网络摄像机设计方案

2024-06-12

网络摄像机设计方案（精选9篇）

篇1：网络摄像机设计方案

龙源期刊网 http://.cn

基于ＭＬ８６５００的网络摄像机方案设计作者：张勇丁中伟江铨

来源：《现代电子技术》2008年第23期

摘要：提出一款基于ML86500的网络摄像机设计方案，论述其软硬件总体设计思路。处理器采用ARM9芯片AT91SAM9260，视频解码芯片采用TW9910，MPEG4编码芯片采用OKI公司的ML86500。该方案以低成本实现了高图像质量、图像分辨率可设置、低带宽占用的网络摄像机，本系统的设计方法可为基于MPEG4的网络摄像机设计提供有益参考。关键词：网络摄像机；IP视频监控；ML86500；MPEG4

篇2：网络摄像机设计方案

专业安防监控0762-3899990

河源网络摄像机旅店监控解决方案

1、旅店防盗报警视频管理需求

做为一个公共的居住场所，人员相当的复杂，新闻不止一次报道旅客住宿时被偷，被抢。因此现在人们选择入住旅店时，首先就是看该店有没有监控系统。在旅店内安装一套网络视频管理系统，对店主生意及旅客的人生财产安全都作出了重要保障。

预防盗贼入侵，造成旅客财产和人生安全

加强旅店管理，预防旅店物品丢失

即时发现旅店其他异常（如火灾）

录制视频，保留报警证据

2、旅店防盗报警视频管理系统功能

借助先进的网络视频技术，以及互联网等基础设置，我们推出的“旅店防盗报警监控方案”包括如下功能：

只要能上网的地方，店主就可随时查看旅店情况

随时录制现场视频，抓拍现场图片至邮件或手机，作为报警证据

远程监听现场声音，随时了解现场情况

远程相互通话

启用防盗报警，当小偷入侵时，可以随时记录现场视频，并且发出警铃声，吓退盗贼

3、为什么选择网络摄像机

工程量小，布线简单，施工成本低

不需要在购买存储设备，降低成本（传统监控需要买DVR等存储设备）功能强大（传统监控无法在前端摄像机上实现报警功能）

互联网访问，真正做到数字信息化，不受任何地域限制。

远程录制视频，即使现场监控设备被破坏，也能保存证据。

操作方便、快捷、性价比高。

无论身在何处，只要能上网，就能观察教室内的情况。

篇3：网络摄像机设计方案

网络摄像机的视频数据流具有数据量大、实时性等特点,在高带宽、低传输时延、同步和高可靠性等几方面对网络传输提出更高的要求。然而,IP网络传输服务并不能保证视频信号传输的服务质量(Qo S),特别是对经过高效压缩编码的H.264码流,更容易出现Qo S问题。为了保证Qo S,一般采用实时传输协议RTP协议[1]来传输H.264码流。本文提出一种新的具有抗分组丢失能力的网络摄像机设计方案,该方案以DM643为核心处理器,采用具有抗分组丢失能力的RTP载荷结构(ERRTP)[2],利用ERRTP载荷结构,对H.264码流使用TN码[3]不等保护,能够保证时延在实时视频通信允许范围内,大大提高H.264视频通信的Qo S;同时,在服务端内置一个嵌入式Web服务器,利用嵌入式HTTP网页提供了友好的用户界面,具备支持复杂嵌入式系统的能力;客户端即可通过IE浏览器实现视频监控。

2 硬件系统设计

目前,类似方案的设计多为双核(DSP+ARM)设计法和专用DSP芯片设计法,考虑到开发难度、开发周期和开发成本等问题,采用单个DSP芯片的设计方法[4]。其结构如图1所示。

其核心处理器DM643,工作主频高达600 MHz,处理性能高达4 800 MI/s(兆指令/秒),可实时实现数字视频/音频编解码运算。

视频采集采用模拟NTSC/PAL制CCD摄像头,所获得的模拟视频信号直接送入视频解码芯片进行A/D转换。视频解码芯片采用TI公司的TVP5150APBS,将摄像头采集的NTSC/PAL视频信号转换成数字色差信号(YUV 4∶2∶2),输出格式为ITU-RBT.656。

视频处理对数据存储的容量要求较大,为配合DM643的64 bit EMIF,选用2片4M×32 bit的SDRAM作为内存,总容量达到32 Mbyte,以存放系统运行时的代码以及临时图像数据;采用4 Mbyte的Flash,以保存系统自启动代码以及系统程序代码。由于DM643内部集成了网络控制器,网络部分只需采用以太网收发器(PHY)与DM643直接连接即可。系统供电采用IEEE802.3a/f以太网供电(POE)方式。

3 ERRTP载荷结构及TN码不等保护

3.1 ERRTP载荷结构

ERRTP载荷结构是具有抗分组丢失能力的RTP载荷结构。由于用户可以自定义RTP的载荷格式以实现不同格式的媒体流数据的传输,因此,在RTP结构上增加NALU[5]头字段和TN码保护字段构造ERRTP载荷结构,提高网络传输的抗丢包能力。ERRTP载荷结构如图2所示,其增加部分说明如下。

1)NALU头字段。1个ERRTP载荷中只能存放相同类型的NALU,只保留1个NALU头存放在ERRTP载荷的起始位置,其他NALU的头字段则删除。这样有利于减少额外开销,且不用对分组内的数据解码就可以判别该分组中视频数据的重要性。

2)TN码的类型。纠错算法的类型,接收端据此决定如何解码收到的RTP载荷,若该字段为1,表示采用TN码,若为0则表示载荷不使用TN码保护。

3)TN参数域。指出TN码的生成规则和保护能力,结合TN码类型对H.264的NALU数据进行保护。

4)包长度。每个数据包的长度,单位为byte。

5)载荷包含的包数目。S个同一类型的NALU经过纠错校验后在一个ERRTP载荷中存放的包个数。

利用加入TN码保护字段后的ERRTP载荷结构,接收端可以根据这些字段给出的TN码类型和参数对接收到的数据分组进行解码,并恢复丢失的数据包,提高分组丢失环境下恢复视频的质量。

