安防监控基础知识之从入门到精通(入门篇最终修改)

PAGE安防基础知识之—从入门到精通（入门篇）安防监控基础知识之-从入门到精通（入门篇）安防监控基础知识之-从入门到精通（入门篇）主编：研发中心-产品管理部安防基础知识之—从入门到精通（入门篇）安防监控基础知识之—从入门到精通（入门篇）资料版本 V1.1日期 2014年5月 浙江大华技术股份有限公司版权所有，保留一切权利。非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本书的部分或全部，并不得以任何形式传播。

安防监控概述安全防范基础知识安全防范基本概念根据现在汉语词典的解释，所谓安全，就是没有危险、不受侵害、不出事故；所谓防范，就是防备、戒备，而防备是指作好准备以应付攻击或避免受害，戒备是指防备和保护。

综合上述解释，是否可以给安全防范下如下定义：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。安全防范的三种基本防范手段：人防、物防和技防安全防范是社会公共安全的一部分，安全防范行业是社会公共安全行业的一个分支。就防范手段而言，安全防范包括人力防范、实体（物）防范和技术防范三个范畴。其中人力防范和实体防范是古已有之的传统防范手段，它们是安全防范的基础，随着科学技术的不断进步，这些传统的防范手段也不断融入新科技的内容。技术防范的概念是在近代科学技术（最初是电子报警技术）用于安全防范领域并逐渐形成的一种独立防范手段的过程中所产生的一种新的防范概念。由于现代科学技术的不断发展和普及应用，“技术防范”的概念也越来越普及，越来越为警察执法部门和社会公众所认可和接受，以致成为使用频率很高的一个新词汇，技术防范的内容也随着科学技术的进步而不断更新。在科学技术迅猛发展的当今时代，可以说几乎所有的高新技术都将或迟或早的移植、应用于安全防范工作中。因此，“技术防范”在安全防范技术中的地位和作用将越来越重要，它已经带来了安全防范的一次新的革命。安全防范的三个基本要素是：探测、延迟与反应。探测（Detection）是指感知显形和隐性风险事件的发生并发出报警；延迟（Delay）是指延长和推延风险事件发生的进程；反应（Response）是指组织力量为制止风险事件的发生所采取的快速行动。在安全防范的三种基本手段中，要实现防范的最终目的，都要围绕探测、延迟、反应这三个基本防范要素开展工作、采取措施，以预防和阻止风险事件的发生。当然，三种防范手段在实施防范的过程中，所起的作用有所不同。基础的人力防范手段（人防）是利用人们自身的传感器（眼、耳等）进行探测，发现妨害或破坏安全的目标，作出反应；用声音警告、恐吓、设障、武器还击等手段来延迟或阻止危险的发生，在自身力量不足时还要发出求援信号，以期待做出进一步的反应，制止危险的发生或处理已发生的危险。实体防范（物防）的主要作用在于推迟危险的发生，为“反应“提供足够的时间。现代的实体防范，已不是单纯物质屏障的被动防范，而是越来越多地采用高科技地手段，一方面使实体屏障被破坏地可能性变小，增大延迟时间；另一方面也使实体屏障本身增加探测和反应的功能。技术防范手段可以说是人力防范手段和实体防范手段的功能延伸和加强，是对人力防范和实体防范在技术手段上的补充和加强。它要融入人力防范和实体防范之中，使人力防范和实体防范在探测、延迟、反应三个基本要素中间不断地增加高科技含量，不断提高探测能力、延迟能力和反应能力，使防范手段真正起到作用，达到预期的目的。探测、延迟和反应三个基本要素之间是相互联系、缺一不可的关系。一方面，探测要准确无误、延迟时间长短要合适，反应要迅速；另一方面，反应的总时间应小于（至多等于）探测加延迟的总时间。安全防范技术与安全技术防范安全防范技术是用于安全防范的专门技术，在国外，安全防范技术通常分为三类：物理技术防范（PhysicalProtection）、电子防范技术（ElectronicProtection）、生物统计学防范技术（BiometricProtection）。这里的物理防范技术主要指实体防范技术，如建筑物和实体屏障以及与其匹配的各种实物设施、设备和产品（如门、窗、柜、锁等）；电子防范技术主要是指应用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术，如：电子报警技术、视频监控技术、出入口控制技术、计算机网络技术以及其相关的各种软件、系统工程等。生物统计学防范技术是法庭科学的物证鉴定技术和安全防范技术中的模式识别相结合的产物，他主要是指利用人体的生物学特征进行安全技术防范的一种特殊技术门类，现在应用较广的有指纹、掌纹、眼纹、声纹等识别控制技术。

安全技术防范是以安全防范技术为先导，以人力防范为基础，以技术防范和实体防范为手段，所建立的一种具有探测、延迟、反应有序结合的安全防范服务保障体系。他是以预防损失和预防犯罪为目的的一项公安业务和社会公共事业。对于警察执法部门而言，安全技术防范就是利用安全防范技术开展安全防范工作的一项公安业务；而对于社会经济部门来说，安全技术防范就是利用安全防范技术为社会公众提供一种安全服务的产业。既然是一种产业，就要有产品的研制与开发，就要有系统的设计与工程的施工、服务和管理。安全防范技术的专业体系安全技术防范作为社会公共安全科学技术的一个分支，具有其相对独立的技术内容和专业体系。根据我国安全防范行业的技术现状和未来发展，我们可以将安全防范技术按照学科专业、产品属性和应用领域的不同进行如下分类：入侵探测与防盗报警技术视频监控技术出入口目标识别与控制技术报警信息传输技术移动目标反劫、防盗报警技术社区安防与社会救助应急报警技术实体防护技术防爆安检技术安全防范网络与系统集成技术安全防范工程设计与施工技术由于安全防范技术是正在发展中的新兴技术领域，因此上述专业的划分只具有相对意义。实际上上述各项专业技术本身，都涉及诸多不同的自然科学和技术的门类，它们之间又互相交叉和相互渗透，专业的界限会变得越来越不明显，同一技术同时应用于不同专业的情况也会越来越多。我公司主要涉及的是视频监控技术，但目前的视频监控技术也不是单一的，也涉及到与入侵探测、防盗报警系统相结合的一些联动报警技术。视频监控简介本文介绍的视频监控系统，主要指的是闭路电视监控系统，因为这个系统的视频信号是非公开传输的，只能提供给特定的使用者观看，因此称为闭路电视监控系统。英文缩写是：CCTV(closed-circuittelevision)，闭路电视监控系统是一个跨行业的综合性保安系统，该系统运用了世界上最先进的传感技术、监控摄像技术、通讯技术和计算机技术，组成一个多功能全方位监控的高智能化的处理系统。闭路电视监控系统因其能给人最直接的视觉、听觉感受，以及对被监控对象的可视性、实时性及客观性的记录，因而已成为当前安全防范领域的主要手段，被广泛应用。 视频监控系统一直是监控领域中的热点，它以直观、方便、信息内容丰富而在各个行业得到广泛应用，视频监控系统的发展与电子、通信的发展息息相关，就其发展的阶段看，主要经历了以下阶段。基于模拟传输的视频监控系统在20世纪90年代初及其以前，主要是以模拟设备为主的闭路监控系统，称为第一代视频监控系统，即模拟视频监控系统。这种基于模拟图像的视频监控系统从电视机、摄像机诞生的那天，就已经诞生。其视频监控系统主要由摄像机、视频切换矩阵、监视器、录像机等组成，通过视频线、控制线连接，主要用于安保、生产管理场合。其特点是模拟视频信号传输，使用串口控制，传输距离有限，远距离传输需要光传输设备，监控方式单一，智能化，集成度不高。模混合视频监控系统20世纪90年代中期，随着计算机处理能力的提高和数字视频技术、嵌入式技术的发展，人们利用计算机以及专用大规模集成电路的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，从而大大提高了图像质量，增强了视频监控的功能。整个系统的视频、音频信号的采集、存储主要为数字形式，质量较高，但是视频信号的传输和现实，基本还是模拟信号。DVR（数字硬盘录像机）是第二代多媒体监控系统的核心产品，有采用PC平台（已经趋于淘汰）和嵌入式DVR两种流行产品。在较大型的项目中，仍然会使用视频矩阵，使图像能够分配给任意的监视器使用。整个系统数字视频信号和模拟视频信号处理并存。网络数字视频监控系统到了20世纪90年代末特别是近5年；随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种实用视频信息处理技术的出现，视频监控进入了全新的网络时代，称为第三代视频监控系统，网络化视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。第三代视频监控领域，集中了多媒体技术、数字图像处理及远程网络传输等最新技术。不仅仅可以解决图像传输、远程控制、现场信号采集等监控功能，还可提供高质量的监控图像和便捷的监控方式。第三代视频监控系统一般基于TCP/IP架构，符合通信网的发展趋势。系统所有硬件软件全都采用专业设计、具备专业的制造工艺。在编解码方面，采用专用的高速DSP处理芯片，系统软件采用稳定性最高的实时专用操作系统，因此具有功能强大、可靠性高、功耗小、环境适应能力强、软件的扩展升级方便等优点，具有非常广泛而灵活的应用。示意图如下：大规模数模混合视频监控系统近几年，平安城市、智慧城市概念以及物联网技术的发展，使得视频监控系统从早期的仅仅提供清晰的，可控制的图像到目前的越来越多的面向用户实战需求、面向各种业务处理以及智能化应用发展。用户的需求也由早期的需要机器设备提供清晰可用的视频信号发展到了需要机器设备在原始视频信号的基础上提供更多的实战应用；面对越来越海量的设备和信息，用户越来越多的需要通过智能化应用，用机器代替人力协助处理信息，人工智能可以对信息进行识别、统计、归纳、挖掘等处理，辅助使用者进行决策，摆脱过去诸如人工视频巡检、监看、设备维护等这种繁重的体力劳动。软件在视频监控中的作用越来越大，同时TCP/IP技术由于其自生的一些问题，还是不能完全取代模拟以及非IP数字信号技术。因此，面对复杂的应用，在一些大型项目中，会涉及到大规模、多技术混合应用的的情况，同时，监控设备也开始向多业务处理，模数混合发展，以实现综合应用为目的。

