安防網(wǎng)訊 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是傳統(tǒng)攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)相結(jié)合的新一代產(chǎn)品除了具備一般傳統(tǒng)攝像機(jī)所有的圖像捕捉功能外機(jī)內(nèi)還內(nèi)置了數(shù)字化壓縮控制器和基于WEB的操作系統(tǒng)使得視頻數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮加密后通過(guò)局域網(wǎng)Internet或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)送至終端用戶

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用使得圖像監(jiān)控技術(shù)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍第一網(wǎng)絡(luò)的綜合布線代替了傳統(tǒng)的視頻模擬布線實(shí)現(xiàn)了真正的四線音頻視頻數(shù)據(jù)電源合一網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)即插即用工程實(shí)施簡(jiǎn)便系統(tǒng)擴(kuò)充方便第二跨區(qū)域遠(yuǎn)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(méi)有距離限制而且圖像清晰穩(wěn)定可靠第三圖像的存儲(chǔ)檢索十分安全方便可異地存儲(chǔ)多機(jī)備份存儲(chǔ)以及快速非線性查找等

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的技術(shù)結(jié)構(gòu)

大家可以看到網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以直接接入到TCP/IP的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)中因此這種系統(tǒng)主要的功能就是在聯(lián)網(wǎng)上面通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者內(nèi)部局域網(wǎng)進(jìn)行視頻和音頻的傳輸從內(nèi)部構(gòu)成上說(shuō)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一般都是由圖像傳感器視頻編碼器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器外部報(bào)警控制接口等部分組成

相比較傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)最核心的技術(shù)就是視頻編碼器現(xiàn)在就網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的各部分我們做一個(gè)技術(shù)分析然后再重點(diǎn)分析一下核心的視頻編碼器部分

圖像傳感器傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)就是通過(guò)圖像傳感器采集視頻信息然后直接輸出是模擬的視頻信號(hào)通過(guò)視頻線對(duì)外輸出現(xiàn)在攝像機(jī)的圖像傳感器主要有2種即CMOS和CCD.由于CCD在圖像質(zhì)量方面比CMOS有一定的優(yōu)勢(shì)但CMOS近年技術(shù)發(fā)展性價(jià)比較高在監(jiān)控市場(chǎng)占有率逐年提高因此現(xiàn)在監(jiān)控工程中使用的圖像傳感器主流是CMOS而CCD的主流廠商大部分是日本企業(yè)比如SonySharp等幾乎占了全球CCD市場(chǎng)的90%以上份額

視頻編碼器其功能是把CCD的視頻信號(hào)按照一定的格式進(jìn)行數(shù)字化編碼有些是直接抓取CCD輸出的BT.656的信號(hào)有些是采集CCD驅(qū)動(dòng)輸出的模擬信號(hào)通過(guò)一個(gè)視頻AD進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)很多現(xiàn)在主要的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)有MJPEGMPEG4H.264和H.265

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器其功能是把壓縮好的視頻信號(hào)通過(guò)TCP/IP的協(xié)議輸出并且基本上要支持現(xiàn)階段主流的通信格式比如支持PPPOEDNSUDPTCP等等

外部報(bào)警和控制接口都是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的輔助功能主要是通過(guò)串口或者IO口來(lái)實(shí)現(xiàn)串口的方式包括RS232和RS485等等

圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有M-JPEGMPEG4H.263H.264等下面我們對(duì)這些技術(shù)再做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹

M-JPEG技術(shù)即運(yùn)動(dòng)靜止圖像壓縮技術(shù)它把運(yùn)動(dòng)的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來(lái)處理這種壓縮技術(shù)方式單獨(dú)完整地壓縮每一幀在編輯過(guò)程中可隨機(jī)存儲(chǔ)每一幀可進(jìn)行精確到幀地編輯但M-JPEG只對(duì)幀內(nèi)地空間冗余進(jìn)行壓縮不對(duì)幀間的時(shí)間冗余進(jìn)行壓縮因此壓縮效率不高