3.2 TN码不等保护算法

首先将H.264中同一类型但不等长的S个NALU分为一组;再将S个NALU载荷等分为M个数据包,其中每个数据包的长度为K个字节;使用TN码编码生成M个数据包的N个校验包;最后将M+N个包(分组P)通过ERRTP载荷中进行传输,相同类型NALU的头信息存放在ERRTP载荷头位置。接收端在收到第P+1分组后开始检测前面P个分组中是否有数据包丢失,如果有就进行TN码解码,恢复丢失的数据节点。

H.264使用TN码保护时,数据包长度要小于网络的最大传输单元(MTU),使得数据包不会被网络传输协议再次分割,保证TN码的有效保护作用。对H.264码流进行分组不等保护时,可根据NALU头字段中参考标识将H.264的数据分为两类,一类为相对重要的图像数据(参考标识等于1),另一类为次要的图像数据(参考标识等于0)。对重要的图像数据使用冗余度较大抗丢包能力强的TN1码进行保护,而次要的图数据可使用冗余度较小、抗丢包能力较弱的TN2码进行保护。通过这种不等保护算法,保证了各类重要信息在高丢包环境下的正确恢复。

3.3 TN码保护对实时性的影响

采用TN码保护算法引入的时延大小与图像数据分组的大小有关。将S个同一类型NALU分为一组,其中1个NALU包含1个Slice的码流数据。若一帧图像只划分为1个Slice,则一帧图像在编解码端都会有S/2帧的纠错处理时延。由文献[2]可知,使用ERRTP协议较之RTP的时延增加了S×Tth(Tth为解码1个目标帧的时间),为了减小实时视频通信系统的时延,S取值不应太大。由于S个NALU载荷的总字节数等于数据包的个数M与包长度K的乘积,在使用TN码保护数据包时,包长度K一般取定值[3],故S的值正比于M,即要保证视频通信的实时性,M的取值不应太大。采用高效TN码保护算法[6]来解决M值受限的情况,该算法非常灵活,可针对任意数目的数据包进行纠错保护,生成任意数目的校验包。

4 软件系统结构

网络摄像机是视频监控系统的服务端,完成视频信号的采集、编码和发送,同时在服务器中内置一个Web服务器,以方便客户端对前端通过IE浏览器访问,并进行参数控制。软件总体结构如图3所示。

整个软件系统运行在DSP/BIOS[7]之上,并采用RF5参考框架开发。系统利用RF5参考框架,对底层的驱动作相应的修改,实现H.264编码算法并在DSP上进行优化。经H.264编码后的数据,根据其重要性的不同,采用TN码不等保护算法对不同NALU分组进行相应等级的保护,对已经完成TN码保护的NALU数据采取ERRTP封装,并经过通道注册后放在相应的任务中。动态地创建了一个网络发送任务和一个网络接收任务。在主线程中,主要完成整个程序的初始工作,然后DSP把程序的控制权交给DSP/BIOS的线程调度器,按线程的优先级执行调度,对于同等权限的任务,利用SCOM消息队列进行同步。

为了实现客户端实时访问并执行控制任务,在服务端嵌入一个Web服务器。当客户端使用浏览器进行访问时,服务器端响应HTTP请求,产生初始HTTP网页发送给浏览器,然后实时刷新从Web服务器传输来的数据,并发送控制信号给Web服务器以完成任务控制。

客户端PC机采用基于Windows的视频解码,采用标准的Active X控件,实现H.264 Dec.ocx控件。该控件实现对数据流的ERRTP解封装和TN码保护解除,以及H.264数据的解码,重构视频图像。当客户通过浏览器访问时,安装该控件,便可接收到Web服务器通过网络发送任务发送到客户端的视频图像。

5 性能分析

由于网络摄像机主要用于监控场合,其背景相对静止,故将网络摄像机安装在背景相对静止的场合中进行测试。首先比较RTP和ERRTP载荷传输H.264码流的传输效率。S个NALU在分组传输后,不同协议下每个分组的字节数为

式中:LNALU表示NALU载荷的平均大小。由此可知,使用ERRTP较之RTP协议每个分组大小的变化是(4-S/P)字节,即在传输效率上与RTP协议基本相同。

接着比较两种载荷结构的抗分组丢失能力,用PSNR作为衡量恢复图像客观质量的尺度。在不同丢包率的网络环境下,比较单一的TN码和不等TN码保护方法的性能:

1)使用单一的TN码,TN码为TN(27,20)(其中数据节点20个,校验节点7个),其冗余度为25.9%;

2)使用不等TN码,TN1码为TN(30,20)码,TN2码为TN(24,20)码,其冗余度分别为33.3%和16.7%。表1中给出了不同TN码抗丢包性能比较的实验结果。

由图4可以看出,当使用不等TN码保护算法时,与单一的TN码方法相比,恢复图像的PSNR可提高1 d B以上,在信道丢包率达10%的情况下,可将视频恢复质量提高7 d B以上,能够保证解码端恢复图像的主客观质量,满足高丢包环境下视频通信的Qo S。

6 小结

笔者提出的具有抗分组丢失能力的网络摄像机设计,在客户端通过IE浏览器访问,可看到恢复质量高的视频监控图像。它没有过多增加信道负担和运算复杂度,利用ERRTP载荷结构,使用TN码不等保护,能够保证纠错能力并满足实时视频通信实时性的要求。

参考文献

[1]WENGER S,HANNUKSELA M M,STOCKHAMMER T,et al.RTP payload format for H.264video[EB/OL].[2008-11-20].http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3984.txt.

[2]宋彬,秦浩,郭春芳.保证H.264视频通信质量的实时传输协议载荷[J].西安交通大学学报,2007(10):1455-1459.