前端部分知识摄像机基础知识图像传感器原理现代安防产业的发展离不开图像传感器技术的应用与发展。而在图像传感器中，日商所独占的CCD传感器与百家争鸣的CMOS传感器都在尽力克服自身的缺点，希望成为市场上的主流技术。CCD/CMOS传感器技术简介技术简介CCD/CMOS图像传感器是当前主流的两种器件，其实物如下图所示。从外观上看它们并没有实质的差异。CCDCCDCMOS传感器实物CCD（ChargeCoupledDevice）是电荷耦合器件的英文简写。它由美国贝尔实验室于1969年发明。CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），是互补金属氧化物半导体的英文简写。它本意是一种半导体制造工艺，当标识图像传感器时特制采用CMOS工艺制造的器件。成像原理无论是CCD还是CMOS，它们都采用感光元件作为影像捕获的基本手段，CCD/CMOS感光元件单元的核心都是一个感光二极管，该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流或电压，而电流的强度则与光照的强度对应。输出的电压或电流经过放大器放大，A/D转换后就成为可以被计算机其他数字器件处理的图像数据。基本工作流程如下图：AAMMA/DISP基本工作流程由于每个像素单元是一样的，所以对光线的反应也近似，这样是没有办法区分出色彩的，因此在彩色成像时，按照一定的规律在每个像素前放置一个微小的颜色透镜，这样就可以使不同的像素单元仅对某一色彩的光线产生光敏特性。根据建立在大量统计规律的基础上所体现的人的视觉特性，目前多采用RGB（red，green，blue）三原色矩阵来对颜色进行分离如同图所示。这样每个像素单元对光的反应就表示一种颜色的光强，在该像素点上的其他颜色就依据周围像素的颜色强度通过差值来得到，这个差值过程通常也称为解马赛克。其过程如下图所示。通过这种方式虽然降低了图像颜色的分辨率，但用一片传感器就可以获得彩色图像数据，同是减少了要存贮的数据量。利用GRB矩阵采集彩色图像原始马赛原始马赛克图像插值插值插值组合RGB输出图像1/4红像素1/2绿像素1/4蓝像素彩色还原原理CCD/CMOS传感器主要区别CCD和CMOS固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，其根本不同点在于像素光生成电荷的读出方式。造成这种差异的原因在于：CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此，必须先放大再整合各个象素的数据。对于CMOS传感器，每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。换句话说，在CMOS传感器中，每一个感光元件都可产生最终的数字输出。CMOS图像传感器芯片的结构如图所示。典型的CMOS像素单元主要由感光区和采样电容及放大器构成，多个单元构成一个像素阵列（二维可编址传感器阵列），传感器的每一列与一个位线相连，行允许、线允许所选择的行内每一个敏感单元输出信号送入它所对应的位线上，位线末端是多路选择器，按照各列独立的列编址进行选择，输出相应像素信号。行选择逻辑行选择逻辑多路复用行选择逻辑控制逻辑行选择逻辑感光区放大器采样电容CMOS传感器结构示意图而在CCD传感器中，每一个感光元件都不对输出的电流作进一步的处理，而是将它直接输出到感光元件的存储单元，由于感光元件生成的电信号实在太微弱了，无法直接进行模数转换工作，因此这些输出数据必须做统一的放大处理，这项任务是由CCD传感器中的放大器专门负责，经放大器处理之后，每个像点的电信号强度都获得同样幅度的增大；但由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理。但在周边组成上，CCD的感光元件与CMOS的感光元件也不相同，如下图所示，CCD的感光元件除了感光二极管之外，包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，感光二极管占据了绝大多数面积，不像CMOS那样，每个感光元件还集成了采样电容、放大器、A/D装换等器件。因此在相同面积下，CCD的感光区域占据了较多的面积，而CMOS由于其复杂结构，感光面积比CCD降低了约20%甚至更多。水平时钟串行时钟行选择逻辑水平时钟串行时钟行选择逻辑QV输出寄存器ADC感光区电荷存储区电荷通道 正是由于CCD与CMOS的结构工艺的不同，导致了他们在物理特性上的很多差异，主要有以下几方面：灵敏度差异 由于CMOS的采样及放大电路与感光区集成在一起，所以CMOS的有效感光面积就比CCD小了很多，表现就是在相同像素面积的情况下，CMOS的灵敏度比CCD低很多。分辨率差异如上所述，CMOS每个像素的构成相对复杂，因此像素尺寸通常不容易做的更小，所以在相同尺寸（感光面积）的情况下，CMOS集成的像素数一般情况下比CCD要少，导致相同尺寸的分辨率较低。噪声差异 由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。功耗差异CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到12~18V；因此，CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。实际应用中，CCD的发热量也要比CMOS高出很多，甚至需要对散热进行额外的设计。数据转换速度差异 由于CMOS每个像素都集成了放大器、采样及A/D转换电路，因此，信号的处理可并行进行，而CCD各个象素的数据汇聚至边缘再统一进行放大处理，只能采用串行处理的方式；因而数据转换速度要远低于CMOS。高速的CMOS图像采集帧率每秒可达到3000甚至5000帧。虽然CCD可采取分多区域多通道同时输出等手段，但帧率也很难达到100帧，并同时会涉及图像拼接技术，导致增加系统复杂度，影响图像质量。成本差异 由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timinggenerator等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。 不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的态势，例如，CCD传感器一直在功耗上作改进，以应用于移动通信市场；CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足，以应用于更高端的图像产品。CCD/CMOS传感器存在的主要问题以目前的技术情形来看，CCD和CMOS都还不是完美无缺的，在某些情况下都有可能产生一些画面的问题，如开花模糊现象（Bloom）；还有一些现象是某种传感器特有的现象，如CCD可能会出现一种叫做Smear(遇强光产生光条)的现象，俗称漏光；而CMOS则有Skew/Wobble/PartialExposure(歪斜/抖动/部分曝光)的问题，俗称果冻现象。Bloom现象Bloom现象是指画面中有太阳或者照明灯等因为物体的光过于明亮，超出了图像传感器处理的容量限制而发生的一种亮物体周围被光晕包围的现象。如下图所示。Bloom现象这种现象的主要成因可以用下图形象的表示。传感器感光单元依靠势阱来储存光电效应生成的电子，就像一个个的小容器，它们的容量是有一定限制的，当某些容器装满后，如果继续有电子注入的话，它们就会向周围的容器溢出，离已装满容器越近的所受影响越大，越远的越小，在图像上直观的表现就是光晕。图表Bloom成因示意图Smear现象Smear现象是CCD传感器特有的现象。它是指在CCD在拍摄高亮或强反光物体时，画面出现垂直亮线的现象，如下图所示。它的根本原因和Bloom现象相似，也是由于能量太大，导致CCD感光器件中电子势阱的电子溢出，但由于CCD传感器的特殊结构，造成溢出的电子上下流动而形成了图像上的亮条。smear现象目前，CCD可以用行间转移(ILT)的方式smear问题的。在这种模式下，每个像素被分为感光区和电荷转移区，电荷转移区不感