MPEG4

MPEG標(biāo)準(zhǔn)就是指由ISO的活動(dòng)圖像專家組制定的一系列關(guān)于音視頻信號(hào)以及多媒體信號(hào)的壓縮與解壓縮技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4的著眼點(diǎn)在于解決低帶寬上音視頻的傳輸問(wèn)題在164KHZ的帶寬上MPEG-4平均可傳5-7幀/秒采用MPEG-4壓縮技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)型產(chǎn)品可使用帶寬較低的網(wǎng)絡(luò)如PSTNISDNADSL等大大節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用另外MPEG-4的最高分辨率可達(dá)720×576接近DVD畫(huà)面效果基于圖像壓縮的模式?jīng)Q定了它對(duì)運(yùn)動(dòng)物體可以保證有良好的清晰度MPEG-4所有的這些優(yōu)點(diǎn)使它成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)的重要趨勢(shì)之一

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(guò)不斷地完善和多次的升級(jí)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(zhì)量的視頻流而日益受到歡迎

H.263是基于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腄PCM的混合編碼在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腄PCM混合編碼在運(yùn)動(dòng)搜索的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償然后運(yùn)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(chǔ)上將運(yùn)動(dòng)矢量的搜索增加為半象素點(diǎn)搜索同時(shí)又增加了無(wú)限制運(yùn)動(dòng)矢量基于語(yǔ)法的算術(shù)編碼高級(jí)預(yù)測(cè)技術(shù)和PB幀編碼等四個(gè)高級(jí)選項(xiàng)從而達(dá)到了進(jìn)一步降低碼速率和提高編碼質(zhì)量的目的

H.264

H.264是ITU-T的VCEG視頻編碼專家組和ISO/IEC的MPEG活動(dòng)圖像編碼專家組的聯(lián)合視頻組JVTjointvideo

team開(kāi)發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(shí)現(xiàn)的視頻格式在性能方面提高33%左右

H.265

H.265是ITU-TVCEG繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264保留原來(lái)的某些技術(shù)同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流編碼質(zhì)量延時(shí)和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置具體的研究?jī)?nèi)容包括提高壓縮效率提高魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力減少實(shí)時(shí)的時(shí)延減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入時(shí)延降低復(fù)雜度等H264由于算法優(yōu)化可以低于1Mbps的速度實(shí)現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送H265則可以實(shí)現(xiàn)利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P分辨率1280*720普通高清音視頻傳送

主流的核心解決方案

剛才我們介紹傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)主要的區(qū)別就是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)把傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為一定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)并通過(guò)TCP/IP的協(xié)議進(jìn)行傳輸同時(shí)帶有一定的外部報(bào)警和控制接口的輔助功能現(xiàn)在核心的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)解決方案都是采用一個(gè)芯片來(lái)完成視頻壓縮和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的核心功能現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的主要解決方案有DSP和ASIC兩大陣營(yíng)DSP方面主要有TIADITrimediaAmbarella等而ASIC解決方案中近期比較成功的有映佳和海思的方案下面我們就這些核心方案進(jìn)行一個(gè)分析

TITexasInstruments

是美國(guó)德州儀器的簡(jiǎn)稱總部位于美國(guó)德克薩斯州的達(dá)拉斯是全球知名的半導(dǎo)體企業(yè)主要從事模擬電路和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的研究其具有代表性的DaVinci-DM3xARM9視頻處理器解決方案在安防行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用1951年更名為德州儀器并開(kāi)始進(jìn)入半導(dǎo)體市場(chǎng)至今在多個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域占有重要份額當(dāng)安防領(lǐng)域的視頻監(jiān)控從模擬階段發(fā)展到數(shù)字壓縮處理階段后TI在安防視頻壓縮領(lǐng)域逐漸暫居主導(dǎo)地位在IPC領(lǐng)域有代表性的解決方案是DM355DM365DM368以及最新推出的DM369DM388

