【安防知識網(wǎng)】網(wǎng)絡攝像機就是擁有獨立的IP地址和嵌入式的操作系統(tǒng)從而實現(xiàn)網(wǎng)絡監(jiān)控的智能化產品。它可以通過LAN、DSL連接或者是無線網(wǎng)絡適配器直接連接到網(wǎng)絡上。網(wǎng)絡攝像機包括一個鏡頭、光學過濾器、影像感應器、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的功能如動態(tài)監(jiān)測功能。

　　元件組成

　　網(wǎng)絡攝像機首先采集圖像(這些圖像可以被視為由不同波段的光組成)，然后把它轉換成光電訊號。這些光電訊號隨之被網(wǎng)絡攝像機從模擬狀態(tài)轉換成數(shù)字模式，經(jīng)過壓縮處理后，然后被傳送到網(wǎng)絡上。

　　攝像機鏡頭聚焦影像到影像傳感器(CCD)。在這些影像資料到達CCD之前它們先要通過光學濾鏡，這個過程過濾掉一些紅外光，使得只有合適的光線才可以被顯示出來。CCD之后把這些由光訊號組成的信息轉化成電信號。然后，這些電信號被轉換為數(shù)字訊號在網(wǎng)絡上進行傳輸。

　　網(wǎng)絡攝像機的控制芯片就扮演著這樣一個攝像機控制器的功能，它同時管理著曝光、白平衡、影像清晰度以及與圖片質量有關的其它方面。它還包括一個視頻壓縮元件，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，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡上的高效傳輸。

　　攝像機的以太網(wǎng)連接通過以太網(wǎng)控制芯片得以實現(xiàn) -- 這個芯片是用來連接外圍設備到網(wǎng)絡的最佳解決方案。該芯片包含一個32位的CPU, 10/100兆位的以太網(wǎng)連接, 先進的直接存儲方式和通用性較強的 I/O 接口。

　　CPU, 閃存和動態(tài)存儲器就是網(wǎng)絡攝像機的大腦與心臟;有著微型計算機的功能，并且它也是特別為網(wǎng)絡應用而設計的。它們共同處理攝像機與網(wǎng)絡之間的交流。

　　網(wǎng)絡攝像機的組成原理

　　網(wǎng)絡攝像機的應用，使得圖像監(jiān)控技術有了一個質的飛躍。首先，網(wǎng)絡的綜合布線代替了傳統(tǒng)的視頻模擬布線，實現(xiàn)了真正的三網(wǎng)(視頻、音頻、數(shù)據(jù))合一，網(wǎng)絡攝像機即插即用，工程實施簡便，系統(tǒng)擴充方便;其次，跨區(qū)域遠程監(jiān)控成為可能，特別是利用互聯(lián)網(wǎng)，圖像監(jiān)控已經(jīng)沒有距離限制，而且圖像清晰，穩(wěn)定可靠;再者，圖像的存儲、檢索十分安全、方便、可異地存儲，多機備份存儲以及快速非線性查找等。

　　網(wǎng)絡攝像機的應用，使得圖像監(jiān)控技術有了一個質的飛躍。首先，網(wǎng)絡的綜合布線代替了傳統(tǒng)的視頻模擬布線，實現(xiàn)了真正的三網(wǎng)(視頻、音頻、數(shù)據(jù))合一，網(wǎng)絡攝像機即插即用，工程實施簡便，系統(tǒng)擴充方便;其次，跨區(qū)域遠程監(jiān)控成為可能，特別是利用互聯(lián)網(wǎng)，圖像監(jiān)控已經(jīng)沒有距離限制，而且圖像清晰，穩(wěn)定可靠;再者，圖像的存儲、檢索十分安全、方便、可異地存儲，多機備份存儲以及快速非線性查找等。

[nextpage]　　組成原理

　　網(wǎng)絡攝像機一般由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D轉換器、圖像、聲音、控制器網(wǎng)絡服務器、外部報警、控制接口等部分組成。

　　1、鏡頭

　　鏡頭作為網(wǎng)絡攝像機的前端部件，有固定光圈、自動光圈、自動變焦、自動變倍等種類，與模擬攝像機相同。

　　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既互補性金屬氧化物半導體，CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能的。這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。不像由二級管組成的CCD和CMOS電路幾乎沒有靜態(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重要問題是在處理快速變換的影像時，由于電流變換過于頻繁而過熱。暗電流抑制的好就問題不大，如果抑制的不好就十分容易出現(xiàn)雜點。

　　CCD圖像傳感器由在單晶硅基片上呈二維排列的光電二級管及其傳輸電路構成。光電二極管把光轉化成電荷，再經(jīng)轉化電路傳送和輸出。

　　通常，傳送優(yōu)良圖像質量的設備都采用CCD圖像傳感器，而注重功耗和成本的產品則選擇CMOS圖像傳感器。但新的技術正在克服每種器體固有的弱點，同時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相同。 聲音傳感器即拾聲器或叫麥克風，與傳統(tǒng)的話筒原理一樣。