光，这样在曝光结束时先将电荷一次性转移到转移区，再读出，这样读出过程就没有电荷积分，就不会产生因电子运动而引起的Smear现象。但显然ILT方式减

少了像素的感光面积，降低了灵敏度。Skew/Wobble/PartialExposure现象CMOS因为工作方式不同，不会有Smear的问题，但却有Skew/Wobble/PartialExposure的问题，这是因为目前多数CMOS相机的制造厂商采用的是卷帘式快门(rollingshutter)，而不是全局式快门(globalshutter)设计的关系。Rolling

shutter通常采用的结构，每次仅对一行像素进行曝光控制，即一行曝光后再对下一行进行曝光，这样如果目标物体是运动的或相机与物体有相对运动时就会出现如下图所示的情形，相对运动越剧烈，现象越明显；如果相机和物体相对水平方向晃动的话，甚至会出现物体成波浪样扭曲的情况。Skew/Wobble/PartialExposure现象要解决卷帘快门带来的果冻现象，可采用全局快门（global

shutter），但全局快门要采用更多的晶体管，同样减小了感光面积，对灵敏度有较大的影响。CCD/CMOS发展趋势尽管CCD在影像品质等各方面均优于CMOS，但不可否认的CMOS具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。CMOS的低成本和稳定供货，成为厂商的最爱，也因此其制造技术不断地改良更新，使得CCD与CMOS两者的差异逐渐缩小。新一代的CCD以耗电量减少作为改进目标，CMOS系列，则开始朝向大尺寸面积与高速影像处理芯片集成，借助后续的影像处理修正噪点以提高画质表现，目前高速影像处理芯片已经可以胜任高像素CMOS所产生的影像。除此之外，还有背照式CMOS技术的问世，可大大提高CMOS的灵敏度水平，CMOS未来跨足高阶的影像市场产品，前景可期。相较于CMOS的急起直追，CCD厂商也加快步伐进行新技术开发，不断进行耗电量的改善，甚至有厂商宣称其CCD传感器组件的耗电量只有35mW，单就耗电量而言，该CCD已经超越CMOS平均40~80mW的水平。值得一提的是国内CCD图像传感器的研制工作也在稳步地进行。目前在实验室已做出了从32×32到756×581、800×800等多种CCD图像传感器器件，基本上形成了系列化产品。由于受经费、设备等因素影响，国内CCD图像传感器的研究进展尚不够迅速，目前还没有生产能力，与国际先进水平相比差距很大。据悉，信息产业部下属研究所目前已从美国和俄罗斯引进可见光和红外CCD芯片生产线并开展试验工作，这将大大促进我国CCD芯片的产业化进程。总之，图像传感器的发展趋势就是：更大的面积，更高的分辨率，更高的感光度或灵敏度，更宽的动态范围，更高的集成度，更低的功耗，以适应更广泛的应用领域及更灵活的应用方式。摄像机硬件方案知识

从事安防行业，首先我们来了解摄像机方案，摄像机方案简单说就是指DSP和CCD/CMOS的搭配（根据DSP的型号和高解或低解的CCD搭配）。摄像机方案目前都弄得神神秘秘的，资料也不多见，相信大家一听说摄像方案就觉得头大，是高手才能掌握的知识，市场也鱼目混珠。现在先弄清楚摄像机的结构，如下图：图中的每个部分就是一个零器件，组合起来就是一个整体，一个可用的“机器”，也就是一个“方案”。下面解析各个部分的功能：

CCD：相当与人的眼睛，它的主要工作就是把光影像转成电子信号。CCD上有感光点，每一点就像一颗太阳能电池，被光照到后会产生电能，依照光的照度不同，会产生不同的电能。V-Driver：CCD里头每一点被光照到产生电能,那如何取出来?就是靠这颗V-DRIVER,它会产生不同的脉波,把CCD每点的讯号“打”出来。我们通常说是CCD的驱动。CDS/AGC：CCD出来的讯号,在这颗晶片内做处理后，送进DSP（数字信号处理器）。DSP：DigitalSignalProcessor（数字信号处理器），主要针对算法运算而产生的一种MCU，不只是在摄像机设计中用到DSP，现在好多行业都用到DSP，特别是在算法方面，DSP的应用是相当广的，是比较流行的MCU。从DS/AGC出来的模拟信号传送到DSP进行处理，顺便说一下，DSP是数字信号处理器，怎么能处理模拟信号呢？因为DSP内部有一个A/DConverter（模数转换器）把模拟转换成数字后再进行运算，在摄像机中主要是进行颜色，亮度，白平衡等运算。运算后又把信号转换成模拟信号输出，也就是视频输出了。T.G：控制整个处理过程快慢用的，一般都包含在DSP里的，就不多说了。以上部分再加上镜头，就是整个摄像机了。了解了摄像机结构后，现在来讲摄像机的方案，方案主要是针对DSP来说的，把DSP和CCD搭配起来就是我们所说的方案了，目前摄像机市场上应用比较多，占主流地位的是SONY和SHARP生产的DSP。SONY主要有以下几种方案：SS-1；CXD2163BRSONY公司推出这颗DSP之前已推出了CXD2163，当初把CXD2163这个方案叫做SS-1，用CXD2163做出来的机子一直有问题，所以不久就推出CXD2163BR，用来代替CXD2163，方案人们也一直叫做SS-1。SS-1可接高解CCD（ICX408AK/超低照度ICX258AK（NTSC）和ICX409AK/超低照度ICX259AK（PAL）），还可以接低解CCD（ICX404AK（NTSC）和ICX405AK（PAL））（注意：以上CCD尺寸是1/3，还有好多型号的CCD没有列出，可参考有关方面的书籍）这颗DSP能够做到电源同步（电源同步——也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄像机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄像机和电源零线同步）。所以现在好多厂家都在用来做高解的机子。

