主頁（http://www.by236.com）：多角度探討如何構建網絡攝像機 【中國集群通信網】網絡攝像機(IP Camera)，顧名思義，就是攝像機+網絡，其主要技術要點是視頻和網絡。網絡攝像機從數據的流向看是：lens->sensor->isp->編碼芯片->網絡，要構建一臺網絡攝像機，從前端的視頻捕獲到碼流傳輸，需要考慮的因素很多，包括圖像質量、視頻采集、編解碼芯片的選擇、遵循的標準、網絡傳輸、網絡安全等。本文從多個角度對構建網絡攝像機進行探討。 視頻 隨著技術的發展及用戶需求的推動，視頻從早期的標清逐漸向高清發展，而高清攝像機最關鍵的部件就是前端采集及編碼芯片。在銀行、營業廳等監控應用中，攝像機鏡頭往往要對著大門口，而室內是燈光，室外是陽光，室內外光線亮度發相差很大;道路監控和公眾場所監控中，大部分是室外場所，白天受太陽光照影響，晚上受各種燈光的影響，前景和背景的光照反差很大;娛樂場所監控，幾乎全部是室內場所，光照以燈光為主，不穩定、或明或暗，也常常會造成很大的明暗反差。要在不同光照環境下，都能達到一個滿意的圖像，就需要一臺支持低照度、寬動態的攝像機，Sensor及ISP的選擇非常關鍵。Sensor、ISP、編碼芯片三者的配合，直接影響了圖像效果。目前主流的高清Sensor(720P/1080P)基本都不帶ISP，需要另外配。因而從整機結構、成本、功耗、圖像質量等方面考慮，選擇一款內嵌ISP的編碼芯片，將會是一個很好的解決方案。 編碼及帶寬 在有限帶寬內，如何傳輸高質量的視頻數據是網絡攝像機的重點。手機監控由于不受地點限制的方便性，已經有越來越多的應用，如寶寶在線、商鋪監控等。無線網絡帶寬低，要滿足手機監控的需求，就要求在超低帶寬下(如64kbps)，視頻壓縮也能達到高質量。目前主要使用的視頻編碼格式有JPEG/M-JPEG、MPEG4、H.264。 ·JPEG/M-JPEG壓縮圖像質量好，但是數據量大，占用帶寬大; ·MPEG4 壓縮比高，數據量少，目前大部分移動終端支持MPEG4解碼，早期的無線監控(手機監控)中，使用MPEG4較多; · H.264在相同的質量下，相對MPEG4壓縮比更高，數據量也更少，但編碼/解碼需要消耗更高的芯片性能。隨著手機技術的不斷發展，絕大多數移動終端已能順暢地支持H.264解碼。 這幾類各有優缺點，H.264由于圖像質量好、壓縮率高、數據量少、適合網絡傳輸等多方面的優越特性，日益成為網絡攝像機的視頻壓縮格式首選。 高清網絡攝像機發展的其中一個制約條件是帶寬，無論是專業市場還是家用市場，網絡攝像機占用的帶寬都是關注的重點，相同質量下， 降低帶寬的使用，將會使網絡建設成本降低。隨著電信接入網的升級，目前很多家庭的ADSL下行帶寬理論值是4Mbps，然而實際只可以達到3Mbps，720P分辨率的視頻。如果壓縮后碼率能控制在2Mbps以下，網絡帶寬將不會成為瓶頸，同時降低了存儲成本。 網絡攝像機在實際應用中，主要音視頻數據會存儲在遠端，如IPSAN/NAS，它不僅可以提供遠程live功能，同時還能支持手機點播。這幾種碼流，要求各異，存儲碼流要求清晰度及流暢度;而網絡live碼流需要考慮帶寬因素;手機點播碼流要求在甚低帶寬下(64kbps)，圖像也能達到高質量。這樣同一視頻輸入源需要同時輸出多種碼流：720P+、D1+、QVGA，分辨率及碼率各不一樣。一些應用場景還需要輸出JPEG/MJPEG。總之，只有編碼性能強，支持多碼流的IP Camera才能更好的滿足各種場景的需求。