　　3、A/D轉換器

　　A/D轉換器的功能是將圖像和聲音等模擬信號轉換成數(shù)字信號。

　　基于CMOS模式的圖像傳感器模塊有直接數(shù)字信號輸出的接口，無須A/D轉換器;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，亦無須A/D轉換器，但由于此模塊主要針對模擬攝像機設計，只有模擬輸出接口，故需要進行A/D轉換。

　　4、圖像、聲音編碼器

　　經(jīng)A/D轉換后的圖像、聲音數(shù)字信號，按一定的格式或標準進行編碼壓縮。編碼壓縮的目的是為了便于實現(xiàn)音/視信號與多媒體信號的數(shù)字化;便于在計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡以及萬維網(wǎng)上不失真地傳輸上述信號。

　　目前，圖像編碼壓縮技術有兩種：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，即軟件運行在DSP上進行圖像的編碼壓縮。同樣，聲音的壓縮亦可采用硬件編碼壓縮和軟件壓縮，其編碼標準有MP3等格式。

[nextpage]　　5、控制器

　　控制器是網(wǎng)絡攝像機的心臟，它肩負著網(wǎng)絡攝像機的管理和控制工作。如果是硬件壓縮編碼，控制器是一個獨立部件;如果是軟件編碼壓縮，控制器是運行編碼壓縮軟件的DSP，即二者合而為一。

　　6、網(wǎng)絡服務器

　　網(wǎng)絡服務器提供網(wǎng)絡攝像機的網(wǎng)絡功能，它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相關網(wǎng)絡協(xié)議，允許用戶從自己的PC機使用標準的瀏覽器根據(jù)網(wǎng)絡攝像機的IP地址對網(wǎng)絡攝像機進行訪問，觀看實時圖像，及控制攝像機的鏡頭和云臺。

　　7、外部報警、控制接口

　　網(wǎng)絡攝像機為工程應用提供了實用的外部接口，如控制云臺的485接口，用于報警信號輸入輸出的I/O口。如紅外探頭發(fā)現(xiàn)有目標出現(xiàn)，發(fā)報警信號給網(wǎng)絡攝像機，網(wǎng)絡攝像機自動調整鏡頭方向并實時錄像;另一方面，當網(wǎng)絡攝像機偵測到有移動目標出現(xiàn)時，亦可向外發(fā)出報警信號。

　　網(wǎng)絡攝像機的基本原理是：圖像信號經(jīng)過鏡頭輸入及聲音信號經(jīng)過麥克風輸入后，由圖像傳感器的聲音傳感器轉化為電信號，A/D轉換器將模擬電信號轉換為數(shù)字電信號，再經(jīng)過編碼器按一定的編碼標準進行編碼壓縮，再控制器的控制下，由網(wǎng)絡服務器按一定的網(wǎng)絡協(xié)議送上局域網(wǎng)或INTERNET，控制器還可以接收報警信號及向外發(fā)送報警信號，且按要求發(fā)出控制信號。

　　8、圖像的編碼標準

　　目前，網(wǎng)絡攝像機的圖像壓縮編碼標準主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG等。

　　MPEG4

　　所謂MPEG標準就是指由ISO的活動圖像專家組制定的一系列關于音視頻信號以及多媒體信號的壓縮與解壓縮技術的標準。到目前為止，已經(jīng)制定完成并批準執(zhí)行的有：1991年批準的MPEG1、MP3;1994年批準的MPEG2;1999年批準的MPEG4和MP4。正在制定的標準有：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)過不斷地完善和多次的升級已經(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量的視頻流而日益受到歡迎。

　　H.263是基于運動補償?shù)腄PCM的混合編碼，在運動補償?shù)腄PCM混合編碼，在運動搜索的基礎上進行運動補償，然后運用DCT變換和“之”字形掃描編碼，從而得到輸出碼流。H.263在H.261建議的基礎上，將運動矢量的搜索增加為半象素點搜索;同時又增加了無限制運動矢量、基于語法的算術編碼、高級預測技術和PB幀編碼等四個高級選項;從而達到了進一步降低碼速率和提高編碼質量的目的。

　　H.264

　　H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG的聯(lián)合視頻組開發(fā)的一個新的數(shù)字視頻編碼標準，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實現(xiàn)的視頻格式在性能方面提高33%左右。

　　M-JPEG

　　M-JPEG技術即運動靜止圖像壓縮技術，它把運動的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來處理，這種壓縮技術方式單獨完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機存儲每一幀，可進行精確到幀地編輯。但M-JPEG只對幀內地空間冗余進行壓縮，不對幀間的時間冗余進行壓縮，故壓縮效率不高。

　　應用優(yōu)勢

　　網(wǎng)絡攝像機不僅可基于計算機局域網(wǎng)用于區(qū)域監(jiān)控，如住宅小區(qū)監(jiān)控、辦公樓、銀行、商場等傳統(tǒng)地監(jiān)控;而且也能通過INTERNET用于新型地跨區(qū)域遠程監(jiān)控及網(wǎng)上展示，遠程兒童及老人看護、無人值守通信機房監(jiān)控、旅游景點網(wǎng)上演播、產品網(wǎng)上展覽等。