网络摄像机(IPC)技术

IPC，全称IPCamera，即网络摄像机，是真正的IP监控设备，它与网络录像机或媒体服务器配合工作，构成完整的网络视频监控系统，共同完成视频的编码、传输、存储及转发功能。网络摄像机（IPC）技术关键词IPC产品介绍IPC的组成及工作原理IPC数据的网络传输IPC的亮点功能IPC的选型要点IPC的应用设计第七部分网络摄像机（IPC）技术IPC的定义网络摄像机，也叫IP摄像机，即IPCamera，简称IPC。近几年得益于网络带宽、芯片技术、算法技术、存储技术的进步，得到大力发展；IPC，重点在“IP”，最重要的特点是摄像机支持网络协议。IPC产品介绍IPC的定义从功能讲，可以看成是“模拟摄像机+视频编码器”；模拟摄像机：光电转换视频编码器：视频编码&网络传输从图像质量讲，高于“模拟摄像机+视频编码器”模拟摄像机+视频编码器：像素40万IPC：可达百万IPC产品介绍IPC的定义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，集成了视频音频采集、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；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。注意：IPC与我们常见的电脑摄像头不同。IPC产品介绍IPC的定义IPC在网络视频监控系统中的角色如图示:IPC产品介绍IPC的主要功能（1/8）视/音频编码采集并编码压缩视/音频信号。（2/8）网络功能编码压缩的视音频信号通过网络进行传输。IPC产品介绍IPC的主要功能（3/8）缓存功能把压缩的视音频数据临时存储在本地的存储介质中。（4/8）报警输入输出能接受、处理报警输入/出信号，即具备报警联动功能。（5/8）移动检测报警检测场景内的移动并产生报警。IPC产品介绍IPC的主要功能（6/8）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。（7/8）视觉参数调节饱和度、对比度、色度、亮度等视觉参数的调整。（8/8）编码参数调节帧率、分辨率、码流等编码参数可以调整。IPC产品介绍IPC的分类1、固定半球IPC固定半球IPC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。缺点是由于空间有限难于更换其他焦距的镜头。IPC产品介绍IPC的分类2、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，摄像机视场FOV（FieldOfView）可以手动进行调整。IPC产品介绍IPC的分类3、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、自动跟踪等多种功能，属于高端应用类摄像机。IPC产品介绍IPC的分类4、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。百万像素摄像机通常配置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产品介绍IPC的优势（与模拟摄像机对比）1、信号处理过程模拟摄像机（1/4）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；（模拟转数字）（2/4）由摄像机内置的DSP芯片进行信号处理；（增益处理）IPC产品介绍IPC的优势（与模拟摄像机对比）1、信号处理过程模拟摄像机（3/4）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；（数模转换）（4/4）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。（模数转换）IPC产品介绍IPC的优势（与模拟摄像机对比）1、信号处理过程IPC传感器完成光/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。IPC比模拟摄像机信号转换环节少（4:1），可以尽可能少地降低图像质量损失。IPC产品介绍IPC的优势（与模拟摄像机对比）2、扫描方式模拟摄像系统受技术本身的限制，通常采用隔行扫描，而两场扫描信号之间会有短暂的时间间隔，对于沿着水平方向快速运动的物体，会产生木梳状失真。IPC摄像系统采用逐行扫描技术，对一帧画面进行一次性逐行扫描，对于快速移动物体仍然可以高质量成像。IPC产品介绍IPC的优势（与模拟摄像机对比）3、图像分辨率模拟摄像机最高分辨率为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，40万像素的分辨率己经无法满足要求。IPC不受该限制，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。IPC产品介绍IPC的优势（与模拟摄像机对比）4、双向音频支持模拟摄像机不具备音频功能的，如果需要，则需要单独部署音频设施，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。IPC技术本身决定了其集成音频功能非常容易实现。IPC产品介绍IPC的优势（与模拟摄像机对比）5、模拟摄像机与IPC的对照模拟摄像机与IPC的对照如表示：IPC产品介绍IPC模拟摄像机核心技术感光器件、编码压缩芯片、网络设备光学镜头及成像器件图像质量可实现百万像素最多接近于40万像素感光性目前照度不能做到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关键词IPC产品介绍IPC的组成及工作原理IPC的核心技术IPC的亮点功能IPC的选型要点IPC的应用设计第七部分网络摄像机（IPC）技术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、网络协议栈、编码压缩算法程序等。IPC的组成及工作原理IPC的硬件构成硬件组成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。IPC的组成及工作原理IPC的两种硬件构架IPC的组成及工作原理独立芯片+CPU构架SOC构架IPC的硬件构成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。IPC的组成及工作原理IPC的硬件构成1、镜头镜头作为IPC的前端部件，有固定/自动光圈、自动变焦等多种。2、图像传感器目前图像传感器有两种，一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）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。CMOS传感器在感光度及图像质量方面较CCD差，原因是CMOS的每个像素都需要一个A/D，这使得每个像素感光面积因此而减少。另外，使用与像素等量的A/D转换器也将造成较高的噪音干扰。IPC的组成及工作原理IPC的硬件构成3、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，因此无需模/数转换器；基于CCD模式的图像传感器模块需独立的A/D转换装置。IPC的组成及工作原理IPC的硬件构成4、编码压缩部分MPEG-4或H.264；图像/声音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;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。IPC的组成及工作原理IPC的硬件构成5、主控部分主控部分负责整个系统的调度工作，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。6、网络模块网络模块使IPC具有网络功能，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等控制。IPC的组成及工作原理IPC的硬件构成7、控制模块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。IPC的组成及工作原理IPC的软件构成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。IPC的组成及工作原理IPC的软件构成IPC的软件采用分层的架构，其自下而上分为4层，分别是设备驱动层、操作系统层、媒体层（多媒体库和网络协议栈）及应用层。IPC的组成及工作原理LinuxIPC的软件构成1、设备驱动程序通常，IPC外设驱动程序包括802.3以太网控制器、通用I/O、视频捕获设备、硬盘控制器以及高速USB控制器等驱动程序。2、Linux操作系统通常，Linuuc操作系统作为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。IPC的组成及工作原理LinuxIPC的软件构成3、编码程序在多媒体处理方面，IPC一般支持：MJPEG、MPEG-4、H.264等视频格式；MP3、WMA、AAC、G.711、G.723、G.729等音视频格式。IPC的组成及工作原理LinuxIPC的软件构成4、传输协议IPC在网络协议方面支持TCP/IP、UDP、HTTP、FTP、DNS、DDNS（动态域名解析）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。IPC的组成及工作原理LinuxIPC的软件构成5、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、报警服务与管理、用户连接、Web服务等各种应用功能。IPC的组成及工作原理LinuxIPC的工作原理工作原理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的组成及工作原理IPC的工作原理具体步骤（1/2）IPC启动过程1、主控模块将Linux内核转入系统内存SDRAM中，系统从SDRAM启动；2、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的组成及工作原理IPC的工作原理（2/2）IPC工作流程1、图像信号经过镜头输入（声音信号经过麦克风输入）；2、图像传感器（声音传感器）将其转化为电信号；3、模/数转换器将模拟信号转换为数字信号；4、数字信号经过编码器件按一定的编码标准进行编码压缩；5、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。IPC的组成及工作原理关键词IPC产品介绍IPC的组成及工作原理IPC的核心技术IPC的亮点功能IPC的选型要点IPC的应用设计第七部分网络摄像机（IPC）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在软件上，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。注意：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。IPC的核心