SS-11；CXD3141或CXD3142这颗DSP是1999年推出的，这款DSP只能接低解的CCD，3142比3141多了镜像功能，如果SS-11也做到电源同步，就会产生很大的噪讯。所以目前还没做成电源同步，SONY目前420线的机子几乎就是这个方案。SS-HQ1；CXD3172AR这颗DSP是SONY2004年推出的，就是520线机子用的DSP，3172目前的技术还不是特别成熟，存在许多问题，其中发热太大，发热量比其他DSP大好多，致使一些工程师并不喜欢用。SS-HQ1能接高低解的CCD，而且电源也能做到同步，总体上还是比SS-1好，就是发热问题还没解决。SS-11X；CXD4103R。这颗DSP是2005年推出的，是SONY目前最新的DSP，它解决了SS-HQ1的发热问题，但是电源同步时噪讯大。可接高低解的CCD。SHARP低解CCD被业内人士作为低档机使用，最近又出了D5（38627）。听说效果可以跟SONY媲美，除了SONY，SHARP外，还有松下，韩国的NEXTCHIP，台湾的A-NOVAADPXXXX等，其中韩国NEXTCHIP公司推出的DSP,主要接SHARP低解或SONY低解的CCD。模拟摄像机模拟摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。摄像机构成模拟摄像机主要由三部分组成：镜头，传感器，处理器。1）镜头：将景物成像在传感器的感光面上；2）图像传感器（CCD）：将光信号转化成电信号；3）处理器（DSP）：进行模数转换，图像处理，实现各种功能，输出CVBS信号。摄像机的基本参数图像传感器监控类摄像机使用的图像传感器分两种：1）CCD—目前占主流的市场份额2）COMS—后起之秀，未来的发展趋势传感器的尺寸图像传感器的尺寸基本决定了摄像机的档次。最低照度最低照度是用来衡量摄像机在黑暗的环境下能看清物体的一个指标，该数字越低，说明摄像机灵敏度越高，性能越好。国家标准对彩色摄像机亮度灵敏度的特性说明为：“摄像机产生的亮度输出电平为额定电平的一半时，物体的最小照度。”动态范围宽动态就是为了使场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚而应用的技术。动态范围表示图像中所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大，所能表现的层次越丰富，所包含的色彩空间也越广。当在强光源照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度而成白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。背光补偿普通摄像机当所拍摄物体后面有强光时，会使主体画面发黑，从而只能显出轮廓。而背光补偿技术则可使摄像机能够在任何环境中拍摄时自动进行背光补足，使用户获得最清晰和最亮丽的图像。强光抑制当强光（如车灯）进入监控范围时，摄像机开启PLC（强光抑制）功能，可以降低自动光圈对强光的敏感度，避免光圈快速的闭合，而使得画面快速变暗，达到强光抑制的效果。隐私遮挡在设备监控的范围内，可以遮蔽一些区域以保护隐私。譬如在ATM取款机的监控区域里，用户输入密码的地方则需要隐私遮蔽。白平衡所谓白平衡，就是摄像机对白色物体的还原，它可以校正室内和室外环境的色温。不管是在室内还是室外环境，人眼看见白色仍是白色，这是因为人眼能适应色温的改变。摄像机并不能同样的适应，所以光线发生改变后拍出来的白色就会变色。白平衡技术可以纠正这个问题。电子快门电子快门设置越高，拍摄移动中的物体的边缘会清晰，但低照效果会差；日夜切换1）电子式日夜切换：采用双通滤光片，摄像机内部程序实现彩色转黑白功能2）机械式日夜切换：采用两块滤光片，日用与夜用分开，由马达或者线圈控制其来回切换，从而达到更好的图像效果。自动增益为了在监视器观看时，尽可能保持在一定的亮度范围内因此对亮度信号的处理就要用一个放大器，根据情况随时自动控制放大量，这就是所谓的自动增益控制（AGC）。智能球机通常把内置一体化摄像机（含变焦镜头）、云台结构、解码器，采用球形护罩的一体化前端成像设备称为一体化智能球型摄像机。它具有体积小、外形美观、功能强大、安装方便、使用简单、维护容易等特点，又被人们通俗地叫为“快球”、“智能快球”或“球机”。球型摄像机是指将摄像机、镜头等设备组合内置在球型防护罩内的摄像设备。以球型防护罩区分，有全球型和半球型；以球型摄像机的性能区分为定焦镜头球型摄像机或定焦镜头球罩型摄像机和内置摄像机、变焦镜头、云台、解码器等设备的一体化智能球机；以安装方式区分，有悬吊式、吸顶式和嵌入式等；以应用环境区分为室内型和室外型。球型摄像机造型美观、安装隐密、使用方便、功能齐全，深受广大用户的青睐。特别是一体化智能球机以单一设备取代了传统的摄像机、变焦镜头、快速云台、遥控解码器等设备的组合，在性能价格比上占有很大的优势，成为球型摄像机的主流，因此我们常说的球机实际上是指这种智能球机。球机功能预置点或预置位所谓预置功能是指智能快球能将当前状态下云台的水平角度、倾斜角度和摄像机镜头焦距等相关参数储存到存储器中，需要时可以迅速调用这些参数并将云台和摄像头调整至该位置。自动巡航所谓自动巡航是指可通过预先编程，将某些预置点按要求的顺序编排到自动巡航队列中，只需一个外部命令就可让球机自动地按设定的预置点顺序以设定的时间间隔往复不停地运动自动扫描所谓自动扫描是指预先设定左限位和右限位，可以实现摄像机在左右限位之间以设定的速度水平自动来回扫描。模式（PATTERN）或花样扫描所谓模式（PATTERN）功能是用户启动（PATTERN）录制功能后，球机能够连续记录用户在某一段时间内对球机转动及镜头操作的运行轨迹，通过操作命令可以将录下的操作过程自动循环的回放。业界也有把这称为自学习或智能记忆等。自动运行（AUTOPARKING）所谓自动运行功能是使用者在一段时间（时间可自由设置）内没有操作时，智能球能自动回到使用者预先设置的某一个重要的预置位（即通常所说的看守位）或执行某一预先设定的功能：自动扫描、花样扫描或自动巡航等。焦距控制用户可以通过控制键盘调整焦距的远近，得到所需的全景画面，或是近景视图。聚焦控制系统默认自动聚焦。镜头变焦时，摄像机会以物景画面的中心自动对焦，保持清晰图像；在特殊情况下用户可以手动聚焦，达到希望的图像效果。光圈控制摄像机有自动背光补偿功能。在强光背景下，自动对较黑暗的目标进行亮度补偿。对光亮的背景进行采光调整。避免因背景亮度过高而造成整个画面一团光亮，目标却因黑暗而不可辨别的情形，从而实现清晰视图。

自动翻转操作者将智能快球的镜头操作到底部（垂直）时,球机的镜头会自动翻转180°，并随即向上转，可直接观看到背面的景物，从而实现纵向180°的全程连续监视。焦距/速度自动匹配

操作者手动控制智能快球时，对焦距较长的情况，球机高速的反应使得轻微触动摇杆可能使画面迅速移动，从而造成画面丢失。基于人性化考虑，要求智能快球必须具有根据焦距的远近自动调整云台水平和垂直转速，使得监控时手动跟踪目标操作更为简便易行。其他功能区域显示、隐私保护、白平衡控制、背光补偿控制、彩色/黑白转换控制。球机分类不论一体化球机的外观如何，是多少倍的镜头，具有多少预置位，采用什么协议，根据它所采用的驱动电机，分为两大类：一类是步进电机球机，如PELCO、PHILIPS、KALATEL等；另一类是直流电机球机，如VCL、AD等。上述两类球机各有什么特点：步进电机球机具有定位准确、结构简单、驱动控制算法简单，但是存在功耗大，散热量大，电机易损（一般寿命仅为三年左右）等不足。直流电机球机具有功耗低、散热量小、结构简单、电机不易损坏（一般寿命在8—10年），驱动控制算法相对复杂，是最新一代环保节能型产品，就定位精度而言略有偏差，但是不影响监控使用效果，因为球机内置的一体化摄像机均自带广角镜头组。球机核心部件一体化智能球形摄像机是一种涉及光学、机械、电子等领域的高科技产品。由于目前国内光电技术、微电机制造技术和生产工艺等方面的原因，一体化球机的三个主要部件（内置变焦镜头的一体化摄像机、电刷、高性能电机）几乎全部依赖进口。一体化智能球形摄像机作为监控系统的前端设备，成像是否清晰、聚焦是否准确迅速是个极其关键性指标，而这又取决于产品所选用的第一个关键部件“一体化摄像机”。目前全世界范围内球机生产厂家比较认可的一体化摄像机品牌是：日立（HITACHI）、索尼（SONY）、三洋（SANYO）。这些一级品牌的一体化摄像机，以色彩正、聚焦灵敏、质量稳定、使用寿命长（100万次以上）而著称，显示分辨率在470线左右，是球机市场大多数知名品牌厂家的首选。