[3]LUBY M,MITZENMACHER M,SHOKROLLAHI A,et al.Prac-tical loss-resilient codes[C]∥Proc.the29th ACM Symposium on Theory of Computing.New York:ACM Press,1997:150-159.

[4]刘先虎,唐慧明.一种高分辨率网络摄像机的设计及实现[J].电视技术,2006(2):93-96.

[5]周宁兆,宋彬,常义林.基于H.264/AVC的视频通信抗分组丢失方法研究[J].计算机学报,2006,29(1):1-7.

[6]MULLANIX T,MAGDIC D,WAN V.Reference frameworks for eXpressDSP software:RF5,an extensive,high-density system[EB/OL][2008-11-20].http://focus.ti.com.cn/cn/lit/an/spra795a/spra795a.pdf.

篇4：网络摄像机的优势分析

摘要：随着集成电路技术、网络技术、压缩解压缩技术的发展，网络摄像机得到了迅猛的发展和广泛的应用，已经成为视频监控的标志和核心设备。网络摄像机不仅可基于局域网实现传统的区域监控，而且能基于互联网实现远程监控。文章论述了网络摄像机的工作原理、组成结构，剖析了网络摄像机优于传统摄像机的优势。

关键词：网络摄像机（IPC）；远程监控压缩编码算法

中图分类号：TN948.41 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0068-01

1 网络摄像机的结构

网络摄像机，简称IPC（IPCamera），是传统摄像机与网络技术相结合的新一代产品。IPC由镜头、图像传感器、声音传感器、控制器、模/数转换器、编码芯片、网络及控制接口等部分组成。

1.1 光学镜头

镜头被喻为摄像机的眼睛，是摄像机的重要组成部分，通常由一组透镜组成，它的作用是将被拍摄景物准确地成像在图像传感器上。摄像机画面的清晰程度很大程度依赖于镜头的参数和质量。

1.2 图像传感器和声音传感器

光电转换是IPC的核心任务之一，图像传感器就是摄像机进行光电转换的芯片，被喻为摄像机的心脏，目前市场上有CCD及CMOS两种图像传感器。前者解析度高、噪音低、灵敏度高，在模拟和网络摄像机中应用都很普遍。CMOS主要优点是功耗低、工艺简单，是IPC未来的发展趋势。

1.3 编码芯片

图像和声音传感器产生的模拟信号被A/D转换芯片转换成数字信号以后，需要按一定的格式进行压缩编码，所以压缩编码是IPC的另一个核心任务。主要的视频编码算法有MPEG4、H.264、AVS等，H.264因为具有良好的图形质量、编码效率及网络适应能力，是目前IPC编码算法的主流。声音编码标准有MP3、G.723等多种格式。

1.4 控制器

控制器是网络摄像机的大脑，它肩负着网络摄像机的管理和控制工作。如果是硬件压缩编码，控制器是一个独立部件；如果是软件编码压缩，控制器是运行编码压缩软件的DSP，即二者合而为一。

1.5 主要接口

RJ-45网络接口是网络摄像机的通用配置，用于IPC进行有线网络通信。为了方便本地监控，有的IPC还提供一个模拟的视频接口。另外，IPC还提供了一些其他的外部接口，如控制云台的485接口，用于报警信号输入输出的I/O口等。有的产品还提供对无线网络的支持。

1.6 网络服务器

网络摄像机还增加了一个嵌入式芯片，内置嵌入式实时操作系统和Web服务器，将压缩后的视频数据封装成TCP/IP包，采用RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相关网络协议进行数据通信。授权用户使用标准的浏览器即可观看该摄像机的实时图像，远程控制摄像机的镜头和云台。为了方便用户管理网络，有的IPC还支持ICMP、SNMP、IGMP、ARP等网络管理协议，有的甚至支持FTP、SMTP、DDNS协议，提供更加强大的网络功能。

2 网络摄像机的工作过程

IPC从视频采集、编码压缩到网络传输等各个环节全部实现了数字化，是真正的纯数字设备。一般网络摄像机的工作过程如下：

①外界光信号经过镜头输入，声音信号经过麦克风输入后，由图像传感器与声音传感器转化为电信号。

②A/D转换器将模拟电信号转换为数字电信号，由内置的信号处理器进行预处理，再经过编码器按一定的编码标准进行编码压缩。

③内置嵌入式操作系统将数据封装成IP包；在控制器的控制下，由网络服务器通过TCP/IP网络协议在局域网或互联网上传输。

④控制器还可以接收报警信号及向外发送报警信号，并对云台和其它外部设备进行操作控制。

⑤IPC提供多级用户管理机制和IP过滤机制，使得不同级别的用户的访问权限不尽相同，即使获得授权用户也只能在自己相关权限之内进行操作和活动。

3 网络摄像机相对于模拟摄像机的优势

3.1 高清摄像机画质上优于模拟摄像机

模拟摄像机经过反复的A/D转换、电磁传输干扰、隔行扫描等步骤的影响，视频画质严重下降，图像存储仅可以达到D1或者4CIF左右分辨率，约合40万像素。网络摄像机则由于采用逐行扫描、数字信号传输的技术，在抗电磁干扰性、图像清晰度方面存在很大优势，高清摄像机的分辨率经常达到百万级像素甚至千万级。

3.2 大大拓宽了监控范围

受限于视频线传输模拟信号的限制，传统的视频监控系统规模只能局限于视频线缆可以直接连接的范围，常用的5号视频线传输距离在500 m以内，即使采用9号视频线也不能突破1 000 m。

网络摄像机不但可通过以太网在局域网环境内部署视频监控系统，而且可以充分应用广阔的互联网资源，跨越地理环境的限制将音视频信号传输到任何距离，大大拓宽了视频监控的范围。在后端可以采用手机、PDA终端、计算机等任何网络设备，随时随地监看及管理监控视频，及时掌握现场情况，而不必局限在监控中心。

