数字摄像机（采用先进摄像、网络技术的设备）

应用介绍

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WIFI WLAN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。

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。

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。

图像传感器

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。

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。

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。

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。

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。

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。

报警接口

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。

编码标准

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.263

H.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.264

H.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，比根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33%左右。

M-JPEG

M-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。

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WEB SERVER，网络摄像机内部提供了一个WEB SERVER,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。

选择时误区

IP摄像机(摄像服务器、

要消除理解上的误区，必须认清IP摄像机的特点可以加快实际应用的普及。

问题说明

在选择数字化网络化多媒体监控产品的时候，由于主观和客观的因素产生了种种的疑虑，前几年很难得到广泛的推广和应用。步入二十一世纪，随着信息革命的发展和推动，随着宽带网络的普及，人们的意识发生了相应的转变，但仍存在许多理解上的误区，阻碍了监控向数字化、网络化发展的步代。

1，价格太贵

在选择监控产品时，一提到IP摄像机，人们就会以为IP摄像机要一两万元一台，与花几百到几千块钱就能买到的普通摄像机相比太贵。

首先，国外生产的IP摄像机确实需要一两万元一台，但是一批国内厂家（如网正等）生产的产品其价格已经减低到几千左右，这已经大大降低了产品价格。

其次，一台IP摄像机等于计算机+视频捕捉卡+CCD普通摄像机+网卡+操作系统+软件，即在监控端，只需要一台IP摄像机就可以将视频送上网络。因此拿普通摄像机和网络摄像机比价格是不合适的。

2，技术复杂

在选择监控产品的同时，一提到IP摄像机，人们还会以为网络太复杂，技术要求太高。其实这是一种怕的心理在作怪，网络正在走入家庭，几岁的小学生都把网络玩得转，网络对工程商和使用者来说几乎是透明的，或者说几乎不需要管他。

网络基本上都基于TCP/IP。虽然网络本身的协议多，网络设备（包括IP摄像机）本身技术复杂，但是由于统一的网络协议，各生产厂家的产品都做到了只要知道开机/关机，布防/撤防等基本操作就可以了，其它全部交由网络产品来完成，真正的全自动傻瓜型操作，根本就不需要干预太多。

3，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。

应用优势

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（整个安装过程就是架设摄像机和在PC机上安装系统管理软件），大幅减少线材；充分利用网络资源，走宽带网络图象传输非常廉价，增强了监控范围的灵活性，可直接实现远端监控，利用网络更新软件。这些是传统的闭路电视监控系统无法比拟的。

相对于当前的数字监控系统：对PC机的要求大为减少，一般普通配置即可；无需软件维护；无须机房，可以安装在过道和环境差的地点；可以避免了死机现象和重新启动时造成无法监控的缺陷。这些是基于PC的数字监控系统无法比拟的。

投资分析

基于IP摄像机的监控系统和传统监控系统成本比较需要考虑许多因素。主要因素有监控点数、监控副控数、监控范围、录像要求、报警要求等。

在比较基于IP摄像机的监控系统和传统监控系统成本时，还有一个重要的出发点就是：计不计算网络布线和电脑的成本？计算进入成本的理由很简单；不计算进入成本的理由是网络布线和电脑是已有投资，不做监控也需要。

如果不计算网络布线和电脑成本，即使在一个大楼内，当监控点数到达50个，监控副控到10个时，两种方案的投资相近（35万）。

总结：

基于IP摄像机的监控系统具有如下优点：

先进性

此系统利用现有的综合布线网络传输图象，并进行实时监控。系统所需的前端设备少，连线简洁；后端仅需一套软件系统即可。

可靠性

此系统的主要设备网络摄像机采用了嵌入式实时操作系统，所需设备简单，而图象的传输是通过综合布线网络实现的，系统的可靠性是相当高的。

性能价格比

此系统所需设备极其简单，系统的控制全由后端的软件系统实现，省去了传统模拟监控系统中的大量设备，如昂贵的矩阵、画面分割器、切换器、视频转网络的主机等。由于图象的传输通过综合布线网络，省去了大量的视频同轴电缆，降低了费用。