次一级的一体化摄像机品牌以韩国为主：三星（SAMSUNG）、喜恩碧、LG等。相对于一级品牌的一体化摄像机而言，这些摄像机基本存在一定的色偏（或者偏红，或者偏蓝），聚焦速度也要比前者慢上20～50%左右，但质量稳定，显示分辨率也是470线左右，是韩国球机厂家的主要选择，也是国内一般球机厂家或仿冒国外品牌球机厂家的选择。对于厂商而言，发展一体化特殊型摄像机的本意是为了提供消费者一个使用方便、安装简单、功能齐全的产品。因此厂商将镜头内建于摄像机中，使客户免除另外购买镜头及装配的步骤。此外，一般传统摄像机造型呆板，以小型或特殊设计的外观取代旧式机种，甚至以多种附加功能，例如∶防水、防弹或电脑遥控、电源自动侦测等，提高产品价格，皆是厂商推出一体化摄像机的目的。产品类型就目前产品外型来看，一体化摄像机可大致分为特殊型以及一般型。所谓特殊型，是强调产品具备特殊防护功能，以免除防护罩的使用为设计出发点，其产品外壳多为圆柱体，项目包括防水型、防暴（爆）型、防弹型摄像机等。以防水型为例，采用特殊材质如铝合金，增强外壳防水等级，强调不须外加防护罩。为了提升产品附加价值，进而发展自动对焦功能，或提供IR光源，在夜间也能提供清晰图像。一般型则是从原有的传统摄像机造型而来，同样具备四方外表，而镜头内建，体积较小。相较于特殊型或传统摄像机，目前一般型的一体化摄像机皆具备各式基本功能，如自动光圈、自动变焦、460电视线以上的清晰度、自动白平衡、背光补偿等等。镜头为发展关键一体化摄像机的技术关键部分在于镜头以及摄像机内部的线路设计。镜头决定其显像效果、光圈、对焦功能外，也是摄像机的最大成本。而线路设计则是影响摄像机各项功能运作的关键。镜头就镜头的形式来看，不论是机板型（BoardLens）或一般型镜头，可藉由手动调整光圈以及焦距的伸缩镜头（ZoomLens）发展已久，因此使用普及。而近年来，在镜头制造商技术进步的情况下，变焦镜头（Vari-focalLens）以其自动对焦的优点而受摄像机制造商喜爱。由于变焦镜头体积较小、可自动变焦，因此广泛应用于快速球型摄像机以及一体化摄像机中。而伸缩镜头因体积大、价格较变焦镜头高出许多，因此一体化摄像机制造商多采用变焦镜头，使用率逐渐增加。据了解，目前以3.5~8mm的镜头使用最为普及。对一体化摄像机而言，由于体积较小，因此多半采用机板型镜头（BoardLens）。相较于一般镜头，机板型镜头价格便宜、尺寸较小，但由于镜头与摄像机的空隙较小，因此安装制造较为困难。在镜头尺寸部分，过去以1/3”镜头使用最多，但1/4”镜头较小更适用于一体化摄像机，加上近年来IC厂商大量生产晶片，带动1/4”晶片的成本降低，使用量逐渐凌驾1/3”镜头。然而，1/3”镜头所摄取的图像效果最好，仍有不少一体化摄像机制造商使用，因此仍有相当大的发展空间。线路设计线路设计关系着如何依现有摄像机结构，搭配镜头的自动光圈线路，以做到最佳效果。一般而言，自动光圈有二种驱动方式，一是VideoDriver，另一种是DCDriver。VideoDriver镜头是将光圈马达的驱动电路板安装于镜头内，利用摄像机输出图像信号到驱动电路板，再由驱动电路板来改变光圈马达，使光圈变化，成本与施工都比较贵。DCDriver镜头是配合部分摄像机制造商，将原先安装于镜头中的驱动电路板转至摄像机中，因此镜头不需要驱动电路板，直接由摄像机输出DC电流来改变光圈马达，使光圈产生变化，由于接头固定，成本较低，施工也较为容易。目前一体化摄像机市场上两种都有使用。另外，线路设计也同时影响著摄像机的附加功能，例如快门速度调整可从1/60到1/100，000，自动白平衡、自动增益，或提供屏幕菜单功能，使用者可由OSD调整各项功能。此外，图像放大（Zoom）也是厂商的强调重点之一。简单来说，放大方式有数字放大以及光学放大两种，数字放大是以图像模拟的方式放大，容易有画面失真、模糊（马赛克）的情况出现，而光学式放大则不会有此问题。因此，对使用者而言，在考虑图像放大的倍数时，应以光学式放大倍数为准。发展瓶颈根据目前一体化摄像机发展情况来看，自动光圈镜头的控制、镜头与摄像机的搭配以及后续的扩充能力，仍是厂商的发展瓶颈。所谓后续的扩充能力，在于产品新功能开发、如何与其他周边整合以及小系统的建置，是厂商在设计开发的重点。目前主要镜头供应地为日本及韩国，其中以日本的制造量最大、销售量最高，然而日本镜头价格高，连带的提高一体化摄像机的制造成本。未来发展一体化摄像机是为符合客户安装便利的需求所开发出的产品，未来也将继续朝此目标迈进，例如∶如何让图像品质更真实，开发能与电脑结合的使用介面等。许多厂商表示，多工球型摄像机不但镜头内建，更能做到360度旋转监视、镜头、光圈、快门调整，以及定位点功能，当是“一体化摄像机”的发展极致。电刷一体化球形摄像机的第二个关键部件就是电刷。它是一体化球机在进行360度连续旋转的同时准确无误地传递视频信号、控制信号的保证。从稳定性和可靠性而言，以美国的品牌为最好，其电刷内部采用金质结构，能确保一千万次以上的寿命。而国内某些球机厂家自行研发的电刷，因为无法很好地解决散热问题（利用黄油来散热，一旦黄油耗损完毕，散热不匀将导致电刷损坏）以及耐磨损问题（受原材料成本和工艺限制，没有使用金质材料，易导致信号传递的可靠性没有保证），一般寿命只有几十万次，这和一千万次相比是完全不同数量级的概念。电机一体化球形摄像机的第三个关键部件是电机及其相应的机械结构和控制技术。这是驱动一体化球机云台进行水平和垂直运动的动力源泉，球机设计的难点也在此。目前业界流行使用的电机有2大系列：直流电机和步进电机。直流电机从控制的角度来说，直流电机在球机处于静止状态时，电机线圈中几乎没有任何工作电流。直流电机的这种特性，导致直流电机几乎没有什么热损耗，寿命相对较长，一般有10年以上的寿命；若要控制直流电机驱动云台转动，则既要计算球机从当前位置启动的加速度，也要考虑球机将要停在下一个位置的减速度，此外还考虑电机的输出力矩，以保证球机的平稳转动，对控制器的设计要求极高。目前世界上只有寥寥几家生产商掌握该技术，深圳市艾立克电子有限公司是其中之一。步进电机步进电机工作原理决定了它使用脉冲计数的方式进行驱动，属于离散控制系统。若要控制球机从当前位置旋转到下一位置，在匀速控制方式下，只需计算出两个位置之间的步数差即可。相对而言，控制比较简单。目前比较广泛使用的1.8度或0.9度机械步距角的电机，只要设计好步距角微分电路（比如16微分、32微分、64微分或128微分），就可进行精确角度控制。对于机械步距角相同的步进电机，微分步数越高，控制精度就越高，微分电路的设计难度也就越大。但是必须注意一点：由于步进电机采用微分脉冲技术控制旋转角度和速度，即使球机处于静止状态，为了保持电机的当前位置，电机中必须时刻保留一定的工作电流。因此，步进电机云台存在很大的热耗，电机的寿命自然受到影响。一般说来，步进电机球机寿命仅有3—5年左右。目前比较通用的散热方法是在球罩内增加风扇，以便在球罩内形成良好的空气循环散热系统。这种方式虽然在一定程度上有助于改善步进电机散热，但是一旦风扇出现故障，由于球罩采用密封结构设计，会出现因局部过热导致球机损坏。使用PELCO球机的用户可能对此深有体会。球机优势与不足相对与传统的摄像机、镜头、云台、防护罩、解码器组合，球机安装结构简单，所需连接的线缆数量少，几乎不需要调试的特点降低了安装难度，减少故障发生率；其外观精美，体积小巧便于隐蔽监视，并且不影响现场美观程度；快速旋转能力更能准确快速追踪目标；造价相对低廉等。球机也同样存在一定的不足之处。