IP网络摄像机原理

网络摄像机知识入门：网络集线器、交换机和网桥网络集线器实际上是多台设备共享一条以太网连接的连接盒。通常一个网络集线器可连接5－12台设备。如需使用更多设备，则需要另外添加一个网络集线器。要提高网络速度，您可以使用网络交换机，他允许同时传输多个数据包。网关和路由器网关或路由器实际上是在第三层(网络层)进行分组转发工作。转发决策基于IP地址和IP路由表决定。网关使得将两个不同技术类型的网络连接起来成为可能。例如，可以将一个以太网可以连接到一个令牌环网。NAT路由器所有直接连接到互联网的设备都有一个唯一的公共IP地址。公共IP地址通常由互联网服务提供商销售(InternetServiceProviders，ISPs)。一个称为网络地址转换器(NetworkAddressTranslator，NAT)的设备可以将内网私有IP地址转换为外网的公共IP地址，使得使用私有IP地址的局域网设备连接互联网成为可能。DHCP服务器需要花费大量时间来管理大型网络中各个设备的IP地址。为减少管理时间并保持最少的IP地址使用数量，可通过使用DHCP服务器来实现。当网络设备连接到网络时，此类服务器会自动给其分配IP地址。DNS域名服务器大型网络中包括了DNS域名服务器(DomainNameServer，DNS)。他是一个“名称”服务器。他关联并记录网络设备名称及其对应的IP地址。例如，一个用于监控门的网络摄像机，比起类似0的IP地址，人们更容易记住“门”这个名字。防火墙防火墙用于防止未授权的访问，无论是流入还是流出的所有网络通信。防火墙可通过硬件或软件来实施，也可以是他们的组合。防火墙通常用于防止未授权的互联网用户从专网连接至互联网，特别是企业内网。所有进入或离开企业内网的信息都要通过防火墙，防火墙将检查每一条信息并阻止不符合安全条件的信息。例如，使用防火墙可确保视频终端始终可以访问摄像机，而其他电脑与摄像机的通讯将被阻止。DDNS和动态IP地址由于并不是所有的电脑都使用静态IP地址，DynamicDNS提供了一个用域名来连接动态IP地址的方法。通常，当一个用户连接至互联网时，该用户的ISP会给它从IP地址池中分配一个未使用的IP地址，而这个IP地址仅在这个指定连接的租借期内使用。这种动态分配IP地址的方式扩展了可用IP地址池的使用性。动态域名解析服务(dynamicDNSservice)提供给用户一个专用的程序(运行在用户的电脑上)，每当ISP提供的IP地址改变时连接DNS服务器，并用最新的IP地址更新DNS数据库。通过这种方式，即使域名对应的IP地址经常变化，其他用户只需使用域名即可访问。在网络视频应用中，一个监控入口大门处的摄像机，通常使用""这样的地址比较容易让人记住。但是当使用DHCP时，摄像机的IP地址会随时间而改变，如果做一个从“”到摄像机IP地址"0"的静态映射的话，很可能该映射在一段时候会失去作用。DDNS提供了一个解决方案：每当摄像机的IP地址变化时，它自动连接DNS服务器，并更新映射。SNMPSNMP(简单网络管理协议，SimpleNetworkManagementProtocol)是一套用于管理复杂网络的协议，也可用于远程控制和管理网络附加设备。IPSec"IPSecurity"(IPSec)由一组协议组成，支持在网络层进行安全分组交换。IPsec被广泛部署在虚拟专用网中(VirtualPrivateNetworks，VPNs)。UPnP通用即插即用(UniversalPlugandPlay，UPnP)是一种对等网络连接的体系结构，提供了“即插即用论坛”协会中400多家产品提供商提供的网络设备、软件和外设产品之间的相互兼容性。UPnP可与有线或无线网络一起工作，并被所有操作系统支持。他使设备可简单的进行无缝连接，并可在家庭或企业环境中简化网络实现。UPnP是用于发现网络摄像机的一种常用方式。当您第一次连接网络摄像机时，如果您不知道网络摄像机使用什么IP地址，他可能会从DHCP服务器上自动获得一个IP地址。使用UPnP您可搜索到摄像机设备并看到他们的弹出信息。数据传输方式IP地址IP地址(InternetProtocoladdress)是一个唯一的值，用于验证使用InternetProtocol标准的网络中其他网络设备的身份并与其进行通讯。每个IP地址由4个被“.”分隔的数字组成，每个部分数字的取值范围在0-255。例如：一个合法的IP地址可以是“0”IP地址分为网络部分和主机部分。这两部分的分隔取决于网络掩码或前缀的长度。一个的网络掩码意味着前3个字节是网络地址，最后一个字节是主机地址。前缀长度是另一种提供分隔的方式，如上例中的相同地址，它的前缀长度是24bits(例如：0/24)。部分特定的IP地址段被保留为专用：/8(掩码)/12(掩码)/16(掩码)这些IP地址用于私网，他们不会被路由到公网上。IPv6IPv6或InternetProtocolversion6，是现有InternetProtocol的改良与升级，实际上它将会与IPv4共存一段时间。IPv6使得接入互联网的主机数量、数据传输能力都得到了大幅的增长。IPv6与IPv4相比最显著的改进是IP地址的长度从32位增加到了128位。这一改进可满足未来可以预见的互联网使用增长的需要，为无限量的网络和系统提供IP地址服务。例如，IPv6可为每个移动电话和移动电子设备提供独立的IP地址。网络视频的数据传输协议现在电脑网络中最常用的用于传输数据的协议就是TCP/IP协议。TCP/IP扮演着许多其他协议“载体”的角色；一个很好的例子就是HTTP(超文本传输协议，HyperTextTransferProtocol)，主要用于浏览服务器上的网页。网络视频使用的TCP/IP协议和端口常用协议和他们通常用于传输网络视频的端口值包括：协议传输协议端口一般用途网络视频用途FTP

