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浅谈网络摄像机发展最新技术

在进入信息化社会的今天,随着网络技术和计算机技术的不断发展,网络视频监控系统已经成为了安防产业的新宠。压缩技术的不断完善、新技术的推陈出新……种种的变化也的确让大家更加地看好网络视频监控的发展前景。
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技术和计算机技术的不断发展以及市场应用环境的逐步成熟,网络视频监控系统已经成为了安防系统的新宠,在各个行业的应用已经相当普及。据Frost & Sullivan和J.P. Freeman两大市场调研机构预测,网络视频产业在未来的5年中将保持每年40%的高速增长,可以预计,网络视频监控系统以其远距离监控、良好的扩充性和可管理性、易于与其它系统进行集成等模拟视频监控系统所无法企及的优势,最终将完全取代模拟视频监控系统,而成为安防系统的主角。与此相呼应,网络摄像机技术也日新月异,发展非常迅猛。那么在工程中如何重点利用好这些新的技术,按客户需求定制良好的解决方案,做一流的网络监控项目,在本文中我们将详细地分析网络摄像机的一些最新技术。

小结
自从1996年世界上第一台网络摄像机诞生到现在,经历了10年的发展,一方面,技术在不断发展,推陈出新以适应构建更完善的网络视频解决方案;另一方面,应用层面也深入到各行各业。可以预计,在不久的将来网络视频监控产品将最终取代传统的模拟CCTV设备,并将随着网络基础设施的完善和发展,而不断融入到社会的方方面面甚至普通家庭。
(本文作者现任安讯士网络通讯有限公司销售技术工程师,邮箱地址:heng-yang@axis.com)


合理分布“智能”
网络摄像机不同于模拟摄像机,因为它本身是聪明的,具有智能的。
提起这个使人想起PC机发展的历史。从小型机租用到PC机诞生和发展,中间伴随很多有趣的故事,但正因为PC机的发展,给了人们无穷无尽的创造空间。也正因为如此才有了信息量极速膨胀的互联网。互联网的智能来源于分布在全球各个角落的PC机。
和这类似,未来智能监控系统绝不仅是来自于某几台超级计算机,从结构上来讲,它应是由无数的网络摄像机和众多计算机或存储系统、交换系统构成的一个分布式的智能系统。
举例来说,现阶段,移动侦测技术是已经广泛应用的技术。它可以实现主动监控并节省带宽和存储空间。但不同的功能在不同设备上实现方式完全不同。
这一功能在硬盘录像机(DVR)上也有应用,从而可以在DVR各视频流上实现VMD,从而使DVR减少记录视频的数量,优化记录,并且可在搜索重大事件时作为一个搜索术语来使用图像特定区域内的动态功能。但实现VMD功能是一个极端消耗<0>CPU的过程,在许多通道实现VMD功能会使DVR系统变得极不稳定。
而在网络摄像机中,VMD是网络摄像机的一个完整功能,它使“事件驱动监控” 成为可能。也就是说,如果摄像机没有在现场检测到动态图像,视频(或者低帧率的视频)就不会发送给操作人员或录像系统。如果检测到动态,就需要自动做许多事情;比如保存事件发生前后及事件发生过程中的图像(称为报警前后图像缓冲) ,将录到的图像发送到指定地点,通过e-mail将警报发送给特定的人或将SMS发送到 手机上,激活照明设备,打开或开闭报警系统和门,控制温度等等。
随着网络视频应用领域进一步扩展,越来越多的智能将直接赋于网络摄像机,目前,一些知名厂商如Axis正与其合作伙伴全力推进的智能视频(Intelligent Video)技术,以实现网络摄像机的人数统计,人像识别,对像跟踪等功能,这将使网络视频监控设备更加智能化,而由这些更聪明的摄像机组成的系统将会更加强大。

POE和无线网络等技术,新技术要用好
以太网供电(又称为PoE或者局域网上供电) 是一项将电源融合到标准的LAN基础设施中的技术。使用以太网线,PoE技术可将电源提供给IP电话或网络摄像机这样的网络设备。
以太网供电尤其适合IP监控和远程监控应用,因为它无需在摄像机上安装电源插座 -以太网供电主要适合于连接电源插座不实用或太昂贵的应用场合。由于以太网供电无需独立的电源、数据电缆基础设施和昂贵的交流插座,所以更易于安装、价格更便宜,而且也不必聘请电工。
以太网供电的另一个优势是UPS功能。许多公司的网络交换机可以连接到UPS(不间断电源) 。由于以太网供电集线器可以连接到网络交换机,所以即使供电不足时,摄像机和视频服务器仍能够继续起作用。

