體并產(chǎn)生報警，靈敏度可調(diào)視頻分析：自動對視頻場景進行分析，比對原則并觸發(fā)報警加電啟動后軟件啟動的過程包括裝載啟動代碼、設備驅(qū)動程序、網(wǎng)絡協(xié)議處理，監(jiān)控接收轉(zhuǎn)發(fā)控制程序等。IPC的亮點功能IPC的無線功能。遠距離信號傳輸在模擬視頻監(jiān)控時代就是一個問題，無線網(wǎng)絡技術帶給IPC遠距離傳輸解決方案。無線傳輸具有重要的意義，在有線施工困難場所、或者攝像機位置不固定場所，無線網(wǎng)絡IPC將會帶來很大便利性。另外，對于建筑之間的IPC聯(lián)網(wǎng)，可以節(jié)省大量網(wǎng)絡布線施工成本，目前的無線技術主要有WIFI、3GPP、WIMAX等。PoE技術。PoE（PoweroverEthernet），指的是通過以太網(wǎng)為網(wǎng)絡設備提供電力的技術，PoE技術遵循于IEEE802.3af標準，在不降低網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊性能的基礎上對網(wǎng)絡設備進行供電，是IT行業(yè)的一個成熟標準。將PoE技術引入到IPC系統(tǒng)應用中，可以解決IPC單獨供電的施工及線纜成本，并便于管理。IEEE802.3af標準規(guī)定的受電設備的功率在12.95瓦以下，基本可以滿足各普通固定類IPC的供電需求，而對于PTZ式IPC或快球IPC，可能仍然需要另外單獨供電。本地緩存功能。對于網(wǎng)絡攝像機或視頻編碼器，一個弱點是其對網(wǎng)絡的依賴性過強，實時的瀏覽與存儲需求導致網(wǎng)絡不允許有一刻的中斷，否則帶來的后果是部分視頻丟失，這在一些重要場合是無法接受的，因此，需要臨時存儲報警前后的視頻信息。一些廠家的IPC具有本地緩存機制，實現(xiàn)IPC的本地臨時存儲（RingBuffer），本地緩存可作為網(wǎng)絡故障時圖像的緩沖設備，在網(wǎng)絡恢復正常后，再將視頻進行上傳，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)采用點對點連接，系統(tǒng)中沒有任何加密或認證機制，如果想截獲或者破壞視頻信號，僅僅需要物理連接到這個閉路系統(tǒng)中，采用搭線的方式或切換視頻源的方式對視頻信號進行截獲或破壞。對于網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)包直接在開放的網(wǎng)絡環(huán)境中傳輸，因此，視頻數(shù)據(jù)及控制數(shù)據(jù)的中途截取是個風險，同時，由于其采用數(shù)字化網(wǎng)絡化架構，因此具有多種安全保護機制，數(shù)據(jù)加密方式通常有以下幾種：SSL、HTTPS、、IPSecVPN。報警改變幀率技術。通常采用網(wǎng)絡錄像機（NVR）對IPC傳輸過來的視頻進行存儲，實際上，IPC每時每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流，這對存儲系統(tǒng)是個巨大的考驗，存儲系統(tǒng)存儲的大量數(shù)據(jù)，實際證明，絕大多數(shù)是無用的垃圾數(shù)據(jù)，沒有任何價值。在存儲系統(tǒng)中，真正有意義的數(shù)據(jù)是IPC報警及事件觸發(fā)后的相關視頻，既然如此，可以通過在平時狀態(tài)下，采用較低的分辨率和幀率進行錄像，而一旦發(fā)生事件或報警，系統(tǒng)自動切換成高分辨率和幀率進行錄像，這樣可以節(jié)省大量的存儲資源同時有可以保證重要的視頻的高畫質(zhì)。IPC的多碼流技術。IPC的“多碼流”技術意義重大，多碼流技術指對于同一個視頻源，IPC能夠產(chǎn)生并傳輸多個不同幀率、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、遠程觀看及移動終端用戶觀看等。需要注意的是這些碼流可能采用不同的編碼壓縮方式，并且相互之間應該是完全獨立的，由IPC直接生成而無需輔助手段。例如一個工廠園區(qū)項目，在多個分控中心的客戶端上，可以進行實時高畫質(zhì)的視頻瀏覽，而為了節(jié)省存儲空間，可以對采用高畫質(zhì)低幀率的存儲方式，而對于保安人員手中的移動終端，可以選擇更低碼流的視頻進行顯示，這樣同時滿足不同用戶的需求。圖3IPC多碼流技術原理示意圖視頻分析技術。視頻分析技術即VCA技術（VideoContentAnalysis）在IPC中得到越來越多的應用。