文件传输协议

FileTransferProtocolTCP21通过Internet/intranet进行文件传输。从网络摄像机/视频服务器中将图像或视频传输到FTP服务器或应用程序。SMTP

简单邮件传输协议

SendMailTransferProtocolTCP25用于发送e-mail信息的协议。网络摄像机/视频服务器可使用内置e-mail客户端发送图像或报警通知HTTP

超文本传输协议

HyperTextTransferProtocolTCP80常用于浏览网页，例如：从网站获得网页。最常用的网络摄像机/视频服务器视频传输方式(从本质上来说，网络视频设备相当于Webserver)，使发出请求的用户或应用程序服务器获得相关视频信息。HTTPS

安全超文本传输协议HypertextTransferProtocoloverSecureSocketLayerTCP443常用于安全的访问网页，使用加密编码技术。保证网络摄像机/视频服务器的视频传输安全，也可用于验证使用X.509数字证书的摄像机发送的视频数据。RTP

实时协议

RealTimeProtocolUDP/TCP未定义RTP标准的数据包格式用于通过互联网传输音频和视频。常用于流媒体系统和视频会议系统。常用于传输基于MPEG格式的网络视频可通过单播(点对点)或多播(点对多)的方式传输RTSP

实时流协议

RealTimeStreamingProtocolTCP554常用于通过RTP建立和控制多媒体会话。IP使用两个传输协议：TCP(传输控制协议，TransmissionControlProtocol)和UDP(用户数据报协议，UserDatagramProtocol)。TCP提供一个可靠的基于连接的传输通道；并负责将大块的数据划分为较小的数据包，以利于通过物理网络进行传输，并确保接收方收到来自发送方发送的数据。UDP，不是一个基于连接的协议，而且并不保证发送的数据一定会被接收方收到，因此全部的控制机制和错误校验都取决于应用程序本身。通常在通讯可靠性比传输实时性重要时使用TCP。TCP的可靠性转发可能会带来一些时间上的延迟。UDP提供了无延迟的转发但会丢失部分数据。网络视频的传输方法：单播、多播和广播在电脑网络中有以下几种不同的数据传输方式：单播-发送方和接收方的通讯基于点对点连接的原理。数据包被单独发送到接收方的地址，并且网络中的其他电脑无需处理这些信息。多播-网络中单个发送方与多个接收方进行通信。当多个接收方想要同时查看同一个数据流信息时，多播技术通过将单个信息流传输给多个接收方以减少网络流量。多播与单播最大的不同在于视频流仅需要被传输一次。多播(例如IP-Multicasting)通常与RTP传输结合使用。广播-单个到全部的传输。在局域网中，广播通常被限定在指定的网段中，在网络视频传输应用中没有实际的应用价值。以太网供电PoE(PoweroverEthernet)以太网供电(PoweroverEthernet，PoE)是一种将供电集成到标准局域网设备中的技术。它可通过使用同一根用于网络连接的电缆，将电源供应到网络设备上，例如IP电话机或网络摄像机。这样一来，在摄像机所在位置就无需再通过电源插座对摄像机进行供电，可通过集中使用UPS(不间断电源，uninterruptiblepowersupplies)的方式来确保设备7x24小时不间断的运行，同时简化了管理。PoE技术遵循于IEEE802.3af标准，并且在不降低网络数据通讯性能、缩小网络范围的基础上对网络设备进行供电。当支持PoE的终端设备接入局域网后，局域网设备将会自动自动激活并供电，当不支持PoE的终端设备接入时，局域网设备将会自动阻止供电。这一特性使用户可以自由的在其网络中混用原有设备和PoE兼容设备。这一标准可在交换机或中跨(midspan)端提供15.4W的电源，转换到设备/摄像机端为最大12.9W的电源–非常适合于室内摄像机的使用。类似PTZ摄像机和快球的室外摄像机，他们的功率通常会超过上述的值，因而PoE功能显得不太适合。一些厂商也提供了非标准的产品来满足此类应用的需求，但需要注意的是，因为这些产品是非标准的，在不同品牌的产品间也就没有了互操作性。802.3af标准也提供了对电源分级的支持，可使PoE设备与终端设备之间进行功率协商。这也就意味着一台智能的交换机设备会为终端设备(摄像机)提供足够(不多余)的电源，可使交换机有能力服务更多的PoE输出。使用以太网供电PoE通过标准的网线(例如：5类线)，直接从网络设备连接的交换机数据传输端口对进行供电。现在，大多数厂商提供的网络交换机都已内置了PoE功能支持。