由于整机体积小，摄像机、镜头体积也相应变小，摄像机以1/4英寸CCD居多，其清晰度和光通量不及1/2和1/3英寸CCD的摄像机；镜头虽然变焦倍数较大，常见的有18倍、22倍，但起始焦距较小，一般为4mm，因此最大焦距不超过100mm，因此在需要监视大范围、远距离的目标时力有未逮；球机的防护罩外型为半球或球型，不能加装雨刷器，长时间使用后会因为积垢影响图像质量；球型罩对加工材料，光洁度、平整度、曲率、均匀度等加工工艺要求很高，劣质球罩会产生重影、透光率下降、反光、弧形失真等现象，影响监视效果。球机未来发展趋势在整个监控行业往数字化、智能化、网络化发展的大趋势下，一体化智能快球也不例外，就目前球机业界的情况来看，有以下几个趋势：支持网络传输和网络控制的网络快球（IP快球）直接支持双绞线传输或光纤传输，更适合未来智能建筑和ITS智能交通的应用在功能上更加智能化和人性化，如增加面部图像识别和自动跟踪，可应用于在公众场合监控和追捕逃犯；如增加语音自动定位，可应用于视频会议系统在外观设计上，随着集成度的提高，小型化和多样化外观造型设计，使得球机安装会更方便，和使用环境配合得也会更具隐蔽性。IPC摄像机IPC定义网络摄像机，也叫IP摄像机，即IPCamera，简称IPC,近几年得益于网络宽带、芯片技术、算法技术、存储技术的进步而得到大力发展。IPC的特点主要体现在“IP”上，即支持网络协议的摄像机，IPC可以看成是“模拟摄像机+视频编码器”的结合体，从图像质量指标讲，又可实现高于“模拟摄像机+视频编码器”能达到的效果。IPC是新一代网络视频监控系统中的核心硬件设备，通常采用嵌入式架构，继承了视屏音频采集、信号处理、编码压缩、智能分析、缓冲存储及网络传输等多种功能，再结合录像系统及管理平台，就可以构建成大规模、分布式的智能网络视频监控系统。从实现的功能来讲，IPC相当于“模拟摄像机+视频编码器（DVS）”构成的联合体，但从设备构成角度讲，IPC与“模拟摄像机+DVS”的联合体是有本质区别的，IPC从视频采集、编码压缩到网络传输，所有环节都可以实现全数字化，而“模拟摄像机+DVS”联合体需要经过多次模/数转换过程，即IPC才是真正的纯数字化设备，这是二者的本质区别，也因此导致“模拟摄像机+DVS”的联合体的图像技术指标无法与IPC相比。IPC本身可以看作是镜头、摄像机、视频采集卡、计算机、操作系统、软件、网卡等多元素的集合体。IPC是真正的即插即用设备，可以部署在局域网，也可以部署在互联网环境中，允许用户通过浏览器在网络任何位置对摄像机的视频进行显示及控制，这种相对于独立的工作模式使得IPC既适合大规模视频监控系统应用，也可以独立分散地应用在如商店/学校/家庭等分布式、需要远程视频监控的环境中。IPC应用示意IPC主要功能IPC的主要功能如下：视频编码：采集并编码压缩视频信号。音频功能：采集并编码压缩音频信号。网络功能：编码压缩的视音频信号通过网络进行传输。云台、镜头控制功能：通过网络控制云台、镜头的各种动作。缓存功能：可以把压缩的视音频数据临时存储在本地的存储介质中。报警输入输出：能接受、处理报警输入/输出信号，即具备报警联动功能。移动检测报警：检测场景内的移动并产生报警。视频分析：自动对视频场景进行分析，比对预设原则并触发报警。视觉参数调节：饱和度、对比度、色度、亮度等视觉参数的调整。编码参数调节：帧率、分辨率、码流等编码参数可以调整。系统集成：可以视频管理平台集成，实现大规模系统监控。IPC分类与模拟摄像机一样，IPC的分类方法有多种，可以按照外形分类、按照清晰度分类、按照室内及室外应用进行分类。通常的分类方法是按照固定摄像机、PTZ摄像机、半球摄像机、一体球摄像机等直观外形特征进行分类。IPC实物如图示意固定半球IPC此类摄像机一般采用固定焦距或手动变焦镜头，内置于半球护罩内，外观漂亮便于安装，通常需要天花板支撑安装。缺点是镜头基本固定，由于空间有限难于更换其他焦距的镜头，摄像机视场FOV（FieldOfView）固定，难于调整。固定枪式IPC此类摄像机具有固定或手动可变焦距镜头，一般用于监视固定场所，配合安装支架，实现中焦、远景或广角场景的监视功能，配合相应的防护罩可以应用于室外环境，摄像机视场FOV(FieldOfView)可以手动进行调整。PTZ及一体球IPC此类摄像机为可变焦距、可变角度摄像机，通过远程操作实现焦距及角度的控制，因此拥有大范围如室内大堂、室外广场、停车场等场景的监视功能。与模拟PTZ摄像机区别在于此类IPC不需要单独布置控制线缆便可以实现对PTZ的控制，因为下行的PTZ控制信号通过网络进行传输。与传统模拟PTZ及一体球型摄像机类似，此类IPC通常具有预置位、隐私遮挡、自动跟踪等多种功能，属于高端应用类摄像机。百万像素摄像机百万像素摄像机是一种特殊的IPC，顾名思义，百万像素摄像机指成像像素达到100万的IPC，这是模拟摄像机最高可达到的分辨率的两倍以上，从而可以显示场景中更细微的内容以便于增强目标识别能力，也可以覆盖更大范围的场景以节省摄像机安装数量。百万像素摄像机通常胚子百万像素图像传感器，其高像素级为网络带宽和存储带来更高的要求。IPC优势信号处理过程在模拟摄像机中，CCD传感器所产生的模拟信号首先经过模/数（A/D）转换器转换为数字信号，然后由摄像机内置的DSP芯片进行信号处理，如增益、降噪、背光补偿等处理。经过DSP处理后的数字信号又经过数/模（D/A）转换重新转化为模拟信号，用于在同轴电缆上进行传输，然后传输至DVR或DVS后再次进行模/数(A/D)转换来完成编码压缩工作，这样多次的模/数、数/模转换过程大大牺牲了图像质量。而在IPC中，传感器（CCD/CMOS）完成光/电转换过程后，仅仅需要进行一次模/数转换，然后即进行编码压缩，打包上传，显然模/数转换次数少，图像质量损失较少。因此IPC比模拟摄像机信号转换环节少，可以尽可能少地降低图像质量损失。另外，IPC通常采用逐行扫描传感器，相对于模拟摄像机的隔行扫描方式，图像质量更好。IP摄像机与模拟摄像机的比较如图所示。模拟摄像机信号处理过程IP摄像机信号处理过程扫描方式对于模拟摄像机系统，受技术本身的限制，通常由两场交替的隔行扫描信号构成的一帧图像，而两场扫描信号之间会有短暂的时间间隔，因此，对于沿着水平方向快速运动的物体，会产生木梳状失真。而IP摄像机采用逐行扫描技术，对一帧画面进行一次性逐行扫描，因此对于快速移动物体仍然可以高质量成像。图像分辨率受制于PAL/NTSC技术本身的限制，模拟摄像机的最高分辨率为D1（即PAL制下720x576或NTSC制下720x480像素），也就是说，模拟摄像机最高像素仅仅为40万像素的水平。对于一些大范围场景监视或者需要显示细部特征的场合，40万像素的分辨率已经无法满足要求。而IPC不受该影响，可以实现百万像素甚至更高的分辨率，可以覆盖更大范围视野、显示更多画面细部特征。双向音频支持传统的模拟摄像机是不具备音频功能的，如果需要音频功能，则需要单独安装及部署音频设施，在施工及布线上成本比较高，并且难与监控系统良好地集成。而IPC技术本身决定了其集成音频功能非常容易实现。通常，IPC可以集成双向音频功能，部署在前端的IPC具有音频输入输出端口，可以直接连接拾音器及扬声器，甚至可以与远程终端的操作人员进行双向对讲，并且双向音频可以与视频进行同步存储，日后可以进行同步回放。音频输入功能主要用来对目标区域进行监听，音频输出功能可以对目标区域发送语音命令或广播，例如有旅客过分靠近站台，或有人在ATM机附近闲逛，值班人员可以通过对目标点发送广播从而实现警告作用，因此，双向音频使IPC更加“生动”，变得“耳聪目明”。