為了滿足多個客戶端同時訪問，或者說有多個碼流接收者，IP Camera的網絡處理能力必須進一步提升，可考慮選用主頻高、支持千兆網口的主芯片，以增加IP Camera的網絡吞吐能力。 標準 作為網絡設備，必須遵循一定的協議標準，才能達到與NVR、CMS等設備的互聯互通。如果各自為政，網絡設備的安裝在實際工程中將舉步維艱。然而，在工程應用中，并不能保證所有設備都來自同一廠商，所以需要滿足某些規范標準，才能做到互通。目前相關的標準國內有全球眼、寬視界等，國際有ONVIF、PSIA。他們共同的目標，就是促進網絡監控設備完美互通。ONVIF和PSIA都使用HTTP、XML等Web技術，而且在媒體流的傳輸上也是一致的，都使用RTP over UDP、RTP over RTSP over TCP、HTTP協議。在控制數據上，ONVIF使用SOAP框架，PSIA則采用REST框架。PSIA的控制方式與目前廠家普遍使用的HTTP CGI方式更加類似。仔細分析兩種規范，雖有出入，但大同小異，設備大多可以做到既支持PSIA又滿足ONVIF，實際上，很多廠商既是PSIA的會員，也是ONVIF的會員。 安裝 網絡攝像機作為一款網絡產品，必然涉及到IP、路由等一連串繁瑣的配置，對普通用戶來說，其安裝使用存在很大的難度。在家用市場上，IP Camera應用的典型場景是連接路由器，路由器再連接ADSL Modem撥號接入互聯網。若想減少用戶的安裝難度，讓用戶能快速使用，可參考如下幾點建議。 · IP地址自動配置，如使用DHCP，并且默認開啟;支持Auto-IP(UPnP)，ZeroConf;小型NVR監控環境，如果使用交換機互連，沒有提供路由器或者DHCP服務器時，自動IP配置(Auto-IP，ZeroConf)尤其適用; · 使用網絡組播與網絡廣播配合來完成設備發現，如UPnP(PSIA)、Bonjour (PSIA)、WS Discovery(ONVIF); · 路由器端口自動配置。IP Camera對外僅使用一個端口，控制數據與媒體數據都使用Web端口。如控制使用CGI方式，媒體傳輸使用RTSP over HTTP，控制與數據則遵循HTTP協議，這還會帶來一個附加的好處——可以順利通過PC的防火墻。目前，幾乎所有的路由器都支持upnp功能，IP Camera可以使用UPnP協議向路由器發起請求，自動配置路由器的端口轉發，從而避免用戶人工登陸路由器進行配置。 NVR環境下，實現自動IP分配，設備發現技術基本上就可以讓IP Camera“免安裝”進行使用，達到即插即用的效果，接近模擬攝像頭與DVR配合使用的用戶體驗。家庭需接入互聯網環境下，使用UPnP協議，并配合DDNS服務，可以最大程度減少安裝時用戶的參與。目前很多廠家提供PC端設備搜索工具，完成設備發現、IP配置、訪問IP Camera等功能，這也是一個減少用戶安裝難度的好方法。 安全 當前，黑客軟件的泛濫給用戶信息安全造成了極大威脅。網絡攝像機需要全天侯工作，并且傳輸的音視頻數據涉及到隱私，安全性更是要特別關注的。應用層可采用的安全措施有IP/MAC黑白名單，用戶權限管理、防火墻等;傳輸層可采取加密的傳輸方式，對控制信息或者碼流信息進行加密，如AES、DES、3DES等。控制信息數據量比較少，數據加密消耗的資源相對少, 但如果是采用軟件計算，對主芯片的負擔還是很重的，如果主芯片可提供加密協處理器模塊，就會大大減少主芯片的性能消耗，剩余更多的資源處理其它應用。
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