如果已有相应的网络/交换机设备，客户只需通过给交换机增加中跨(Midspan)就可体验到PoE的功能，中跨的主要作用是给网线加入电源。所有没有内置PoE功能的网络摄像机，都可通过使用Active分路器集成到PoE系统中来。下图显示了网络摄像机是如何通过网线接收电源的，哪怕是掉电发生后，系统仍可通过UPS的支持持续正常的工作。什么是网络摄像机？一台网络摄像机可以被看作一台摄像机和一台电脑的结合体。它能够捕获影像并直接通过IP网络进行传输，从而使授权用户能够通过标准的基于IP的网络基础构架在本地或者远程地点实现观看、存储和管理视频数据。网络摄像机拥有自己独立的IP地址，能够直接连接到网络并内置Web服务器、FTP服务器、FTP客户端、email客户端、报警管理、可编程能力以及其他众多的智能功能。网络摄像机无需与PC机连接，它可以独立运行，并可安置在任何一个具备IP网络接口的地点。反观那些常见的用于视频聊天的WebCamera，它们必须通过USB或者IEEE1394端口与PC机连接之后才能够正常运行。除了视频信息之外，网络摄像机还能够通过同一网络连接实现更多其他的功能，并传输其他一些有用信息，例如：视频移动侦测、音频、数字化输入和输出（可用于实现报警联动，如触发警报或激活现场照明等）、用于传输串行数据或进行PTZ设备驱动的串行端口等等。网络摄像机中的图像缓存还可以保存并发送报警发生前后的视频图像。网络摄像机和模拟摄像机的对比近年来，网络摄像机技术已经赶上了模拟摄像机，并可以同样满足各类视频监控应用的实际需求和技术规范。此外，网络摄像机还能够提供一系列的高级功能特性，因此在某些方面甚至超过了模拟摄像机。简而言之，模拟摄像机只能传输单向的视频信号，其性能受制于DVR和操作员的水平，然而网络摄像机能够传输全双工的数字化信息，并能够与系统内的其他设备有效集成，使它们能够在一个分布式、可扩展的环境下达到更高的性能水平。网络摄像机可以与多个应用系统并行通信，以实现各种不同的功能，例如侦测画面中的运动情况，或发送不同格式的视频流等等。网络摄像机内部结构一台网络摄像机可以被看作一台摄像机和一台电脑的结合体，它能够像其他任何一种网络设备一样直接接入到网络中。网络摄像机拥有自己独立的IP地址，并内置计算机功能用于处理网络通信。通过网络观看图像所需的所有功能都已经内置到网络摄像机当中，包括用于内置Web服务器、FTP服务器、FTP客户端以及E-mail客户端等功能的软件等等。网络摄像机所具备的其他功能包括报警输入及继电输出等等，更高级别的网络摄像机还可以配备其他更多的增值功能特性，如移动侦测和模拟视频输出等等。构成网络摄像机的主要部件构成网络摄像机的主要部件可以大体上被划分为与摄像机功能相关的部件和与电脑功能相关的部件两大类。其中与摄像机功能相关的部件用于捕获图像（实际上是各种不同波长的光线）并将其转化为电信号。这些电信号实际上还是模拟信号，它们会被进一步转化为数字信号并传输给与电脑功能相关的部件，并由这些部件进行压缩然后通过网络传输出去。摄像机的镜头将图像聚焦到图像传感器（CCD/CMOS）上，在图像到达图像传感器之前，还将通过光学滤镜，该部件会将图像中的红外光线移除，以保证图像的颜色能够被正常的显示。（在日夜转换摄像机当中，该红外滤镜可以被移除，从而使摄像机能够在夜间提供高质量的黑白画面）。图像中所包含的光线信息将被图像传感器捕获并转化为不同的模拟电信号，然后再数字化为可进行压缩和网络传输的数字视频信号。芯片用于进行摄像机控制，包括曝光度管理（调整图像中的光线水平），白平衡（调整色彩水平），图像锐度以及其他与图像质量相关的参数调整。ARTPEC芯片中还包含视频压缩组件，能够减少数字化图像中所包含的数据，从而提高网络传输效率。摄像机的以太网连接由网络摄像机提供，该芯片为经过优化改良的系统级芯片（SoC,System-on-chip），能够方便的将周边设备连接到网络中。ETRAX具备32位的CPU，10/100MBit以太网连接能力，支持DMA功能以及大量的I/O接口。相当于摄像机的“大脑”，或者说代表了摄像机计算能力的CPU、闪存和DRAM内存是专门面向网络应用设计，同时也用于处理网络及Web服务器之间的通信。高端的网络摄像机可以直接通过以太网口同时向10台以上的电脑发送视频图像。如果图像首先被发送到一个外部的Web服务器，而不是直接发送到用于视频浏览的电脑，那么同时观看的用户数量则没有任何限制。什么是视频服务器？视频服务器使您可以在保留现有模拟视频监控设备的同时，将您的视频监视系统平滑升级到基于网络的视频监控系统，它非常适用于与现存的模拟CCTV（闭路电视监控）系统相集成。视频服务器为模拟视频设备带来了全新的功能特性，并彻底消除了系统对于同轴电缆、模拟监视器和DVR等专用设备的依赖。DVR将不再成为实现录像功能的必需品，因为在视频服务器的帮助下，视频图像可以通过标准的PC服务器来进行录制和管理。产品概览一台视频服务器通常具备1至4个模拟视频输入接口用于连接模拟摄像机，同时具备1个以太网接口用于连接到网络。与网络摄像机一样，它包含内置的Web服务器、图像压缩芯片以及操作系统，在这些部件的作用下，模拟视频输入将被转化为数字视频信号，并能够通过计算机网络进行传输和存储，从而大大简化了视频资源的访问和管理。