模拟摄像机与IPC的对照模拟摄像机与IP摄像机参数对照表IP摄像机 模拟摄像机核心技术感光器件、编码算法、压缩芯片、视频分析算法光学镜头及成像器件图像质量可实现数百万像素最多接近于40万像素感光性目前照度不能做的太低可以达到星光级存储介质硬盘为主要存储介质磁带录像机或硬盘录像机接线方式网络线电源线、视频线、控制线成本因素综合成本不高单机成本不高应用场合具有网络接入的各种场合多种类型适应各种应用场合单击功能性目前不是很丰富，部分技术指标有待加强产品种类丰富、功能强大、技术成熟应用情况目前应用率较低，但增势强目前应用率高，但增速放缓IPC组成及工作原理从外在情况看，IPC在一块电路板上集成了视频采集、图像处理、视音频编码压缩、网络传输、控制、报警等各种功能模块，实现视频的编码压缩与上传；从内在情况看，IPC的软件部分主包括嵌入式操作系统、外围设备驱动、网络协议、编码压缩算法程序等。IPC硬件构成IPC的硬件构成一般包括镜头、图像传感器、声音传感器、信号处理器、模/数转换器、编码芯片、主控芯片、网络及控制接口等部分组成。光线通过镜头进入传感器，然后转换成数字信号由内置的信号处理器进行预处理，处理后的数字信号由编码压缩芯片进行编码压缩，最后通过网络接口发送到网络上进行传输。IPC的硬件构成如图所示。IPC的硬件构成从图可以看出，在独立芯片+CPU（主控芯片系统）的架构中，编码压缩工作与系统主控工作分别在两个独立芯片上完成：而在SOC的架构中，系统的SOC除了要做视频的编码压缩工作外，还需要处理系统数据及网络传输。镜头镜头作为IPC的前端部件，有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等多种。图像传感器目前图像传感器有两种，一种是在模拟监控设备中所广泛使用的CCD（电荷耦合）元件；另外一种是后来发展起来的CMOS（互补金属氧化物导体）器件。CCD和COMS在制造上的主要区别在于，CCD是集成在硅晶半导体的材料上，而CMOS是集成在被称作“金属氧化物”的半导体材料上。从制作工艺上区分，CCD较为复杂，全球只有少数几个场上掌握这种技术。目前，CCD在灵敏度及信噪处理等方面表现优于CMOS，而CMOS则具有低沉本、低功耗，以及高整合度的特点。随着CCD与CMOS传感器技术的不断发展，它们之间的差异正在逐渐减小，新一代的CCD传感器一直在功耗上做改进，而CMOS传感器则在改善信噪处理及灵敏度等方面的不足。

