深度分析：網(wǎng)絡攝像機的構(gòu)建與安裝細則

    網(wǎng)絡攝像機(IPCamera)，顧名思義，就是攝像機+網(wǎng)絡，其主要技術(shù)要點是視頻和網(wǎng)絡。網(wǎng)絡攝像機從數(shù)據(jù)的流向看是：lens->sensor->isp->編碼芯片->網(wǎng)絡，要構(gòu)建一臺網(wǎng)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(zhì)量、視頻采集、編解碼芯片的選擇、遵循的標準、網(wǎng)絡傳輸、網(wǎng)絡安全等。本文從多個角度對構(gòu)建網(wǎng)絡攝像機進行探討。

    視頻

    隨著技術(shù)的發(fā)展及用戶需求的推動，視頻從早期的標清逐漸向高清發(fā)展，而高清攝像機最關(guān)鍵的部件就是前端采集及編碼芯片。在銀行、營業(yè)廳等監(jiān)控應用中，攝像機鏡頭往往要對著大門口，而室內(nèi)是燈光，室外是陽光，室內(nèi)外光線亮度發(fā)相差很大;道路監(jiān)控和公眾場所監(jiān)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(jiān)控，幾乎全部是室內(nèi)場所，光照以燈光為主，不穩(wěn)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(huán)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(tài)的攝像機，Sensor及ISP的選擇非常關(guān)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(jié)構(gòu)、成本、功耗、圖像質(zhì)量等方面考慮，選擇一款內(nèi)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(nèi)，如何傳輸高質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡攝像機的重點。手機監(jiān)控由于不受地點限制的方便性，已經(jīng)有越來越多的應用，如寶寶在線、商鋪監(jiān)控等。無線網(wǎng)絡帶寬低，要滿足手機監(jiān)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(zhì)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(zhì)量好，但是數(shù)據(jù)量大，占用帶寬大;

    ·MPEG4壓縮比高，數(shù)據(jù)量少，目前大部分移動終端支持MPEG4解碼，早期的無線監(jiān)控(手機監(jiān)控)中，使用MPEG4較多;

    ·H.264在相同的質(zhì)量下，相對MPEG4壓縮比更高，數(shù)據(jù)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(shù)的不斷發(fā)展，絕大多數(shù)移動終端已能順暢地支持H.264解碼。

    這幾類各有優(yōu)缺點，H.264由于圖像質(zhì)量好、壓縮率高、數(shù)據(jù)量少、適合網(wǎng)絡傳輸?shù)榷喾矫娴膬?yōu)越特性，日益成為網(wǎng)絡攝像機的視頻壓縮格式首選。

    高清網(wǎng)絡攝像機發(fā)展的其中一個制約條件是帶寬，無論是專業(yè)市場還是家用市場，網(wǎng)絡攝像機占用的帶寬都是關(guān)注的重點，相同質(zhì)量下，降低帶寬的使用，將會使網(wǎng)絡建設(shè)成本降低。隨著電信接入網(wǎng)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(wǎng)絡帶寬將不會成為瓶頸，同時降低了存儲成本。

    網(wǎng)絡攝像機在實際應用中，主要音視頻數(shù)據(jù)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(wǎng)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(zhì)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?？傊挥芯幋a性能強，支持多碼流的IPCamera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，IPCamera的網(wǎng)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(wǎng)口的主芯片，以增加IPCamera的網(wǎng)絡吞吐能力。
    標準

    作為網(wǎng)絡設(shè)備，必須遵循一定的協(xié)議標準，才能達到與NVR、CMS等設(shè)備的互聯(lián)互通。如果各自為政，網(wǎng)絡設(shè)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(shè)備都來自同一廠商，所以需要滿足某些規(guī)范標準，才能做到互通。目前相關(guān)的標準國內(nèi)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(wǎng)絡監(jiān)控設(shè)備完美互通。ONVIF和PSIA都使用HTTP、XML等Web技術(shù)，而且在媒體流的傳輸上也是一致的，都使用RTPoverUDP、RTPoverRTSPoverTCP、HTTP協(xié)議。在控制數(shù)據(jù)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HTTPCGI方式更加類似。仔細分析兩種規(guī)范，雖有出入，但大同小異，設(shè)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(wǎng)絡攝像機作為一款網(wǎng)絡產(chǎn)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，IPCamera應用的典型場景是連接路由器，路由器再連接ADSLModem撥號接入互聯(lián)網(wǎng)。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(jiān)控環(huán)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(wǎng)絡組播與網(wǎng)絡廣播配合來完成設(shè)備發(fā)現(xiàn)，如UPnP(PSIA)、Bonjour(PSIA)、WSDiscovery(ONVIF);

    ·路由器端口自動配置。IPCamera對外僅使用一個端口，控制數(shù)據(jù)與媒體數(shù)據(jù)都使用Web端口。如控制使用CGI方式，媒體傳輸使用RTSPoverHTTP，控制與數(shù)據(jù)則遵循HTTP協(xié)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，IPCamera可以使用UPnP協(xié)議向路由器發(fā)起請求，自動配置路由器的端口轉(zhuǎn)發(fā)，從而避免用戶人工登陸路由器進行配置。

    NVR環(huán)境下，實現(xiàn)自動IP分配，設(shè)備發(fā)現(xiàn)技術(shù)基本上就可以讓IPCamera“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(lián)網(wǎng)環(huán)境下，這幾種碼流，要求各異，存儲碼流要求清晰度及流暢度;而網(wǎng)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(zhì)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IPCamera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，IPCamera的網(wǎng)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(wǎng)口的主芯片，以增加IPCamera的網(wǎng)絡吞吐能力。
    標準