除了视频输入之外，视频服务器还可以通过同一个网络连接实现其他更多的功能和传输更多的信息，其中包括：数字化报警输入和输出（I/O接口，可用于触发服务器启动录像功能和传输视频，或者激活外部报警设备如警灯或打开房门等等）、音频、用于串行数据传输或PTZ设备控制的串行端口灯。通过图像缓存，视频服务器还可以发送报警前后的图像。视频服务器还可以连接更多的专用摄像机，例如高感光度黑白摄像机、微型摄像机或显微摄像机等等。什么是视频管理软件视频管理软件通常运行于Windows或Unix/Linux服务器上，它们是您进行视频监控、分析和录制的基本手段。目前市场上广泛存在着各种各样的视频管理软件，您可以根据用户的不同需求进行选择。然而对于很多网络视频应用来讲，如果需要同时观看的摄像机仅有一台或者少数的几台，通过一个标准的Web浏览器来访问内置于网络摄像机或视频服务器Web界面，就已经足够了。如果需要同时观看较多的摄像机画面，您就需要部署专门的视频管理软件。市场上的视频管理软件很多，界面和功能也各不相同，但是通常都会包括实时观看、视频存储以及视频画面抽取等功能。除了这些基本功能之外，高级的视频管理软件通常还具备如下一些功能：从多个摄像机同时浏览和录制实时视频支持多种记录模式:连续、计划、报警和动态侦测能够处理高帧速和大量的数据对已记录事件的多种搜索功能通过Web浏览器、客户端软件甚至PDA客户端进行远程访问控制PTZ和球型摄像机报警管理功能(声音报警、弹出式窗口或e-mail)全双工，实时音频支持视频智能视频管理:监控和记录。应用开发视频软件能够为您提供满足各种不同需求的应用软件，同时独立的应用开发商和合作伙伴也能够方便的视频产品集成到到他们自己应用软件当中，从而使您拥有更大的选择余地。开发了标准的CGI(通用网关接口)程序命令组，这些命令全部由的HTTP应用程序接口(API)组成。CGI命令使用非常简单，最简单的方法就是通过标准的Web浏览器来发送这些命令，诸如移动侦测、事件触发、通过e-mail发送报警通知、远程视频存储以及其他很多的CGI命令都可以直接输入到Web浏览器的URL地址栏中，并通过浏览器发送到远程的网络摄像机或视频服务器上执行。图像质量对任何摄像机来说都是非常重要的指标。显然在任何监视和监控应用中，生命和财产安全是最为重要的。通过对网络摄像机图像处理芯片的开发和图像处理算法的不断完善，图像质量被提升到了一个前所未有的高度，所需成本却越来越低。随着数字技术逐渐普及并替代原有的模拟解决方案，部分领域还将得到更好的发展，例如高分辨率和高级视频压缩方式，但解决方案能否成功将最终取决于是否能很好的获取初始信息并进行很好的处理。在快速发展的用于监视和远程监控的网络摄像机领域，有许多因素都会对图像质量产生影响。网络摄像机在1996年设立了网络摄像机的标准，从一开始便认识到高级图像处理的市场需求。超级图像质量允许用户：更好地跟踪图像的细节和变化，以便更快速高效地做出决定，以保护人身和财产安全更为精确地使用自动分析和报警工具，例如人脸识别，可以大大降低误报率。好的图像质量拥有哪些特征？与传统的模拟摄像机不同，数字网络摄像机拥有强大的处理能力，它不仅可以捕捉和显示图像，还可以进行数字化管理，并对图像进行压缩后用于网络传输。1/3英寸CCD传感器1/4英寸CMOS传感器图像质量与光学和图像传感器的选择，处理芯片的处理能力以及处理算法的复杂度有关系。有两种不同类型的图像传感器：CCD(ChargedCoupledDevice，电荷耦合器件)CMOS(ComplementoryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)CCD传感器器采用一种专为摄像机行业开发的技术制造而成，而CMOS传感器采用与电脑中芯片相同的技术制造而成。现在绝大多数高品质摄像机都使用CCD传感器。虽然现在COMS技术的发展已经使其越来越接近CCD传感器，但在一些对图像质量要求较高的的领域，CMOS仍显得不太适合。低照度能力一个在明亮环境下能够提供较好图像质量的摄像机，在典型的室内环境下就不一定能提供同样的图像质量。镜头可更换能力高质量镜头能够提供更好的图像。大多数专业级摄像机采用的都是C或CSmount，一些镜头还拥有自动光圈控制的功能，用于改善动态范围内的图像质量。图像分辨率较高的分辨率意味着可以看到更多的细节，随着摄像机配置了百万像素图像传感器，摄像机可以获得更多的细节，而模拟CCTV摄像机--一定要使用TV标准的分辨率--已经被超越。背光补偿摄像机的自动曝光控制，是为了让图像的亮度更接近于人眼看到图像的感觉。试想这样一种情况，一个人拿着手电筒直接进入一间相当黑的房间，并将手电筒对着摄像机。虽然光源很小，但是这台摄像机会认为场景变得越来越亮，摄像机的曝光控制就会自动调整，从而产生更黑的图像。为了避免这种现象，一种称为背光补偿的方法被广泛使用在许多摄像机上。这种方法尽量忽略小区域中的高照度，就象这些亮光并不存在一样。使用背光补偿，例子中的图像就会使用相同的曝光，而不管手电筒是否存在，从而使人们能够真实地看到和识别图像。在没有背光补偿功能的情况下，整个图像会变暗且不易识别。能够正确捕捉移动物体的能力获得优质图像的另外一个关键因素是逐行扫描技术。