PoE技术在称为IEEE 802.3af的标准中有所规定,其设计既不会降低网络数据通信性能,也不会减少网络可达性。电源通过LAN基础设施发送,当确定了兼容终端时会自动激活电源,并阻止不兼容的传统设备。这一特性可以使用户自由安全地将传统的设备和与PoE兼容的设备结合在一起。
该标准可在交换机或midspan端提供高达15.4 W的电源,在设备/摄像机端最大电源消耗可转换成12.9W,所以适合室内摄像机。室外摄像机、PTZ和球机通常的电源消耗都超过这一值,因此不能直接使用,所以一些厂家会提供两种方式,一种对以太网供电提供内置支持,一种不提供内置支持,但通过PoE Active分路器,将以太网和电源分离,用于对没有内置PoE功能的网络摄像机提供PoE支持。
大多数建筑中都已经部署了有线网络,用好PoE可以让系统更IT化,结构更简洁。但有时候按系统的环境,需要通过无线网络连接,以使安装便利并节约成本。
例如,当网络布线工作必须要对内部建筑产生破坏才能完成时,或者在一些需要定期改变摄像机位置,又不想每次重新布线的场所(例如零售商店),无线网络技术将变得非常有用。
基于这些需求,一些厂商有专门推出支持802.11b和802.11g的无线网络摄像机。合理利用这些技术,会为整个系统增色不少。

M-JPEG和MPEG -4两种压缩算法——“两手都要硬”
从现阶段网络摄像机的压缩技术看,MPEG-4和H.264是国内市场的宠儿,但从全球来看,还是MPEG-4和M-JPEG的天下。
M—JPEG(Motion JPEG)所提供的实际上是一系列连续的经过压缩的静态图像,因此它并非一种真正的视频压缩技术。它的优势在于所支持的帧速率和图像分辨率没有太多限制,并且对于每一幅图像的处理简单而不失真,而代价则是所产生的文件数据量较大,会占用大量的存储空间和带宽资源。
MPEG-4是对MPEG-2进行修订后所产生的一种压缩标准,主要面向那些工作在较低比特率下,并且对视觉效果要求也较低的应用场景。它支持范围较广的图像分辨率(小幅图像)和帧速率(低于全帧速),并的确能够节省磁盘空间和传输带宽,但是由于其实现和处理都非常复杂,图像易失真。
优秀的网络摄像机产品一般都支持两种压缩方式,因为MJPEG能够在低比特率和高视频质量的需求中提供很好的平衡,而MPEG-4具有节省磁盘空间和传输带宽的优势。所以,在单纯的浏览中MPEG-4也许是较好的选择,但是如果需要对发生的事件进行分析和存储,MJPEG则是最佳的选择

提升图像质量,是由视频监控的性质决定的
摄像机所拍到的图像质量的好坏无疑是反映它性能好坏的一个最重要方面。在安全监视应用中,当摄像机所拍到的图像资料被用来作为保护人民生命和财产安全的重要工具时,图像质量的好坏就显得尤其重要。
与传统的模拟摄像机不同,网络摄像机有处理功能,不仅可以抓拍和显示图像,还要把这些图像进行数字化处理,并压缩后再进行网络传输。图像质量除了与光学镜头和图像传感器的选择有关外,还与图像处理芯片的处理能力和算法的优劣有密切的关系。
一般,国际一流的公司会从以下三个方面提高画质:
·采用高能力的信号处理芯片、优秀的图像增益算法和视频压缩技术 ;
·采用高性能的图像处理和视频网络芯片 ;
·采用高端图像传感器和镜头 。
区别于一般厂商的产品,知名厂商会利用强大的开发实力,通过自主开发为网络摄像机应用量身定做图像处理芯片和先进的算法,以保证业内最优秀的图像质量。
从2005年来看,顶尖的厂商在提升图像质量上主要采用了几种新的技术:
1、新一代高性能的图像处理芯片
更高性能的图像处理芯片的使用首先表现在图像分辨率和帧速率的提高上,而且解析度越高,帧速率越高,则图像所能显示的细节就越多。在2005年,已有知名厂家分别推出了分辨率在百万象素的网络摄像机和帧速率在60fps的网络摄像机产品。
2、逐行扫描技术的应用
获得优质图像的另外一个关键因素是逐行扫描技术。摄像机采用逐行扫描技术则意味着摄像机在抓拍动态图像时不会产生像隔行扫描一样的“锯齿”效果。因为,这种通常被用于电视机和模拟CCTV摄像机上的隔行扫描技术,在抓拍动态图像时会出现很明显的“锯齿”效果。如图1中,只有采用逐行扫描技术才可以辨别出司机的面像,参见图一。

逐行扫描 隔行扫描
采用该技术的网络摄像机,例如AXIS 210 一般网络摄像机
3、图像增益
在芯片中直接增加了图像处理功能,并对图像的色彩、锐度、曝光度、白平衡以及背光补偿产生影响。
4、低光照或日夜两用能力
随着市场需求的增长,网络摄像机配置IR滤光镜越来越多。当光照不足或者图像变黑时,网络摄像机的IR阻隔滤光镜会自动关掉,彩色图像转换成黑白图像,使网络摄像机利用红外光,以便在很暗的环境下也能拍摄出高质量的黑白图像
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