海思Hisilicon

海思半導(dǎo)體有限公司成立于2004年10月前身是創(chuàng)建于1991年的華為集成電路設(shè)計(jì)中心海思公司總部位于深圳在北京上海美國(guó)硅谷和瑞典設(shè)有設(shè)計(jì)分部海思的產(chǎn)品覆蓋無(wú)線網(wǎng)絡(luò)固定網(wǎng)絡(luò)數(shù)字媒體等領(lǐng)域的芯片及解決方案成功應(yīng)用在全球100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在數(shù)字媒體領(lǐng)域已推出網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控芯片及解決方案可視電話芯片及解決方案DVB芯片及解決方案和IPTV芯片及解決方案在2009-2012年DVR芯片可謂風(fēng)生水起在IPC領(lǐng)域有代表性的解決方案是Hi3516Hi3516CHi3517Hi3518AHi3518CHi3518E

安霸Ambarella

于2004年組建總部位于加州的圣克拉拉市公司中文名稱為安霸安霸是高清視頻業(yè)界的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者主要提供低功耗高清視頻壓縮與圖像處理的解決方案在電視廣播市場(chǎng)安霸技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用來(lái)自世界各地的電視節(jié)目都經(jīng)安霸芯片壓縮后傳送在業(yè)界率先推出了基于最新H.265視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的高集成SoC芯片集成了各種關(guān)鍵系統(tǒng)功能提供高性價(jià)比的高清整體解決方案在H.264高清專業(yè)廣播編碼設(shè)備市場(chǎng)擁有近90%的市場(chǎng)在IPC領(lǐng)域代表性的解決方案是A2A5A5SA7A9

美國(guó)模擬器件公司ADI

ADI公司在DSP芯片市場(chǎng)上也占有一定的份額先后推出具有自己特點(diǎn)的DSP芯片其Blackfin系列的DSP具有功耗小運(yùn)算能力強(qiáng)的特點(diǎn)其中的BF531具有非常好的性價(jià)比批量?jī)r(jià)格只有5美元比較合適在低端的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的方案中采用不過(guò)現(xiàn)在BF531只能處理到CIF的MPEG4編碼在很多對(duì)于圖像清晰度要求高的場(chǎng)合無(wú)法滿足另外ADI還有一款BF561也是比較合適的產(chǎn)品這是一個(gè)雙核的DSP能夠處理到D1的分辨率

中國(guó)臺(tái)灣映佳Imagia

映佳最近在視頻監(jiān)控行業(yè)發(fā)展不錯(cuò)在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)市場(chǎng)上面已經(jīng)有一些攝像機(jī)廠商開(kāi)始采用映佳的產(chǎn)品映佳的解決方案是ASIC的方式采用的壓縮算法是標(biāo)準(zhǔn)的MPEG4單片芯片可以做到D1映佳的ASIC主要在推的是MPG440之前映佳還推出過(guò)MPG420核MPG430相比而言MPG440基本上比較成熟也得到了一些客戶的認(rèn)可同時(shí)映佳還提供比較完整的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的解決方案并且可以提供在應(yīng)用軟件上面強(qiáng)大支持

NXP恩智浦半導(dǎo)體

NXP芯片屬于工業(yè)級(jí)別在相對(duì)惡劣的環(huán)境使用具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)ROI功能碼流非常低最高可低至512K為用戶使用手機(jī)觀看高清流暢畫(huà)質(zhì)提供了可能業(yè)界高端的highprofile級(jí)別的H.264編碼方式高壓縮比高視頻質(zhì)量基于CPU的強(qiáng)大處理能力可以在前端植入智能分析算法可極大地緩解后端處理壓力同時(shí)強(qiáng)大的3D降噪能力不會(huì)有噪點(diǎn)在那里一閃一閃的感覺(jué)給人感覺(jué)看過(guò)去就是一幅畫(huà)那么平靜先進(jìn)的AWB控制色彩還原性能良好等等NXP芯片方案在市場(chǎng)具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力