技术揭秘：网络摄像机选购与原理
日期:2010-3-22 8:32:54 浏览:32

2010年安防监控成为了大家所议论的话题。随着网络技术的迅速发展，小区、企业、公路都展现出了监控摄像机的身影。而网络摄像机技术被逐渐到应用到我国安全防范领域。

　　传统的安防大多以视频监控为主，并大多局限于受限范围内监控。而目前视频监控已由传统的安防监控向专用和民用发展。同时互联网和宽带网络技术的发展迅猛，现有的宽带网络已能够满足用户视频监控多方面的需求，使得基于宽带网络的数字化、网络化远程视频监控业务形成巨大的发展潜力。

　　网络摄像机选择指南

　　据调查，目前有很多企业使用了网络监控系统进行即时监控。这种网络监控系统主要是通过网络摄像机和计算机来实现远程监控，其中，网络摄像机在网络监控系统中起着极其重要的作用。这种网络摄像机可以将采集到的图象传输到网络中，只要处于同一网络，用户可以在任意一台计算机通过网络摄像机所配带的软件进行实时监控和管理。

　　对于网络摄像机，它主要有下面几个特点。

　　网络摄像机可以脱离PC机，独立运行于网络中的特点。

　　网络摄像机具有可视面积大的特点。目前网络摄像机有两种拍摄视频方式，一种是静态拍摄法，这种方式主要是网络摄像机不能转动，只能拍摄一个区域，所以在监控中心所显示的画面范围并不大;而另外一种是动态拍摄法，这主要是网络摄像机具备摇镜功能和巡视功能，可以转动拍摄，得到更大范围的图象。

　　网络摄像机所拍摄的图象质量非常高。由于网络摄像机主要用于即时监控，对所拍摄到的图象一般都要进行存储，并在以后查验，所以要求的图象质量非常高。

　　网络摄像机一般都内置了网卡，并通过网卡接口连接到交换机上，在把信号传输到监控中心，这样就保证了网络摄像机的可扩展性(不包括无线网络摄像机)。

　　通过上面的认识，我们比较清楚网络摄像机的特征了。目前，很多企业都在选购网络摄像机，但对于哪种网络摄像机更好，却没有明确的概念。

其工作过程为：光传感模块采集视频，将其传送给MPEG编码模块进行编码;拾音器采集语音，将其传给音频编码模块进行编码;最后，音视频传输模块将编码后的音视频流通过IP网络传输到CMS中心。根据其基本结构，我们可以看到网络摄像机有4个技术关键点。

　　光传感模块

　　该模块设计的关键在于准确地配置光传感芯片，使其在各种光的环境下图像质量都好，另外要尽可能抑制电子噪声(因为MPEG编码算法对噪声编码效率很低，信噪比较低有噪声时，MPEG编码时码率会成倍的增加)。对该模块的设计，传统的模拟Camera厂家有一定的技术优势。

　　MPEG视频编码模块

　　一、编码格式是否符合标准

　　因为，标准就意味着能实现不同平台，不同厂家产品的互连互通;标准也意味构建大型系统(电信级别系统)时所带了的成本优势。关于标准格式的码流很容易判别，只需要使用微软的Media player或苹果的QuickTime，看看它们能否播放录制的视频流文件即可。

　　行业主流的编码算法有MPEG-4和H.264，理论上H.264的码率为MPEG-4的一半。但这不是说任何厂家的H.264算法都是好的。

　　对编码算法的误区认识：那就是仅关心是否采用了H.264，认为如果两个厂家的MPEG编码模块都实现了H.264，那么它们就会一样好。事实是，H.264标准包含一个很大的算法集合，其中包含了20多年来对视频编码的所有研究成果，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4都是它的子集。因此，要实现所有的算法计算量很大，目前还没有一个芯片能实现所有算法。而设计H.264编码芯片的过程实际上是要根据芯片的运算能力，在H.264算法集合中选择算法子集的一个过程。哪家芯片选择的算法子集好，其压缩出来的图像质量就越好。可惜，这对于芯片设计公司来说是技术秘密，客户不能获得这个信息。

　　那么怎样判别一个H.264芯片的好坏呢?我们可以使用图象领域里面的主观评价法来判别编码芯片和编码算法的好坏，如通过调低码率(比如几十kbps或一两百Kbps)，调整图像的运动量，察看图像有没有丢帧、有没有马赛克等现象，根据这些现象的程度来判断芯片的好坏。目前，我国安防公司的网络摄像机基本上都采用的是真正的H.264芯片，不仅保证了视频压缩质量，也极大地减小了传输码流。

　　二、音频编码模块

　　我们相信大多数人的直觉是音频编码是很简单的。实际的事实是，如果客户想要网络摄像机通过低带宽的网络(如CDMA、甚至未来的3G、IP公网)传送音频时，音频编码会变得比较关键。其根本的原因是当网络带宽较低时，数据在IP网络传输时会丢包。对于视频来讲，因为视频的前后帧之间的关联度很大(前后帧基本是相同的)，数据是可以丢帧的，丢掉一些帧后，并没有丢失太多有用的信息。但是，对于声音来讲就不行，前后部分的音频帧却没有任何预测关联特性的，如果一段声音丢弃了，这段声音就彻底没有了。

　　目前的网络摄像机大多数采用G711或G726音频压缩算法，它们的码率为64Kbps和28Kbps。大家想象一下，低带宽网络通常在100bps以下，这点带宽传输音频数据都很勉强。一个较好的算法是G723.1，其带宽仅为6.3Kbps。目前我国一些公司的网络摄像机音频采用的就是G723.1的压缩算法，极大的减小了网络带宽。

　　三、音视频流传输软件模块

　　大家知道，IP网的带宽是共享的，网络线路带宽有限、路由器的吞吐率也有限，因此当负载较大时，数据的传输会发生丢包现象。音视频流在网络上如果采用可靠的TCP进行传输，TCP发现丢包后会进行重发，这样进一步会加重网络的负载压力，负载压力加大后，丢包频率就会更频繁，进而又使重发量加大，形成恶性循环后，严重到甚至会使网络崩溃。

　　因此，音视频流在IP网络上要采用不可靠的UDP进行传输，而UDP是一个不可靠的传输协议，这意味着音视频流会被网络丢包。如果音视频流丢包严重，远程观看视频时，就会看到图像停顿、马赛克等现象。音视频传输软件模块的设计目标就是尽量减少丢包。其主要实现的的技术就是动态预测网络带宽，自适应地根据网络带宽控制MPEG编码模块的参数，决定如何来发送音视频包，以使丢包量减到最小。

　　这就对网络摄像机厂家的软件开发能力、算法研究能力带来了很大的挑战和考验。网络摄像机最终的图像质量如何，特别是较低带宽的网络下传输时图像质量如何，实际上要取决于厂家的软件研发的实力。

作者：妖界之箭

来源：IT168