摄像机采用逐行扫描技术意味着摄像机在抓拍动态图像时不会产生像隔行扫描一样的锯齿效果。（因为，这种通常被用于电视机和模拟CCTV摄像机上的隔行扫描技术，在抓拍动态图像时会出现很明显的锯齿现象）。附加的图像增强功能在芯片中增加了增强的图像处理功能，并会对图像的色彩、锐度、曝光度以及白平衡作出一些调整。文件大小和带宽需求数字摄像机采用了数字图像压缩技术。您需要在高质量图像和压缩率高的图像(带宽占用少)之间作出一定程度的选择。经JPEG标准压缩得到的图像画质最好，而经MPEG标准压缩得到的图像则更适合低带宽传输。超级图像质量的基石自从推出了全球首个网络摄像机以来，便随之提出了一系列的图像增强技术和专利。持续保持图像质量的市场领先地位是我们的重要目标之一。从技术的角度来看，超级图像质量主要基于以下三个方面：先进的信号处理能力、图像增益算法和视频压缩技术量身定做的图像处理和视频网络芯片精挑细选的高端图像传感器和镜头网络摄像机的应用，使得图像监控技术有了一个质的飞跃。首先，网络的综合布线代替了传统的视频模拟布线，实现了真正的三网（视频、音频、数据）合一，网络摄像机即插即用，工程实施简便，系统扩充方便；其次，跨区域远程监控成为可能，特别是利用互联网，图像监控已经没有距离限制，而且图像清晰，稳定可靠；再者，图像的存储、检索十分安全、方便、可异地存储，多机备份存储以及快速非线性查找等。组成原理网络摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、图像、声音、控制器网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。1、镜头镜头作为网络摄像机的前端部件，有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等种类，与模拟摄像机相同。2、图像传感器、声音传感器图像传感器有CMOS和CCD两种模式。CMOS既互补性金属氧化物半导体，CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。不像由二级管组成的CCD和CMOS电路几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要问题是在处理快速变换的影像时，由于电流变换过于频繁而过热。暗电流抑制的好就问题不大，如果抑制的不好就十分容易出现杂点。CCD图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光电二级管及其传输电路构成。光电二极管把光转化成电荷，再经转化电路传送和输出。通常，传送优良图像质量的设备都采用CCD图像传感器，而注重功耗和成本的产品则选择CMOS图像传感器。但新的技术正在克服每种器体固有的弱点，同时保留了适合于特定用途的某些特性。这一部分与模拟摄像机相同。声音传感器即拾声器或叫麦克风，与传统的话筒原理一样。3、A/D转换器A/D转换器的功能是将图像和声音等模拟信号转换成数字信号。基于CMOS模式的图像传感器模块有直接数字信号输出的接口，无须A/D转换器；而基于CCD模式的图像传感器模块如有直接数字输出的接口，亦无须A/D转换器，但由于此模块主要针对模拟摄像机设计，只有模拟输出接口，故需要进行A/D转换。4、图像、声音编码器经A/D转换后的图像、声音数字信号，按一定的格式或标准进行编码压缩。编码压缩的目的是为了便于实现音/视信号与多媒体信号的数字化；便于在计算机系统、网络以及万维网上不失真地传输上述信号。目前，图像编码压缩技术有两种：一种是硬件编码压缩，即将编码压缩算法固化在芯片上；另一种是基于DSP的软件编码压缩，即软件运行在DSP上进行图像的编码压缩。同样，声音的压缩亦可采用硬件编码压缩和软件压缩，其编码标准有MP3等格式。5、控制器控制器是网络摄像机的心脏，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。6、网络服务器网络服务器提供网络摄像机的网络功能，它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相关网络协议，允许用户从自己的PC机使用标准的浏览器根据网络摄像机的IP地址对网络摄像机进行访问，观看实时图像，及控制摄像机的镜头和云台。7、外部报警、控制接口网络摄像机为工程应用提供了实用的外部接口，如控制云台的485接口，用于报警信号输入输出的I/O口。如红外探头发现有目标出现，发报警信号给网络摄像机，网络摄像机自动调整镜头方向并实时录像；另一方面，当网络摄像机侦测到有移动目标出现时，亦可向外发出报警信号。网络摄像机的基本原理是：图像信号经过镜头输入及声音信号经过麦克风输入后，由图像传感器的声音传感器转化为电信号，A/D转换器将模拟电信号转换为数字电信号，再经过编码器按一定的编码标准进行编码压缩，再控制器的控制下，由网络服务器按一定的网络协议送上局域网或INTERNET，控制器还可以接收报警信号及向外发送报警信号，且按要求发出控制信号。8、图像的编码标准目前，网络摄像机的图像压缩编码标准主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG等。