標簽：IPC 視頻采集

一、網絡攝像機發展現狀

視頻監控的數字化、網絡化、集成化已成為一種發展趨勢，作為視頻監控前端產品的攝像機無疑在這場變革中扮演著重要角色。近年來，攝像機市場由模擬攝像機為主轉向以網絡攝像機為主，據資料顯示，網絡攝像機近年來以每年不低于50%的速度增長，網絡攝像機市場迎來了飛速發展的時機。從第一顆專業的標準H.264的網絡攝像機芯片解決方案開始到720P網絡攝像機解決方案，再到最新的第三代監控解決方案，網絡攝像機技術得到了重大突破和快速應用。作為網絡攝像機的核心技術——視頻編碼技術一直受制于網絡條件和編解碼技術的限制，如今也逐漸成熟，并呈現出針對性強、編碼方式多、性能優越、適應性高等特點。本文主要對網絡攝像機的視頻編碼技術進行介紹分析。

二、網絡攝像機原理架構

網絡攝像機是真正全數字化的產品，視頻信號從圖像傳感器(如CCD、CMOS等)采集并數字化后，后繼的處理全部采用數字信號，保證了圖像的清晰度，并采用網絡打包和傳輸這些多媒體數據(視頻、音頻.文本信息等)。

1.視頻采集

視頻采集部分的核心器件——一圖像傳感器，主要有CCD和CMOS兩種，傳感器性能的高低直接決定了攝像機的級別。CMOS圖像傳感器具有低帶寬，固有的防光暈特性，同時能保持體積小、重量輕、功耗低、集成度高、價位低等優點。CCD圖像傳感器由于靈敏度高、噪聲低，應用較廣。隨著CCD與CMOS傳感器技術的進步，兩者的差異將逐漸減小，在較長一段時間內二者將長期共存。目前，各式CCD和CMOS競相推出，各廠家都有自己的接口標準，即使表面上物理接口一樣，內部數據仍有不同，所以需要與傳感器原廠對接。在這方面需要芯片廠商與傳感器廠商進行協調合作才會有比較好的效果。這也是網絡攝像機編解碼芯片必須要做的功課，如Hi3515和Hi3520就把SONY的720PCCD這種原來需要CPLD轉接的接口直接定義到了芯片里面，由干該CPLD的實現需要SONY原廠提供幫助，這樣就直接幫助一些客戶解決了原來不可獲取的問題

2.編碼算法

隨著視頻編碼與處理算法研究的進展，針對不同應用需求，相繼發布過多個圖像和視頻編碼壓縮標準。例如，MPEG為多媒體存儲媒體和數字電視應用制定的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4;面向低碼率的實時視頻通信;ITU-T應用制定了H.261、H.263、H.263+、H.264;面對當前及未來興起的安防應用領域，我國AVS(AudioVideocodingStandard)工作組自主制定的先進數字音視頻編解碼技術標準AVS-S?？梢哉f視頻監控編碼標準的選擇有很多種，但目前網絡攝像機主要采用的標準有MJPEG、MPEG4、H.264等。M-JPEG即運動靜止圖像壓縮技術，但M-JPEG只對幀內空間冗余進行壓縮，不對幀間的時間冗余進行壓縮，因此壓縮效率不高。MPEG-4的著眼點在于解決低帶寬上音視頻的傳輸問題，使它成為當前網絡產品生產廠商開發的重要趨勢之一H.264是目前主流的解決方案，具有高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性，其應用范圍較廣，能適應不同場合，但算法復雜度較高，需要強勁的硬件支持。

3.編碼與網絡

當前出于帶寬和成本的考慮，用戶要求在目前所能承受的成本下使用較高的碼流來實現;這就對網絡攝像機的編碼效率提出了較高的要求。網絡攝像機通過網絡傳輸數據，在網絡傳輸上實現方式有所不間，但過大的數據包則會導致網絡堵塞，因此對編碼器的內部控制非常嚴格，要求不能影響圖像質量。隨著網絡攝像機實際應用需求不斷發展和變化，其對芯片編碼要求越來越苛刻，在更高壓縮比的前提下實現更貼近現實的場景。如海思提供的壓縮解決方案就可以實現720P@2Mbps的壓縮率，比一般產品動輒要3-4Mbps才提升了了至少50%壓縮比，2Mbps的碼率還有另外一個含義，就是用戶可以不增加網絡和存儲成本的情況下升級到720P的體驗。未來隨著3G網絡的快速應用，支持各種網絡的編碼方式也成為重要發展方向。

三、編碼標準應用的判別與分析

當前行業主流的編碼算法有MPEG-4和H.264，MPEG-4和H.264誰將主導網絡攝像機的視頻編碼?MPEG4壓縮技術可獲取清晰度較高的視頻圖像，而且可靈活設置每路的視頻清晰度和壓縮幀數，并且壓縮后的畫面還可任意剪接。但它的缺陷也非常明顯：一是丟幀現象嚴重、實時性差，在保證每路都必須是高清晰的前提下，很難完成實時壓縮;二是壓縮效率低，傳輸帶寬和存儲空間占用大。而H.264引入了面向IP包的編碼機制，有利于網絡中的分組傳輸，支持網絡中視頻的流媒體傳輸，支持不同網絡資源下的分級編碼傳輸，從而獲得平穩的圖像質量。H.264可以在更低的帶寬下實現720P、1080i/Pd的廣播級高清視頻分辨率。目前;網絡攝像機基本上都采用的是H.264編碼芯片。但這不是說任何廠家網絡攝像機的H.264算法都是好的。因此，要對網絡攝像機編碼算法有一個清晰的認識和理解，以免進入誤區。如果僅關心是否采用了H.264，認為兩個廠家的MPEG編碼模塊都實現了H.264，那么它們就會一樣好。事實是，H.264標準包含一個很大的算法集合，如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4都是它的子集。要實現所有的算法計算量很大，目前還沒有一個芯片能實現所有算法。而設計H.264編碼芯片的過程實際上是要根據芯片的運算能力，在H.264算法集合中選擇算法子集的一個過程。因此，我們可以使用圖像領域里面的主觀評價法來判別編碼芯片和編碼算法的好壞，如通過調低碼率(比如幾十kbps或一兩百Kbps)，調整圖像的運動量，察看圖像有沒有丟幀、有沒有馬賽克等現象，根據這些現象的程度來判斷芯片的好壞。

四、應用情況

穩定性和安全性是視頻監控系統非常重要的兩個特點，因此用戶在實際應用中應特別注重監控系統的穩定性和安全性。以往的監控系統常常采用模擬攝像機+硬盤錄像機的監控模式來實現數據采集、存儲和管理等，這種模式通常應用于近距離部署。如果一旦發生自然災害或其他災害事件，監控數據將會很有可能被損壞。而網絡攝像機的出現徹底改變了以往的監控模式，這種模式以網絡為紐帶，將數據的編碼與存儲分開，采用專門的數據存儲設備，可實現遠距離的數據采集、存儲和管理，且具有極高的穩定性和安全性。例如;蘇州世博安保各“護城河”檢查站采用了大量的網絡攝像機，這些網絡攝像機被安裝在蘇州到上海所有重要檢查站，且監控中心設在上海和蘇州，其數據存儲可以實現放在北京、上海和蘇州等幾個地方，防止數據的丟失和損壞，大大方便了監控系統的查看、指揮和調度。