3.3 简化了线缆敷设工艺

模拟摄像机中的控制线、视频线、音频线、电源线都各自独立，所以每个摄像机需要很多根不同类型的连线，布线工程繁琐复杂且工作量大、布线成本较高。网络摄像机只采用一根网线，就可以把音频、视频、控制、报警信号全部进行传输，有的网络摄像机采用了以太网供电技术（PoE）通过网线直接供电，甚至连电源线也不需要敷设。

模拟摄像机中的所有连接线缆必须敷设到监控中心，但是网络摄像机的网线只要连接到最近的交换机或者路由器等网络设备即可，其余部分完全可充分利用已经存在的网络设施和综合布线系统，不必单独布线，大大降低了布线的工程量和成本。在不适宜布线的环境中，还可以使用无线网络完成远端监控及录像。

3.4 多码流技术和丰富的存储方式

模拟摄像机多采用MPEG-4编码进行存储，网络摄像机多采用H.264编码技术，在性能方面H.264比MPEG4提高33%左右，编码效率的提高大大减少了网络传输和网络存储的成本。网络摄像机提供双码流选项，可以同时满足省容量存储和快速度传输的不同需求。

关于存储技术，一方面在网络中心使用功能强大的磁盘阵列构建大型的存储系统进行集中存储，另一方面网络摄像机提供了USB接口、SD卡本地存储、FTP服务器远程存储等多种灵活的存储方式进行冗余和补偿措施，提高了视频数据的安全性。

3.5 方便系统集成

模拟摄像机只能传输单向的视频信号，硬盘录像机只能进行单机管理，其性能十分有限。网络摄像机便于构建大型视频监控系统，系统拥有集成管理平台、流媒体服务器、3W服务器、访问控制服务器、存储管理服务器、万兆网络交换机、网络防火墙等大型高尖技术的设备群，系统集成方便，功能十分强大。

3.6 智能分析前端化

早期的视频分析技术多基于后端，对后端设备资源占用比较高，不利于大规模、分布式系统的部署。目前，许多IPC厂商直接把入侵探测、人数统计、车辆逆行、丢包检测、人脸识别等行为视频分析功能植入前端IPC内，利用IPC的芯片进行视频分析算法，实现分布式的智能分析，大大减轻了后端设备的负担，方便大规模、分布式系统的构建。

4 结语

网络摄像机站在两位“巨人”的肩膀上，其发展的确有着得天独厚的条件：①在过去30的多年里，模拟摄像机技术发展到了炉火纯青的地步；②作为企业和社会的基础设施，局域网和互联网的覆盖面已经十分广泛和完善，所以网络摄像机可以很方便地布置在任何地方，视频图像可以随时随地被接收和管理。随着网络带宽的增加和网络成本的下降，基于网络摄像机构建的大规模网络视频监控系统已成为新时代发展的必然趋势。

参考文献：

篇5：高清网络摄像机搭建中的解决方案

发布时间：2012-07-27 点击次数：45 智能交通网

现在“高清”和“IP”已经成为安防监控领域最炙手可热的两大热点，随着IP高清产品的快速爆棚，所有厂家都在不计代价的投入，高清所带来的超高画质，超宽场景给人以极大的视觉震撼。IP高清摄像机已经成为监控领域增长，最吸引眼球的产品。在监控网络化大潮的推动和市场需求的驱动下，IP高清摄像机获得了重大突破，并进入到重大安保项目的实际应用中，视频监控已经进入IP高清时代，高清成为安防监控新时代主题。

IP高清摄像机产品的技术应用特点

IP高清摄像机从本意上讲超越了传统常用的模拟摄像机。现在市面上的高清监控摄像机已经形成以百万像素为基础，200万像素，300万像素为先导的多元化产品格局。一台IP高清网摄像机主要由视频采集、视频编码、网络传输等几部分组成。一台IP高清摄像机可以被看作一台高清摄像机和一台电脑的结合体。它通过CMOS/CCD感光器进行逐行扫描，将光信号直接能够捕获影像并通过SoC单芯片处理，直接通过IP网络进行传输，从而使用户能够通过标准的基于IP网络基础构架在本地或者远程地点实现观看、存储和管理高清视频数据。

IP高清网络摄像机最主要的技术应用特点就在于其高像素带来的高清晰图像，而且通过网络传输可以很方便的实现多区域联网和远程控制，这对于安防监控来说具有非常重要的意义：

1）覆盖范围更大如上文提到，IP高清摄像机的一大优势就是，覆盖面更广，相同监视区域可以替代原有的多个固定点摄像机或全方位摄像机。这对于密集型场所，如机场安检通道、车站、地铁、商场出入口、停车场、工厂、银行柜员等，原来一般需要设计多个密集的低分辨率摄像机，来保护死角，而现在，部署IP高清摄像机是个不错选择。

2）图像质量更好正所谓“细节决定成败”，IP高清摄像机采用先进的感光器使图像细节更加清晰，尤其对于移动物体来说，逐行扫描方式可以给我们提供更好的图像质量，有效解决了隔行扫描带来的梳状模糊现象。可靠的图像质量+细节=可靠快速的调查和分析，让视频存储海量的硬盘数据中全部是有价值的图像资料，这对于车牌、人脸识别等应用具有重要意义。相反，如果图像质量差，缺少细节信息，无疑会给日后的调查分析工作带来巨大的困难。

3）多区域联网更方便随着IP高清网络摄像机的普及，与之相配套的后端产品高清嵌入式NVR产品也变得愈加丰富，其在网络摄像机尤其是IP高清摄像机的普及中扮演着非常重要的角色，其主要功能是对网络视频流进行录像、存储，并提供实时显示和代理转发等功能，一般多采用嵌入式架构，硬解码支持多路网络标清或者高清摄像机接入。以天地伟业的嵌入式NVR为例，它可以支持16路标清或者8路高清网络摄像机的接入；嵌入式硬解码，可以实时预览，录像；内置硬盘盘位可以存储；内置代理转发模块可以对接入的视频流进行转发；