MPEG4所谓MPEG标准就是指由ISO的活动图像专家组制定的一系列关于音视频信号以及多媒体信号的压缩与解压缩技术的标准。到目前为止，已经制定完成并批准执行的有：1991年批准的MPEG1、MP3;1994年批准的MPEG2;1999年批准的MPEG4和MP4。正在制定的标准有：MPEG7和MEPG21.H.263H.263是ITU-T提出的作为H.324终端使用的视频编解码建议，H.263经过不断地完善和多次的升级已经日臻成熟，如今已经大部分代替了H.261，而且H.263由于能在低带宽上传输高质量的视频流而日益受到欢迎。H.263是基于运动补偿的DPCM的混合编码，在运动补偿的DPCM混合编码，在运动搜索的基础上进行运动补偿，然后运用DCT变换和“之”字形扫描编码，从而得到输出码流。H.263在H.261建议的基础上，将运动矢量的搜索增加为半象素点搜索；同时又增加了无限制运动矢量、基于语法的算术编码、高级预测技术和PB帧编码等四个高级选项；从而达到了进一步降低码速率和提高编码质量的目的。H.264H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG的联合视频组开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。在相同的重建图像质量下，H.264能够比H.263节约50％左右的码率，比目前根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33％左右。M-JPEGM-JPEG技术即运动静止图像压缩技术，它把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩技术方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧地编辑。但M-JPEG只对帧内地空间冗余进行压缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率不高。应用优势网络摄像机不仅可基于计算机局域网用于区域监控，如住宅小区监控、办公楼、银行、商场等传统地监控；而且也能通过INTERNET用于新型地跨区域远程监控及网上展示，远程儿童及老人看护、无人值守通信机房监控、旅游景点网上演播、产品网上展览等。以域高科技的Versax-100B网络摄像机为例，系统有如下一些特点：VersaX-100B是一款嵌入式的MPEG-4网络监控摄影机。它内建CMOS镜头。详细规格：系统：处理器：嵌入式32位元RISC处理器操作系统：嵌入式Linux外观尺寸：5CMx5CMx10CM影像处理：MEPG-4编码器，优化有限带宽下的应用。最大输出每秒30帧的VGA（640X480）影像。远端在线选择影像大小：VGA/QVGA/QQVGA。码流（Bit-rate）控制，在线适应带宽。声音：内嵌麦克风，GSM压缩。警报：发现警报时，可以远端储存JPEG图片或录像。摄像镜头：内建1/4英寸彩色CMOS以及镜片，最大可达VGA解析度。网络：网络接口（RJ45）：10base-T/100base-T以太网支持PublicIP,DDNS，PPPOE，DHCP，StaticIP的调适远端监控：硬件：个人电脑，笔记本或PDA手机等等浏览器：附赠的监控软件，显示及调控选中设备的ID，IP，帧率，码流。电源：省电的嵌入式硬件设计，适合长时间不间断的使用附带全球通用的电源器，可使用110V/60HZ或240V/50HZ电源PDIUSBD12收到上位计算机的数据包时，就以中断的方式通知巡更机的MCU。固件程序工作过程如下：当PDIUSBD12从USB收到一个数据包时，PDIUSBD12就会对MCU产生中断请求，MCU立即响应中断。巡更机固件程序将数据包从PDIUSBD12内部缓冲区移到数据缓冲区，并清零PDIUSBD12的内部缓冲区，以使之能接收新的数据包。在断处理程序中，MCU判断产生的中断类型，并进行相应的处理。其中断程序流程如图5所示。2.2巡更机驱动程序Windows98和Windows2000已经为一些USB标准设备提供了驱动程序，巡更机目前还不是标准的计算机外设，所以必须针对巡更机的特点来编写驱动程序。本设计中巡更机驱动程序是通过WindowsDDK来开发的，它是Microsoft公司提供的一个开发Windows驱动程序的工具，DDK提供了编译驱动程序的环境。该巡更机的驱动程序是WDM类型的，采用VC++编程。驱动程序中对USB进行操作的请求都应调用系统例程，将其转化为一个URB结构，即USB请求块（USBRequestBlock），然后使用系统级的IRP将其提交。该驱动程序由四个模块组成：初始化模块、即插即用管理模块、电源管理模块和I/O控制模块。①初始化模块。DriverEntry为驱动程序的入口处，通过它来执行大量的初始化函数。②即插即用管理模块实现设备的热插拔和动态配置。驱动程序初始化完成后，接着对设备进行初始化，这主要是通过即插即用（PnP）管理器调用驱动程序中的AddDevice和IRP_MJ_PNP两个例程来完成的。