CMOS与CCD参数的对照CMOSCCD术语互补性金属氧化物半导体点和耦合器件输出一般内置A/D，图像输出已经数字化输出为模拟信号灵敏度感光开口小，灵敏度低等同面积下，灵敏度高成本工艺简单，成本低成本高功耗直接放大，功耗低需外加电压，功耗高图像质量色彩还原能力偏弱、曝光差色彩还原好、曝光好信噪比信噪比低信噪比高模数转换器模/数转换器的作用是将图像和声音等模拟信号转换成数字信号提供给编码芯片进行编码压缩。基于CMOS的图像传感器一般内置A/D模块，可以直接输出数字信号，因此无需额外的模/数转换器，即可以将光信号直接转换成符合ITU656标准的数字视频信号；而基于CCD模式的图像传感器模块需独立的A/D转换装置。编码压缩部分编码压缩部分的作用是对经过模/数转换后的数字信号，按一定的标准如MPEG-4或H.264进行编码压缩。编码压缩的目的是减少视频信息的冗余，利用更低的码流实现视频的网络传输及存储。目前，图像编码压缩方式有两种架构：一种是硬件编码压缩，即把编码压缩算法固化在芯片上；另一种是软件编码压缩，即软件运行在DSP（或其他处理器）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。编码压缩部分由编码芯片及相关的RAM构成，编码芯片需要RAM来存储编码压缩的原始数据及中间处理数据，通常需要空间比较大，如通常需要16MB或32MB的SDRAM。主控部分主控部分是整个IPC的核心控制单元，负责整个系统的调度工作，主控部分可以直接向编码压缩芯片发送命令，读取经过编码压缩的音视频数据并发送给网络模块进行传输。如果是硬件编码压缩，主控制器一般是一个独立部件：如果是软件编码压缩，主控制器可能就是运行编码压缩算法的DSP，即主控与编码功能合二为一，当然也可以采用单独的芯片。主控部分主要包括主控芯片（CPU）、程序存储器Flash及缓存SDRAM等，Flash中固化OS内核、文件系统、应用软件和系统配置文件：SDRAM是系统内存，SDRAM用来存储系统及应用程序，由于系统及程序经过专门优化和裁剪，通常文件不大，一般可以采用4M的SDRAM作为系统内存。网络模块网络模块提供IPC的网络功能，接收主控芯片的控制命令，将编码压缩后的视频发送到网络上去，或从网络接收控制命令，转发给控制模块实现PTZ控制。从主控芯片传送过来的数据通过网络模块转换成以太网物理层能够接收的数据，通过标准RJ-45网络接口传输到网络上去。通常IPC采用RTP/RTCP、UPD、HTTP、TCP/IP等网络协议，允许用户远程对IPC进行访问、参数修改、实时视频浏览及控制PTZ动作。控制模块IPC通常配置外围接口，如用于报警信号输入输出的I/O接口。控制模块的主要功能是把主控芯片传送过来的并行信号转换为串行信号，实现对外设的控制。I/O模块用来实现信号的输入输出转换，即通常说的报警联动功能。IPC软件构成IPC的软件构成一般包括操作系统、应用软件、编码算法、底层驱动等几部分，IPC的稳定性非常重要，通常采用嵌入式Linux操作系统，其具有低成本、开放源码、高安全性及移植性好等优点，是目前IPC的主流OS。在视频编码算法上，MPEG-4是目前的主流，但是H.264是未来的方向，H.264相对应MPEG-4算法能够节约一半左右的码流，但是其算法复杂度也大大提高，因此需要更强的芯片处理能力支持。通常，出于可靠性及灵活性考虑，IPC的软件采用分层的架构。设备驱动程序通常，IPC外设驱动程序包括802.3以太网MAC控制器、通用I/O、I2S、AC97、SD/MMC卡、LCD显示控制器、视频捕获设备、硬盘控制器以及高速USB控制器等驱动程序。Linux操作系统通常，Linux操作系统被应用作为IPC的软件核心，主要负责程序的管理与调度、内存的管理及对外设的驱动和管理等。Linux操作系统具有源代码完全免费开放、内核可裁剪、软件易于移植及驱动丰富等优点。Linux系统作为IPC的OS时，需要解决的问题主要包括硬件支持、提供二次开发的环境以及裁剪内核等，裁剪内核的目的是在满足操作系统基本功能和用户需要的前提下，使内核尽可能小，以适应芯片级运行环境。编码程序在多媒体处理方面，IPC一般支持MJPEG、MPEG-4、H.264、MP3、WMA、AAC、G.711、G.723、G.729等音视频格式。FFMpeg是一个开源免费的项目，它提供了录制、转换以及流化音视频的完整解决方案，它包含了非常先进的音视频编解码库。传输协议通常，IPC在网络协议方面，支持TCP/IP、UDP、SMTP（邮件传输协议）、HTTP、FTP（文件传输协议）、Telnet、DHCP、NTP、DNS、DDNS（动态域名解析）、PPPOE和UPnP等。音视频数据的传输则采取实时传输协议（RTP）和实时传输控制协议（RTCP）配合使用，以实现实时音视频码流的实时传输控制，并且提供QoS服务提升传输质量。在网络管理方面，还有一些高级网络管理协议有所应用，如ICMP、SNMP、IGMP、ARP等协议。应用软件IPC的应用软件位于整个软件层次的最高层，包括系统初始化、磁盘管理、文件系统管理、网络服务、邮件服务、报警服务与管理、用户连接、Web服务等各种应用功能。IPC工作原理IPC启动过程IPC启动时，主控模块将Linux内核转入系统内存SDRAM中，系统从SDRAM启动。系统启动后，主控模块通过串行接口/主机接口等控制编码模块、网络模块及串行接口，实现视频的编码压缩、网络传输及辅助控制。IPC加电后软件启动的过程包括装卸启动代码、设备驱动程序、网络协议处理等。IPC工作流程图像信号经过镜头输入及声音信号经过麦克风输入后，由图像传感器及声音传感器转化为电信号，模/数转换器将模拟信号转换为数字信号，再经过编码器件按一定的编码标准进行编码压缩，在控制器的控制下，由网络服务模块按一定的网络协议发送到网络上，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。IPC数据网络传输在网络视频监控系统应用中，主要有两种数据需要传输，一种是视音频流的传输，即“数据通道”，一种是控制信息的传输，即“信令通道”。其中视音频流的特点是数据信息量大，占用绝对的带宽资源，实时性要求高，但是少量的信息丢包是可以接受的；而控制信息的特点是信息量比较少，但是传输要求绝对高质量、高可靠，不允许丢包。网络传输协议介绍UDP协议UDP(UserDatagramProtocol)即数据包协议，是最基本的网络数据传输协议，利用IP协议提供网络无连接服务，常用来封装实时性强的网络音视频数据，即使网络传输过程中发生丢包现象，在客户端也不会影响音视频浏览。TCP协议、TCP(TransmissionControlProtocol)即传输控制协议，利用IP协议提供面向连接网络服务，为在不可靠的互联网络上提供一个可靠的端到端传输而设计。TCP协议往往需要在服务端和客户端经过多次“握手”才能建立起连接，因此利用TCP传输实时性较强的音视频流时开销较大，如果网络不稳定，音视频抖动的现象明显。常利用其可靠性来传输网络摄像机的控制命令，如PTZ控制，I/O设备控制命令。HTTP协议HTTP（HyperTextTransferProtocol）即超文本传输协议，主要为网站上运行的文件（文本、图形、声音、视频和其他多媒体文件）设定规则，HTTP协议在TCP/IP协议组的上端运行。网络摄像机通过HTTP协议提供Web访问功能，很方便地将音视频数据经过复杂网络传输，但实时音视频支持不是很理想。RTP协议RTP（Real-timeTransportProtocol）即实时传输协议，是针对多媒体数据流的一种传输协议，RTP被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP协议的时间戳机制，不仅减少了抖动的影响，而且也允许多个数据流相互之间的同步。RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以在TCP协议之上工作。当应用程序开始一个RTP会话时将使用两个端口：一个给RTP，一个给RTCP。RTP本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制。它依靠RTCP提供这些服务。通常RTP算法并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分。RTCP协议RTCP（RealtimeTransportControlProtocol）即实时传输控制协议，它是RTP的姊妹协议，RTCP和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。RTCP不传输任何数据，他的主要功能是用来向源端提供有关延迟、抖动、带宽、拥塞等网络特性的反馈信息，发送端可以利用这些信息进行速率调整。比如当网络状况较好时，可以提高数据速率，而当网络状况不好时，它可以减少数据速率。通过连续的反馈信息，发送端可以持续地做相应的调整，从而在当前条件下尽可能地提供最佳的质量。RTSP协议RTSP（RealTimeStreamingProtocol）即实时流协议，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据，RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。RTSP协议利用推式服务器方法，让音视频浏览端发出一个请求，网络摄像机向浏览端推送封装成RTP分组的音视频编码数据。HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTSP传送的是多媒体数据。HTTP请求由客户机发出，服务器做出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即可以是双向的。RSVPRSVP（ResourceReservationProtocol）即资源预定协议，是IETF提出的协议。RSVP是为Internet开发的，通过在路由器上预留一定的带宽，能在一定程度上为流媒体的传输提高服务质量。由于音频和视屏数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视屏信息，除带宽要求之外，还需其他条件。视音频流传输视音频流传输过程中，视音频流首先以RTP协议进行封装，再用UDP协议对RTP数据包进行封装，最后由IP网络层封装为IP数据包，发送到网络上进行传输。RTP本身不提供可靠的传送机制以及流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。基于RTCP的反馈机制，发送端可以评估网络状态和接收端情况，及时利用这些信息动态改变传输速率甚至有效载荷（Payload）类型，以尽可能地解决网络实时数据传输中出现的不可预测的延迟、抖动等问题。基于发送端的码率控制主要有改变编码量化参数、丢帧和帧率控制3种方法。控制信号传输控制信号的传输要求高可靠性，如前所述，TCP/IP协议是有多次的“握手确认”过程的“面向连接”的协议，因此可以采用TCP/IP协议传输控制信号，即所谓“信令通道”。控制信号包括狭义的PTZ控制信息及其他类型的信令，如对前端设备的参数修改（帧率、码流、色彩参数等）以及视频录像的回放等，都可以采用TCP/IP协议实现。在PTZ控制过程中，上层客户端软件进行相应操作，发送控制信息，底层软件做数据的转发，经过网络，最后由IPC的内置解码部件接收PTZ控制指令，解码并完成相应的动作。IPC核心技术谈及IPC的核心技术，还是需要从其软硬件构成谈起。在硬件上，IPC主要是由光学器件、感光成像器件、IC芯片、电路板等构成；从软件上看，主要是包括视频编码压缩算法、视频分析算法及应用软件程序。不同的公司采用不同的成像器件、芯片、开发不同的压缩算法，最终生产的IPC设备在性能表现上会有很大的差别。光学成像技术光学成像系统无论是在模拟摄像机还是在IPC系统中都是一个重要的环节，视频图像的质量与光学成像系统密切相关。通常光学成像技术包括镜头技术及感光器件技术，一直以来，镜头技术以德国及日本的技术比较领先。感光器件目前有CCD及CMOS两种，CCD感光器件目前占据对的市场份额。CCD的主要优点是高解析、低噪音、高敏感、可大批量稳定生产等，日本公司的CCD技术占全球主导地位。CMOS急速自从20世纪80年代发明以来，初期主要用于低端、低品质市场，但随着CMOS技术的逐步成熟和完善，在高分辨率摄像头中，CMOS开始迅猛发展起来，CMOS技术目前是欧美公司的天下。这两种传感器各有长短，甚至好多公司的IPC产品线分别以CCD和CMOS传感器架构支撑，两条腿并行。视频编码算法视频编码算法不仅仅是DVS、DVR的核心技术，对于IPC一样是核心技术。无论何种编码方式，其关键是“在有限的码流下实现高质量的图像，并具有良好地网络适应性”。视频编码算法从早期的MJPEG，MPEG-4，发展到目前的H.264。H.264因为具有良好地图形质量、编码效率及网络适应能力，是目前及未来一段时间编码算法的主流。早期的IPC主要采用MJPEG算法，MJPEG编码方式比较简单，对芯片的处理能力要求不高。采用帧内压缩方式，帧内间没有关系；图像质量好，适合于影像编辑。但是由于不采用帧间预测技术，使得码流过高从而网络负荷较重，存储空间需求也比较大。由于MJPEG编码方式下对每帧图像独立压缩编码，因此，在部分地区可用来做法律证据。MPEG-4编码方式在IPC应用中比较多，可以实现较低码流下良好地图像质量，但是其编解码复杂性相对于MJPEG而言较高，对芯片的处理能力要求较高。另外网络延迟，图像抖动等问题仍需要加强改善。H.264是目前最高效的编码技术，同等图像质量