此外还带有VGA和BNC两种输出接口可以解码上墙显示；此外它还可以作为节点设备，在系统做中做节点监控和分布式存储。IP高清网络摄像机可通过IP网络使其互联互通性带来极大的提高，实现了多个平台的互联互通，可以整合整个社会资源，联动各个指挥中心和信息中心，实现了信息互通、资源共享、技术兼容，有利于整个社会资源的共享，对于各类事件的处理可以有效、快速的响应，“即插即用”的使用模式提供了灵活的扩展功能。

IP高清摄像机产品的解决方案

高清不仅仅是视频的高清采集，即安装了IP高清摄像机，而是贯穿视频采集、编码、传输、存储、控制、解码输出，到中心管理软件的全过程各个节点，从这个意义上讲，高清监控不是靠某个产品或某几个产品来实现的，它一定是一场持久战，需要的是整体解决方案。为满足高清监控的迫切需求，国内少数的数字监控厂商如天地伟业公司，基于深厚的专业研发积累，已经推出了完整的高清监控解决方案，涵盖了从前到后IP高清产品体系：

1）前端采集高清的视频效果保证首先来源于高清信息的采集，如果没有前端高清视频采集，无法谈及后端的高清效果。从目前情况来看不论是130万像素还是200万像素都还是CCD占绝大多数，而且基本都应用在中高端市场；而CMOS的价格便宜基本都应用于低端市场；但是随着CMOS在制造工艺和影像处理技术上的不断突破，业内对CMOS的前景预测也越来越乐观。

2）编码及传输除前端采集外，高清编码及传输也是在监控系统中不可缺少的重要环节，高清视频常见编码格式有H.264、M-JPEG、MPEG4等格式。在这几种编码格式中，H.264是目前最有前途的一种编码格式，相对于MPEG2、MPEG4而言，其压缩效率是三种编码中最高的，天地伟业的IP高清摄像机通过其自主研发优化的H.264压缩算法可以实现2Mbps码流传输720P高清视频。在传输过程中，高清意味着需要更高带宽，以1080P计算，H.264编码的一个1080P高清画面所用带宽约为8M，与D1画质的MPEG2相当。由此可以看出，对于“高清”，网络传输并没有特别的要求。目前的互联网对大路数的高清传输还有一定的瓶颈，在一些平安城市或多级联网的项目中，大都采用专网或者光纤。相比模拟传输，IP网络传输高清视频具有得天独厚的优势。

3）高清存储 IP高清存储常见的类型一般采用两种方式：分布式存储和集中存储；通常采用NVR做分布式存储，而大系统的集中存储则使用IPSAN来实现。随着IP高清的普及，IPSAN在存储中扮演着越来越重要的角色，IPSAN通过采用IP构架的以太网传输，具备良好的扩展性、共享性和较低的分摊应用成本，是目前多路高清监控存储主要采用的技术之一，而存储介质储多半是采用我们常见的硬盘，容量一般是TB级别，随着2TB硬盘甚至更高容量的产品走入我们视线，大型高清监控系统PB级海量存储解决方案也得到普遍应用。目前高清存储面临的一个问题就是在大路数多级联网的高清项目中，如果降低存储的成本，一方面这需要压缩算法的改进，一方面需要硬盘及IPSAN的成本下降。在算法方面，目前已经有厂家：如天地伟业，可以实现2M码流传输720P的高清图像，使一路高清一小时的存储空间大约在1.8G左右。

4）高清显示高清的解码显示通常由高清解码器或者高清网络矩阵来完成，通过高清解码器或者高清网络矩阵配合网络键盘使用可以实现画面切换，高清上墙，轮询切换等。以高清输出接口来说，目前主流有的VGA和HDMI等接口，VGA的最为普遍，而且应用范围也最广，造价也最便宜；HDMI接口代表着高清显示接口的趋势，它的主要特点是色彩还原度高，画质无损耗。

5）平台控制目前在平台尤其以大规模高清监控平台遇到问题最为典型，例如：视频设备数量庞大；前端设备的品牌很杂需实现统一管理；实施过程中网络环境多种多样；在多级联网的情况下，还经常涉及到多级联网的问题，对接困难等。针对这种情况，天地伟业的高清平台部署采用“分而治之”的策略将高清监控系统构成化整为零，将大系统建设问题按管理分级、业务分层、设备分类进行逐级分解为小系统建设问题，以逻辑上的虚拟条带为构建基础单元解决系统中大量设备进行统一管理，实现灵活的系统扩充，也便于系统建设分步实施。

IP高清摄像机产品的创新及应用

随着IP高清摄像机应用领域和市场需求的不断扩张，用户对画面品质及功能的不断提升，IP高清摄像机会逐渐从一个单纯的安防监控，演变到集多种功能更多、多种操作、多种管理等多种需求与一体的一个设备，具体来说，IP高清摄像机在如下几个方面会有创新及应用：

1）IP高清摄像机与物联网结合随着物联网的射频技术（RFID）的成功应用，在未来可以实现与高清视频的无缝结合从而带来很好的实际应用。可以通过IP高清摄像机的COM接口接收从射频传输过来的数据，做到图像和射频的结合。举例来说，此项技术可以代替固定打卡、非法人员识别从而有助于改进实际中很多较为繁琐的工作，体现高智能、高技术的价值。

2）IP高清摄像机与报警设备联动以天地伟业的IP高清网络摄像机为例，其摄像机上都有报警(ALARMI/O)接口，这种报警信号接入可以处理开关量电平，当IP高清摄像机接收到此数据后，可以对其进行编码处理，而后送入TCP/IP网络，通过应用软件对该报警信号进行各种联动响应设置，如发出声、光报警与进行报警录像等。