当驱动程序从PnP管理器中收到IRP_MN_START_DEVICE请求时，驱动程序启动设备，并且准备好处理I/O操作。③电源管理模块负责设备的唤醒和挂起。电源管理器（powermanager）从整个系统的角度来管理电源，所有与电源相关的IRP都是由它发出的，它发出的请求包可以指定一种新的电源状态以及查询或更改一种状态。支持电源管理的驱动程序，在最大程序地帮助Windows合理地利用资源方面起着重要作用。值得注意的是，与电源相关的IRP必须在同步操作上有非常严格的要求。例如，任何时候在一个PDO（物理设备对象）中。只能有一个IRP_MN_QUERY_POWER或者IRP_MN_SET_POWER；电源IRP的处理要尽可能地快等。④I/O控制模块完成输入输出请求的大部分功能。设备的控制由设备控制例程（IRP_MJ_DEVICE_CONTROL）负责，主要是对设备进行一些操作命令的发送或者标志的读取。数据读写主要由IRP_MJ_READ和IRP_MJ_WRITE两个例程完成，只需在AddDevice中申请一个符号链接，并且在StartDevice中将此符号链接激活即可。2.3应用程序设计在Win32系统中，每一个设备对象都抽象为文件，此时的应用程序只需通过几条简单的文件操作API函数，就可以实现与驱动程序中某个设备的通信。在本设计中，应用程序是该电子巡更系统的中心，采用VisualC++编程。其主要功能有：启动或关闭USB设备、检查USB设备、设置巡更参数、从巡更机中读取数据以及显示、比较、存储数据等。数字（IP）摄像机（以下简称IP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“MicrosoftIE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。IP摄像机的应用宽带信息网络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路电视成为必然.基于PC的多媒体监控系统功能较强，但主要进行小范围监控。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。这些问题为基于网络和嵌入式技术的网络视频监控提供了舞台。IP摄像机将图像转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，使摄像机所摄的画面通过RJ-45以太网接口或WIFIWLAN无线接口直接传送到网络上，通过网络即可远端监视画面。IP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，全方位云台等。提供软件包(SDK)便于用户自行快速开发应用软件。网正（BNT）的IP摄像机广泛应用于教育，商业，医疗，公共事业等各方面领域。IP摄像机组成原理IP摄像机一般由镜头、图像传感器、声音传感器、A/D转换器、图像、声音、控制器网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。1、镜头镜头作为网络摄像机的前端部件，有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等种类，与模拟摄像机相同。2、图像传感器、声音传感器图像传感器有CMOS和CCD两种模式。CMOS既互补性金属氧化物半导体，CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。不像由二级管组成的CCD和CMOS电路几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要问题是在处理快速变换的影像时，由于电流变换过于频繁而过热。暗电流抑制的好就问题不大，如果抑制的不好就十分容易出现杂点。CCD图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光电二级管及其传输电路构成。光电二极管把光转化成电荷，再经转化电路传送和输出。通常，传送优良图像质量的设备都采用CCD图像传感器，而注重功耗和成本的产品则选择CMOS图像传感器。但新的技术正在克服每种器体固有的弱点，同时保留了适合于特定用途的某些特性。这一部分与模拟摄像机相同。声音传感器即拾声器或叫麦克风，与传统的话筒原理一样。3、A/D转换器A/D转换器的功能是将图像和声音等模拟信号转换成数字信号。基于CMOS模式的图像传感器模块有直接数字信号输出的接口，无须A/D转换器；而基于CCD模式的图像传感器模块如有直接数字输出的接口，亦无须A/D转换器，但由于此模块主要针对模拟摄像机设计，只有模拟输出接口，故需要进行A/D转换。4、图像、声音编码器经A/D转换后的图像、声音数字信号，按一定的格式或标准进行编码压缩。编码压缩的目的是为了便于实现音/视信号与多媒体信号的数字化；便于在计算机系统、网络以及万维网上不失真地传输上述信号。目前，图像编码压缩技术有两种：一种是硬件编码压缩，即将编码压缩算法固化在芯片上；另一种是基于DSP的软件编码压缩，即软件运行在DSP上进行图像的编码压缩。