安全性

系统设置了不同等级的使用者权限，仅有最高级权限的用户才可对整个系统进行设置或更改。没有权限的用户是接收不到图象的。图象数据的存储是专有的格式。

使用维护性

系统的安装极其简单，软件系统的安装及使用也非常易懂。在维护性方面，系统的接线十分简洁，而主要设备的可靠性很高，维护性能好，而且可实现远程维护。

扩展延伸性

当需要增加监控点，监控主机时，只需要通过现有网络增加一台摄像机或PC机即可，而不需要对现有布线系统做什么改动。

应用范围

区域性监控：利用网络传送实时图象，如办公室、大楼等跨区远端监控：连锁事业、大型工厂机房、远端老人儿童看护、公共建物、无人危险环境监控、各金融机构分行监控、交通监管、错误警报辨识…等。

IP摄像机概述：

近几年来，数字IP监控摄像机发展迅速，如陕西省安装8万多台监控摄像机，对犯罪分子有强大的威慑力；应用于停车场等交通管制方面，能大大减轻交警的工作量。

监控摄像机的诞生 IP与模拟之争

1996年，世界上第一台数字摄像机在瑞典安讯士公司诞生。很少有人料到，这项发明即将与锐不可当的Internet一道改变世界。如今，从学校周边、商场、饭店、交通航运、小区安保乃至单位办公场所，视频监控无处不在。在这些安静的摄像机背后，不仅有安保部门警惕的眼睛，更有着一场IP系统与模拟系统的决战。

陕西省安装8万台监控摄像机

陕西省在全省范围内安装的8万余台监控摄像机，为社会治安防控体系的完善打下坚实基础，成为警方防控破案的好帮手。今后，陕西省以城市报警与监控系统建设为重点的技防监控将逐步向居民社区、主次干道、公交车辆等全方位延伸。

记者从陕西省公安局长会议暨公安“三项建设”推进大会上获悉，据不完全统计，陕西省安装的监控摄像机8万余台，其中公安机关安装社会面治安监控视频摄像机近万台，这些摄像机已成陕西警方防控破案的好帮手。

监控摄像机除了在公安侦查取证方面，还能应用于如日常的交通管制等等方面，如违规停车、超速等，下面介绍的IP监控摄像要在停车场的应用。

在交警管理系统的应用

“纯数字IP监控摄像机”不像目前市区内装的绝大部分模拟数字摄像机，需要工作人员24小时盯着电脑屏幕，手动抓拍车辆违法照片。在违法条件设置好后，它自己就能够辨别违法行为。

打个比方，如果交警将在万达周边违规停车的时间设置为5分钟，如果一辆车违规停车超过5分钟，“纯数字IP摄像机”就会自动锁定这辆车，发出“哔哔哔”的报警声，通知附近的交警前去处理；或者当它“看到”一辆车逆向行驶，在交警赶去前，它会一直盯住这辆违法车辆，记录该车行驶路线。一个摄像头看不见了，就通知旁边的摄像头，“兄弟我看不见了，你接上吧”，直到该车被拦下或是驶出6台摄像头的监控范围。

YUCOO邮科摄像机学院预计，今后随着网络化的普及市场占有率会迅速增长。以网络摄像机为主的网络视频监控系统已经从传统的安防应用向大众消费领域延伸，渗透到教育、政府、娱乐场所、医院、酒店、运动场馆、城市治安等多个领域：网络摄像机用户群从专业集团用户扩展到普通公众用户；应用的方向从传统的安防应用，迅速向大众消费领域延伸，更多地面向社会公共信息服务，出现了行业视频监管、旅游景观、电子商务等新的应用领域。