3）IP高清摄像机与移动设备结合随着3G技术的普及，以及每台IP高清摄像机都拥有自己独立的IP地址，可以通过3G网络能够直接与移动设备进行网络连接，实时传输高清图像，实现无线高清视频的传输。也可以我们可以在IP高清摄像机中配置内置的Email、FTP等客户端，当在能接入互联网时，IP高清摄像机设备还可以通过Email、FTP等方式把报警触发时抓拍的图片或录像发送到移动设备。也可以通过COM口与能连接的SIM卡的设备连接，利用短信、彩信方式下发给指定的手机终端。这样，做到实时且智能的监控，而仅利用很小的带宽和成本。

4）智能方面切入IP高清摄像机因为IP高清摄像机前端即是带有操作系统的，所有在前端上就可以附带很多智能的算法。智能算法可以直接处理从芯片输出的原始图像信息，基于原始图像，做一些恰当的、适合特征场合的应用。比如，可嵌入出入口人数统计功能。该功能可通过对摄像机所监控的画面进行分析，自动统计计算穿越重要出入口或指定区域的人或物体的数量。而且在低碳时代，为智能算法与节能环保思想的结合则开辟了另一巨大的市场。在党政机关、学校、企业和大型家居环境，还可采用智能视频分析技术消除巨大的电能浪费与安全隐患，如自动关闭不必要的灯或打开有人办公工作的灯或视需要调整灯光的强度等。

综述

篇6：网络摄像机设计方案

百万高清摄像机网络传输受阻解决方法介绍，除了被动期待网络运营商做出一些调整外，更需要我们主动采取一些替代方案来缓解高清摄像机网络传输带宽不够的矛盾。

真彩积极采用先进的视频压缩标准，确保用最少的数据量去实现最好的图像质量，同时通过图像编码技术与智能技术的结合，采用局部编码的方式，可以在相当程度上降低高清图像传输所需要的网络带宽。目前，主流的压缩格式有三种，分别是JPEG、MPEG-

4、H.264。JPEG是单帧图片的压缩，单张图片的效果最佳，但占用的网络带宽资源较大；MPEG-4和H.264是帧与帧之间的连续压缩。其中目前最流行的压缩格式H.264的压缩效率最高，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少。

篇7：网络摄像机・什么是网络摄像机

网络摄像机・什么是网络摄像机

网络摄像机是一种结合传统摄像机与网络技术所产生的新一代摄像机，它可以将影像通过网络传至地球另一端，且远端的浏览者不需用任何专业软件，只要标准的网络浏览器(如“Microsoft IE或Netscape)即可监视其影像。网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的.视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络总线传送到Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。

篇8：网络摄像机设计方案

网络摄像机以其便捷、经济的组网特性在安防监控、交通安全、科学研究等领域得到了广泛应用。各应用领域对所拍视频信号的分辨力和帧率提出了越来越高的要求。针对这一应用需求,本文给出了140万像素、7.5帧/秒(f/s)网络摄像机的设计方法。

2 硬件组成

硬件电路由CCD控制电路、CCD时序控制与模数转换电路、FPGA控制电路、JPEG图像压缩控制电路、嵌入式ARM控制电路、电源控制电路等模块组成,各电路模块组成结构如图1所示[1]。

2.1 CCD控制电路

CCD控制电路的主芯片为索尼公司的ICX205AK。ICX205AK是一款1/2 in、145万有效像素的CCD传感器。ICX205AK的关键参数为[2]:水平驱动频率14.318 MHz;感光区尺寸1/2 in;有效像素1 392(H)×1 040(V);全像素输出帧率7.5 f/s。

2.2 时序与模数转换控制电路

时序与模数转换控制电路主要有两个功能,一个功能是产生CCD的垂直时序、水平时序、电子曝光时序、电荷清零时序。另一个功能是将CCD输出的模拟信号转换为数字信号。时序与模数转换电路主芯片为Analog Devices公司生产的AD9923A。AD9923A是针对CCD数码相机和数字摄像机的前端设备,其主要性能有[3]:12位36 MHz模数转换器;集成时序控制器;内含6~42 dB可变增益放大器;内含相关双采样控制电路。

ARM通过串行接口控制AD9923A输出相关时序信号,将控制时序送到ICX205AK,并将CCD送来的模拟视频信号经模数转换后得到数字视频信号送给FPGA。

2.3 FPGA控制电路

FPGA的主要功能是接收模数转换器的Bayer格式数字视频信号,将Bayer视频信号转换生成RGB视频信号,再将RGB视频信号转换为YUV视频信号,YUV视频信号输送到图像压缩电路。FPGA选用Xilinx公司设计生产的XC3S1200E[4]。XC3S1200E是Xilinx公司针对消费市场的高容量、低价格FPGA。

2.4 图像压缩控制电路

140万像素、7.5 f/s原始的RGB数据流的数据量为31.5 Mbyte,占用传输信道资源较多。本设计中的压缩单元采用TOKYO公司的高速JPEG图像压缩集成电路TE3310RPF[5]。TE3310RPF接收由FPGA传来的YUV数字视频信号,经过芯片的压缩处理,将JPEG压缩数据传送给ARM控制电路。

2.5 ARM控制电路

ARM控制电路通过串行接口控制AD9923输出CCD的时序控制信号、控制FPGA算法的相关参数,通过并行总线控制TE3310RPF压缩参数、并接收TE3310RPF压缩后的JPEG数据,然后将JPEG数据通过以太网传输给客户端。

ARM主芯片采用ATMEL生产的AT91RM9200,AT91RM9200的主要特征为[6]:在180 MHz内核时钟下,CPU运行速度为200 MI/s(兆指令/秒);带内存管理单元;10/100 Mbit/s以太网MAC;SDRAM,NAND Flash无缝连接;支持主从式SPI接口。