同样，声音的压缩亦可采用硬件编码压缩和软件压缩，其编码标准有MP3等格式。5、控制器控制器是网络摄像机的心脏，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。6、网络服务器网络服务器提供网络摄像机的网络功能，它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相关网络协议，允许用户从自己的PC机使用标准的浏览器根据网络摄像机的IP地址对网络摄像机进行访问，观看实时图像，及控制摄像机的镜头和云台。7、外部报警、控制接口网络摄像机为工程应用提供了实用的外部接口，如控制云台的485接口，用于报警信号输入输出的I/O口。如红外探头发现有目标出现，发报警信号给网络摄像机，网络摄像机自动调整镜头方向并实时录像；另一方面，当网络摄像机侦测到有移动目标出现时，亦可向外发出报警信号。网络摄像机的基本原理是：图像信号经过镜头输入及声音信号经过麦克风输入后，由图像传感器的声音传感器转化为电信号，A/D转换器将模拟电信号转换为数字电信号，再经过编码器按一定的编码标准进行编码压缩，再控制器的控制下，由网络服务器按一定的网络协议送上局域网或INTERNET，控制器还可以接收报警信号及向外发送报警信号，且按要求发出控制信号。8、图像的编码标准目前，网络摄像机的图像压缩编码标准主要有MPEG4、H.263、H.264、M-JPEG等。MPEG4所谓MPEG标准就是指由ISO的活动图像专家组制定的一系列关于音视频信号以及多媒体信号的压缩与解压缩技术的标准。到目前为止，已经制定完成并批准执行的有：1991年批准的MPEG1、MP3;1994年批准的MPEG2;1999年批准的MPEG4和MP4。正在制定的标准有：MPEG7和MEPG21.H.263H.263是ITU-T提出的作为H.324终端使用的视频编解码建议，H.263经过不断地完善和多次的升级已经日臻成熟，如今已经大部分代替了H.261，而且H.263由于能在低带宽上传输高质量的视频流而日益受到欢迎。H.263是基于运动补偿的DPCM的混合编码，在运动补偿的DPCM混合编码，在运动搜索的基础上进行运动补偿，然后运用DCT变换和“之”字形扫描编码，从而得到输出码流。H.263在H.261建议的基础上，将运动矢量的搜索增加为半象素点搜索；同时又增加了无限制运动矢量、基于语法的算术编码、高级预测技术和PB帧编码等四个高级选项；从而达到了进一步降低码速率和提高编码质量的目的。H.264H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG的联合视频组开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。在相同的重建图像质量下，H.264能够比H.263节约50％左右的码率，比目前根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33％左右。M-JPEGM-JPEG技术即运动静止图像压缩技术，它把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩技术方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧地编辑。但M-JPEG只对帧内地空间冗余进行压缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率不高。编辑本段IP摄像机特点优势应用优势IP摄像机不仅可基于计算机局域网用于区域监控，如住宅小区监控、办公楼、银行、商场等传统地监控；而且也能通过INTERNET用于新型地跨区域远程监控及网上展示，远程儿童及老人看护、无人值守通信机房监控、旅游景点网上演播、产品网上展览等。特点：把图像进行M-JPEG编码压缩，通过网络利用TCP/IP协议进行传输；通过网络摄像机或镜头、云台和其它外部设备进行操作控制；内置一个10M/100M以太网RJ45接口，可通过网络实现远程接口；一个并行I/O口，可以连接外部传感器进行自动报警，也可以对外部设备进行控制或进行联动报警功能；一个RS45串口，可以对镜头、云台进行控制，或连接其他外部设备；内嵌WEBSERVER，网络摄像机内部提供了一个WEBSERVER,允许用户从PC机使用标准地浏览器进行各种接口、操作；具有单独地安全机制，可以对操作本摄像机地用户进行分级别的权限验证；有中心的集中式管理与控制的监控网以及无中心的分布式监控网；内置实时操作系统，支持软件下载和配置设置，方便升级和操作管理。3，IP摄像机“图象质量差”网络摄像机基于网络，模拟本地图象，监控系统基于视频电缆（少数采用光纤），虽然都是监控，这是两种完全不同的系统结构。作为网络摄像机的生产厂家，我们强调网络摄像机不是万能，因为网络本身不是万能。在传输距离不太远、监控点不多、又没有远程传输需要的情况下，我们依然推荐用户采用模拟图象监控系统。编辑本段IP摄像机相比传统摄像机的优势：相对于传统的闭路电视监控系统：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