    作為網(wǎng)絡設(shè)備，必須遵循一定的協(xié)議標準，才能達到與NVR、CMS等設(shè)備的互聯(lián)互通。如果各自為政，網(wǎng)絡設(shè)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(shè)備都來自同一廠商，所以需要滿足某些規(guī)范標準，才能做到互通。目前相關(guān)的標準國內(nèi)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(wǎng)絡監(jiān)控設(shè)備完美互通。ONVIF和PSIA都使用HTTP、XML等Web技術(shù)，而且在媒體流的傳輸上也是一致的，都使用RTPoverUDP、RTPoverRTSPoverTCP、HTTP協(xié)議。在控制數(shù)據(jù)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HTTPCGI方式更加類似。仔細分析兩種規(guī)范，雖有出入，但大同小異，設(shè)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(wǎng)絡攝像機作為一款網(wǎng)絡產(chǎn)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，IPCamera應用的典型場景是連接路由器，路由器再連接ADSLModem撥號接入互聯(lián)網(wǎng)。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(jiān)控環(huán)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(wǎng)絡組播與網(wǎng)絡廣播配合來完成設(shè)備發(fā)現(xiàn)，如UPnP(PSIA)、Bonjour(PSIA)、WSDiscovery(ONVIF);

    ·路由器端口自動配置。IPCamera對外僅使用一個端口，控制數(shù)據(jù)與媒體數(shù)據(jù)都使用Web端口。如控制使用CGI方式，媒體傳輸使用RTSPoverHTTP，控制與數(shù)據(jù)則遵循HTTP協(xié)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，IPCamera可以使用UPnP協(xié)議向路由器發(fā)起請求，自動配置路由器的端口轉(zhuǎn)發(fā)，從而避免用戶人工登陸路由器進行配置。

    NVR環(huán)境下，實現(xiàn)自動IP分配，設(shè)備發(fā)現(xiàn)技術(shù)基本上就可以讓IPCamera“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(lián)網(wǎng)環(huán)境下，這幾種碼流，要求各異，存儲碼流要求清晰度及流暢度;而網(wǎng)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(zhì)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?？傊?，只有編碼性能強，支持多碼流的IPCamera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，IPCamera的網(wǎng)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(wǎng)口的主芯片，以增加IPCamera的網(wǎng)絡吞吐能力。
    標準

    作為網(wǎng)絡設(shè)備，必須遵循一定的協(xié)議標準，才能達到與NVR、CMS等設(shè)備的互聯(lián)互通。如果各自為政，網(wǎng)絡設(shè)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(shè)備都來自同一廠商，所以需要滿足某些規(guī)范標準，才能做到互通。目前相關(guān)的標準國內(nèi)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(wǎng)絡監(jiān)控設(shè)備完美互通。ONVIF和PSIA都使用HTTP、XML等Web技術(shù)，而且在媒體流的傳輸上也是一致的，都使用RTPoverUDP、RTPoverRTSPoverTCP、HTTP協(xié)議。在控制數(shù)據(jù)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HTTPCGI方式更加類似。仔細分析兩種規(guī)范，雖有出入，但大同小異，設(shè)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(wǎng)絡攝像機作為一款網(wǎng)絡產(chǎn)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，IPCamera應用的典型場景是連接路由器，路由器再連接ADSLModem撥號接入互聯(lián)網(wǎng)。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(jiān)控環(huán)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(wǎng)絡組播與網(wǎng)絡廣播配合來完成設(shè)備發(fā)現(xiàn)，如UPnP(PSIA)、Bonjour(PSIA)、WSDiscovery(ONVIF);

    ·路由器端口自動配置。IPCamera對外僅使用一個端口，控制數(shù)據(jù)與媒體數(shù)據(jù)都使用Web端口。如控制使用CGI方式，媒體傳輸使用RTSPoverHTTP，控制與數(shù)據(jù)則遵循HTTP協(xié)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，IPCamera可以使用UPnP協(xié)議向路由器發(fā)起請求，自動配置路由器的端口轉(zhuǎn)發(fā)，從而避免用戶人工登陸路由器進行配置。

    NVR環(huán)境下，實現(xiàn)自動IP分配，設(shè)備發(fā)現(xiàn)技術(shù)基本上就可以讓IPCamera“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(lián)網(wǎng)環(huán)境下，使用UPnP協(xié)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(shè)備搜索工具，完成設(shè)備發(fā)現(xiàn)、IP配置、訪問IPCamera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(wǎng)絡攝像機需要全天侯工作，并且傳輸?shù)囊粢曨l數(shù)據(jù)涉及到隱私，安全性更是要特別關(guān)注的。應用層可采用的安全措施有IP/MAC黑白名單，用戶權(quán)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?？刂菩畔?shù)據(jù)量比較少，數(shù)據(jù)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(xié)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。

    功耗

    節(jié)能環(huán)保，關(guān)系著人類的生存和發(fā)展，已經(jīng)成為世界性主題，安防監(jiān)控在為全球安全護航時，也不能給地球帶來太多的資源消耗負擔。然而，從網(wǎng)絡攝像機的安防用途上看，待機、休眠不太現(xiàn)實。因此，sensor、isp、主芯片等部件的選擇，要充分考慮其能耗和排放，切實做到節(jié)能減排。

    結(jié)語

    構(gòu)建網(wǎng)絡攝像機時，除需考慮以上因素，還要斟酌可接入wifi/3G多種網(wǎng)絡、網(wǎng)絡傳輸?shù)臅r延、瀏覽器的兼容性、各種網(wǎng)絡協(xié)議的集成、應用的可擴展性等問題?？偠灾?，關(guān)鍵還是視頻+網(wǎng)絡+應用，選擇一個穩(wěn)定性高、性能高、集成度高、擴展性好的方案平臺是成功構(gòu)建網(wǎng)絡攝像機的關(guān)鍵。

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