3 软件设计

3.1 AT91AM9200驱动程序设计

AT91AM9200运行嵌入式Linux操作系统。其驱动程序主要完成AD9923初始化、TE3310RPF初始化、视频压缩数据采集3项功能。

AD9923初始化、TE3310RPF初始化在驱动程序的OPEN函数中实现。AT91AM9200带有SPI接口,但是其SPI最多只能传输16 bit数据。AD9923 SPI接口数据位为40位,控制AD9923的SPI接口只能由GPIO接口来实现。SPI接口写入函数实现法如下:用P8,P9,P10分别连接SDI,SCK,SL。

SPI写入函数定义为:

TE3310RPF初始化需要设置MODE,CNTL,HOFF-SET,SPL,VOFFSET,LPF,SDMDR1,SDMDR2等相关寄存器。初始化程序为:

视频压缩数据的数据量很大,如果不能及时读取,有可能导致数据丢失。视频压缩数据读出采用了乒乓结构的缓存方式,开辟了2块512 Kbyte的内存空间作为缓存,将压缩数据读出放到一块缓存中,当一块缓存写满时,即进行标识,然后向另一块未标识的内存写入数据,同时通知应用程序读走写满的缓存的数据。内存分配在OPEN函数中完成,其代码为:

当Buffer1写满512 Kbyte数据后,通知网络服务器应用程序读取Buffer1的数据,并开始写Buffer2。当Buffer2写满512 Kbyte数据后,通知应用程序读取Buffer2的数据,并开始写Buffer1。数据传输框图如图2。

当写满一个Buffer时,采用异步通知方式告诉应用程序读取数据。设备的异步标志位通知函数定义为:

3.2 网络服务器应用程序设计

网络服务器应用程序的主要功能有:网络连接、读取数据、向客户端发送数据。网络服务器与客户端的网络连接与以及向客户端发送数据用套接字实现。利用套接字实现服务器与客户端的网络连接与数据传输的程序框图如图3。

需要传输的数据从设备驱动程序的缓存中读取。通过调用OPEN打开设备:

当收到设备驱动的存储器读满的通知时,就将内存空间的数据通过网络传输到客户端。

4 测试方法以及测试结果

采用X-rite公司生产的标准多光源对色灯箱JudgeII的白光为光源,以X-rite公司生产的24色色彩色校卡为拍摄对象,拍摄的图像如图4所示。

利用Imatest LLC公司设计的图像处理软件Imates V3.1 Master对图4中的图像进行色彩测试。色彩测试测出颜色误差如图5所示。

5 结论

经测试,图片质量良好,图片分辨力以及传输帧率达到了CCD固有的设计指标,在极限情况下,网络传输流畅,数据传输完整。进一步做超频试验表明,在采集频率加倍的情况下,帧率可以达到15 f/s,而且图像质量良好。从颜色误差测试来看,还没有达到很好的水平,要进一步校正颜色,需加入滤光镜以及更好的白平衡算法。

摘要：介绍了一款网络摄像机的硬件结构和软件编程。硬件结构主要由索尼的CCD ICX205AK,Analog Devices模拟前端电路AD9923A以及Xilinx的FPGA XC3S1200E、TOKYO的JPEG压缩芯片TE3310RPF和ATMEL的ARM芯片AT91RM9200等组成。软件设计给出了AT91RM9200的驱动程序、应用程序编写方法。实验结果表明,该设计方案每秒可以采集、压缩、传输140万像素图像7.5帧,图像质量较好。

关键词：网络摄像机,CCD,ICX205,AD9923A

参考文献

[1]张大海,姚大志,刘伟,等.高速科学CCD CAMERA系统设计[J].光电工程,2005,32(11):87-92.

[2]SONY corpornation.Diagonal8mm(type1/2)progressive scan CCD image sensor with square pixel for color cameras:ICX205AK[EB/OL].[2009-06-01].http://www.pco.de/sensor-data-sheets/.

[3]Analog Devices,Inc..CCD signal processor with V-Driver and precision timing generator:AD9923A[EB/OL].[2009-06-01].http://www.analog.com/zh/audiovideo-products/cameracamcorder-analog-front-ends/AD9923A/products/product.html.

[4]Xilinx,Inc..Spartan-3E FPGA family:complete data sheet[EB/OL].[2009-06-01].http://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds312.pdf.

[5]Tokyo Electron Device Limited.TE3310RPF high speed JPEG en-coder[EB/OL].[2009-06-01].http://www.inrevium.jp/china/jpeg-lsi/te3310rpf.html.

篇9：网络摄像机应用及功能特点介绍

网络摄像机应用及功能特点介绍

网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。网络摄像机是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品。摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络总线传送到Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像，授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。一，认识网络摄像机：

我们有必要先来了解下网络摄像机。网络摄像机又叫IP CAMERA（简称IPC）由网络编码模块和模拟摄像机组合而成。网络编码模块将模拟摄像机采集到的模拟视频信号编码压缩成数字信号，从而可以直接接入网络交换及路由设备（交换机、路由器这两个产品对于有网络的用户都不陌生吧），再接入互联网。IPC自带IP地址，有些品牌的IPC还自带了域名，如天视达。局域网内的用户可以通过登录IPC的IP地址来观看监控视频并进行控制管理和录像。远程用户则可以通过登录IPC的域名对IPC进行观看、控制、管理和录像。无任是局域网用户还是远程用户登录IPC都可通过网页浏览器（IE）和相应的视频集中管理软件来实现，具体这里就不多说了，相对于模拟摄像机，IPC能更简单的实现监控特别是远程监控、更简单的施工和维护、更好的支持音频、更好的支持报警联动、更灵活的录像存储、更丰富的产品选择、更高清的视频效果和更完美的监控管理。另外，IPC支持WIFI无线接入、3G接入、POE供电（网络供电）和光纤接入。总之IPC的出现对于网络和安防行业来说具有里程碑的历史意义。