VCA技術不同于VMD（VideoMotionDetection）技術，VCA技術不使用相鄰幀之間進行對比實現(xiàn)移動目標探測，而是首先將視頻圖像中的背景和前景（目標）進行分離，并保持背景的自動更新，然后通過對前景目標的探測、跟蹤、分類及識別，并參考為不同攝像機場景預設的報警觸發(fā)規(guī)則，將目標行為與規(guī)則進行比較，一旦前景目標觸發(fā)了規(guī)則，系統(tǒng)則自動實現(xiàn)告警。VCA技術可以對視頻圖像內(nèi)容進行預處理，過濾掉對分析產(chǎn)生影響的因素，如、風、霜、雨、雪、霧等自然情況，排除各種干擾，集中資源對目標進行探測、跟蹤、分類、識別，相對于VMD技術，VCA技術更專注于前景，并具有“記憶”識別能力。對于具有VCA功能的IPC，視頻分析單元部署在前端端，便可以構建分布式的IVS系統(tǒng)。目前的問題是前端芯片處理資源不足，不過隨著IC技術的飛速發(fā)展及算法的不斷提升，對視頻分析邊緣化有很大推動，也有產(chǎn)品采用附加芯片的方式，單獨增加一個芯片專門做分析用，成本提高。此方式架構如圖所示：圖4帶視頻分析功能IPC架構示意圖此種架構的優(yōu)點是系統(tǒng)只有當報警發(fā)生的時候才傳輸視頻到控制中心或存儲中心，大大節(jié)省的網(wǎng)絡負擔及存儲空間；可以使得視頻分析單元直接對原始或最接近原始的圖象進行分析，精確度高；靈活部署、數(shù)量無限制；與NVR及管理平臺深度集成。此種架構的缺點是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，必然研發(fā)周期長；視頻分析軟件升級麻煩，需要更新固件FW，影響運行。IPC的選型與應用IPC的選型要點。通常，用戶在選擇IPC時，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、報警接口、存儲接口、網(wǎng)絡接口、POE功能等硬性指標，還有如操作系統(tǒng)、壓縮算法、幀率、分辨率、碼流、網(wǎng)絡協(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)如二次開發(fā)支持、本地存儲空間、圖像延時、網(wǎng)絡適應性、并發(fā)訪問數(shù)支持可能不會顯示在參數(shù)列表，需要進一步了解。在IPC選型時，需要根據(jù)現(xiàn)場具體情況進行選擇，沒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)動態(tài)下的清晰度、無拖影、馬賽克。網(wǎng)絡適應性是IPC的重點考察點，尤其對惡劣環(huán)境的適應性，傳輸?shù)难舆t情況。其它復雜多余的功能需要根據(jù)需要來評估，并要綜合考慮性價比IPC的應用設計。模擬攝像機與IPC的設計部署有一定的區(qū)別，對于模擬系統(tǒng)，需要考慮的問題主要在施工布線上，比如矩陣的位置、線纜的鋪設、供電方式等。對于IPC，通常僅僅需要一個網(wǎng)絡接口可能就全部解決，因此，設計的重點不在安裝施工，而在網(wǎng)絡與存儲方面，因此需要考慮錄像系統(tǒng)在網(wǎng)絡的位置，需要考慮帶寬的占用等。在IPC應用設計時，首先需要明確具體項目的應用需求，點位的數(shù)量、分布情況，存儲系統(tǒng)的架構，網(wǎng)絡建設情況等。其次要注意，目前并非IPC適用所有的項目，只有在網(wǎng)絡建設可以良好實現(xiàn)的情況下，具有集中存儲優(yōu)勢及前端點位分布比較分散的情況下，IPC是不錯的選擇。監(jiān)視目標及范圍。在部署IPC之前，首先需要明確監(jiān)視目標及范圍，這是前提。監(jiān)視目標分宏觀及微觀，宏觀監(jiān)視一般是用來了解場景內(nèi)目標的大概行為，微觀監(jiān)視是對場景內(nèi)目標需要識別，如人臉、ATM、車輛號碼等。監(jiān)視范圍主要指視頻場景中能夠覆蓋到的區(qū)域。監(jiān)視目標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、是否采用百萬像素高清機型等。安裝環(huán)境因素。與模擬攝像機類似，IPC設計時需要考慮安裝環(huán)境，安裝環(huán)境的考察是為了確定攝像機的靈敏度及防護罩選用。如室外無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，室外灰塵污染嚴重的情況下需要考慮防塵防護罩，室內(nèi)無天花的環(huán)境下需要考慮支架安裝等。存儲及帶寬需求。視頻的存儲及帶寬需求與多種因素有關，如：攝像機數(shù)量及分布情況；攝像機錄像方式如實時或報警錄像或按時間表錄像；錄像的參數(shù)如幀率、分辨率、圖像質(zhì)量，碼流參數(shù)；視頻場景的復雜情況，如繁忙與相對平靜；視頻錄像計劃保存時間；視頻存儲設備的分布情況；視頻客戶端、電視墻等分布情況及數(shù)量。結束語受制