大多数IPC的外形和模拟的摄像机差不多，由于IPC常被用于家庭和办公室，考虑到美观，IPC有更丰富更精美的造型。如天视达的“天使之光”。

IPC的价值极大。把它安装在家里，您就可以随时随地的看到家里的实时情况：了解孩子的学习情况、关爱老人、看看宠物；把它安装在店铺里，您就可以足不出户的巡视店铺了：了解员工工作情况、客流分析、货品摆放情形等；把它安装在产品展览室，你就可以随时让远方的客户看样品了；把它安装在医院、病人就可以得到远方医生们的会诊。。。。毫不夸张的说，IPC可以安装在任何一个地方，IPC终将走进千家万户、走进各个行业各个领域从而为社会的和谐发展作出重大的贡献。

简单地了解了IPC后，您一定蠢蠢欲动了吧！那么，买IPC要注意些什么呢？怎样才能买到适合自己的好产品呢？这就得了解IPC有哪些关健参数了。

二，网络摄像机的几个关健参数

1)镜头

镜头是视频采集的第一道关，镜头的质量自然会影响视频的效果，尽管镜头有很多种，对视频效果影响很大，镜头的价格从几十元到几万元不等。但在监控领域还不至于买个几万元的镜头，故而基本上市面上的镜头都差不多。不过镜头的焦距对视频效果的影响倒值得注意，这意味着您选择产品时应该考虑是否选择可更换镜头的型号，或考虑是否选择变焦的镜头。说到这里不得不提一下，变焦指的是镜头的焦距可以改变。有些IPC带有数码变倍的功能，数码变倍的意思是可以将视频图像放大来看，丝毫不会改变图像的清晰度，对IPC的应用价值不大。特别要当心有些不专业的销售人员或JS偷换概念。

2)图像传感器

这是影响视频效果的关健因素。目前市面上有CMOS和CCD两种，成像方面，在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而普通CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱（被监控物的本身色调与监视器上看到的相差较大，甚至完全变色），曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，普通CMOS的成像质量和CCD还是有一定差距。CMOS的视频图像艺术化效果比较好，就像人们照艺术照一样，大家都知道艺术照很漂亮但很不逼真，人们通常会被其艺术化的效果迷惑而忽略清晰度和逼真度的重要性，事实上监控行业时这两点是非常重要的。

3)视频压缩算法（也叫视频压缩格式）。

这是IPC里最重要的关健因素，因为其直接决定了视频清晰度、视频流畅度和视频存储空间。而经我多年了解，这条最重要的因素却总是被卖家有意无意的避而不谈，原因有可能是其本身也说不出其中道道，或有以次充好的动机。但作为精明买家的您就一定要了解清楚了。目前市面上的IPC主要有H.264与MPEG4两种视频压缩算法。前者压缩能力更强，视频损耗更少，因此更清晰并更流畅。前者可以支持25帧/秒的帧率，后者一般不超过10帧/秒。这意味着后者的视频不连贯、不实时；因为MPEG4压缩率不够在，如果做全实时的，码流太大，远程就很难看得到了。

4)图像格式

图像格式是决定了视频图像的实际像素，分DVD格式和VGA（640*480）格式和CIF（352*288）格式两种，DVD图像格式家族里包含D1（720*576隔行扫描）、D2（1048*720）、D3（1920*1080隔行扫描）、D4（1280*720逐行扫描）和D5（1920*1080逐行扫描）五种图像格式，目前市面上主流的的为D1.支持D3和D4的百万像素也上市了，只是由于其占用带宽较多，应用还不广泛。

不同的同像格式像素不同，录像文件大小也不一样。如果不是相同的图像格式，我们不能光凭录像所需的硬盘大小来确定IPC的优劣。一个IPC的图像格式往往可以调节，这意味着如果您的硬盘空间不够大，但又需要录制较长的时间，就可以通过降低图像格式来实现。

5)帧率

众所周知，任何视频文件都是由连续的图片组成的，一张图片我们就叫它为一帧，如一秒钟的视频由25张连续的图片组成，这时的帧率就是25帧/秒。在PAL制式下，25帧/秒的视频能非常逼真的表现动作。如果低于25帧，视频中的动作会不够连贯，越低越不连贯甚至会出现跳跃的动作假像。因此帧率在视频监控中非常重要。这个参数在视频监看的界面上会表现出来。这个参数，同样被很多不够专业的销售员避而不谈。大家在选购产品一定要注意这个，因为是否能支持25帧/秒的IPC成本相差也较大。

6)双码流

有些IPC被设计成支持两条视频信号，即所谓的双码流。双码流的好处是用一路码流观看、一路码流存储比观看和存储都用一路码流能更有效的防止网络阻塞，从而能更好的保障视频在有效的网络带宽上的流畅性。

7)前端存储

有些IPC上带有SD卡插槽或USB移动存储接口，我们管其叫前端存储。前端存储常被应用于带宽不是很足的监控环境中。有些环境不便装宽带，利用前端存储的功能，保存监控的录像从而起到一定的监控效果，不能不说也是一种办法。

8)产品线

大多数较大的监控系统中，往往要运用到多种型号的产品，由于目前各厂商的视频管理软件与其它品牌的IPC很难兼容。因此在为监控系统选择品牌时，必须要考虑该品牌是否有丰富的产品线以能应付各种环境的需求，以及系统解决能力。如支持红外、支持WIFI无线、支持POE、支持光纤接入、支持云台、支持变焦、是否有视频服务器以便可与某些特殊的模拟摄像机结合以及是否有视频解码器可以接入电视墙等。

9)软件功能

大多数的监控系统都需要集中管理，因此视频管理软件的功能是否强大，界面是否友好也是在产品选型时必须考虑的问题。管理软件的功能模块比较多，因此视频管理软件优劣的鉴定需要综合全面的考虑，不能夸大某一功能，也不能忽略某一功能，要以实际需求出发。

除以上9条以外，红外夜视能力、超低照度、宽动态、强光抑制等功能也是IPC的一些重要参数。综上所述，IPC的选型需要掌握一定的专业知识并更有耐心。不选贵的只选对的，希望大家能选择到自己合适的IPC。

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