网络摄像机的构建与安装细则

发布时间:2012-03-29 15:38:00  浏览次数:1190
 

网络摄像机(IPCamera),顾名思义,就是摄像机+网络,其主要技术要点是视频和网络。网络摄像机从数据的流向看是:lens->sensor->isp->编码芯片->网络,要构建一台网络摄像机,从前端的视频捕获到码流传输,需要考虑的因素很多,包括图像质量、视频采集、编解码芯片的选择、遵循的标准、网络传输、网络安全等。本文从多个角度对构建网络摄像机进行探讨。
  视频

  随着技术的发展及用户需求的推动,视频从早期的标清逐渐向高清发展,而高清摄像机最关键的部件就是前端采集及编码芯片。在银行、营业厅等监控应用中,摄像机镜头往往要对着大门口,而室内是灯光,室外是阳光,室内外光线亮度发相差很大;道路监控和公众场所监控中,大部分是室外场所,白天受太阳光照影响,晚上受各种灯光的影响,前景和背景的光照反差很大;娱乐场所监控,几乎全部是室内场所,光照以灯光为主,不稳定、或明或暗,也常常会造成很大的明暗反差。要在不同光照环境下,都能达到一个满意的图像,就需要一台支持低照度、宽动态的摄像机,Sensor及ISP的选择非常关键。Sensor、ISP、编码芯片三者的配合,直接影响了图像效果。目前主流的高清Sensor(720P/1080P)基本都不带ISP,需要另外配。因而从整机结构、成本、功耗、图像质量等方面考虑,选择一款内嵌ISP的编码芯片,将会是一个很好的解决方案。

  编码及带宽

  在有限带宽内,如何传输高质量的视频数据是网络摄像机的重点。手机监控由于不受地点限制的方便性,已经有越来越多的应用,如宝宝在线、商铺监控等。无线网络带宽低,要满足手机监控的需求,就要求在超低带宽下(如64kbps),视频压缩也能达到高质量。目前主要使用的视频编码格式有JPEG/M-JPEG、MPEG4、H.264。

  ·JPEG/M-JPEG压缩图像质量好,但是数据量大,占用带宽大;

  ·MPEG4压缩比高,数据量少,目前大部分移动终端支持MPEG4解码,早期的无线监控(手机监控)中,使用MPEG4较多;

  ·H.264在相同的质量下,相对MPEG4压缩比更高,数据量也更少,但编码/解码需要消耗更高的芯片性能。随着手机技术的不断发展,绝大多数移动终端已能顺畅地支持H.264解码。

  这几类各有优缺点,H.264由于图像质量好、压缩率高、数据量少、适合网络传输等多方面的优越特性,日益成为网络摄像机的视频压缩格式首选。

  高清网络摄像机发展的其中一个制约条件是带宽,无论是专业市场还是家用市场,网络摄像机占用的带宽都是关注的重点,相同质量下,降低带宽的使用,将会使网络建设成本降低。随着电信接入网的升级,目前很多家庭的ADSL下行带宽理论值是4Mbps,然而实际只可以达到3Mbps,720P分辨率的视频。如果压缩后码率能控制在2Mbps以下,网络带宽将不会成为瓶颈,同时降低了存储成本。

  网络摄像机在实际应用中,主要音视频数据会存储在远端,如IPSAN/NAS,它不仅可以提供远程live功能,同时还能支持手机点播。

  这几种码流,要求各异,存储码流要求清晰度及流畅度;而网络live码流需要考虑带宽因素;手机点播码流要求在甚低带宽下(64kbps),图像也能达到高质量。这样同一视频输入源需要同时输出多种码流:720P+、D1+、QVGA,分辨率及码率各不一样。一些应用场景还需要输出JPEG/MJPEG。总之,只有编码性能强,支持多码流的IPCamera才能更好的满足各种场景的需求。为了满足多个客户端同时访问,或者说有多个码流接收者,IPCamera的网络处理能力必须进一步提升,可考虑选用主频高、支持千兆网口的主芯片,以增加IPCamera的网络吞吐能力。

 

  标准

  作为网络设备,必须遵循一定的协议标准,才能达到与NVR、CMS等设备的互联互通。如果各自为政,网络设备的安装在实际工程中将举步维艰。然而,在工程应用中,并不能保证所有设备都来自同一厂商,所以需要满足某些规范标准,才能做到互通。目前相关的标准国内有全球眼、宽视界等,国际有ONVIF、PSIA。他们共同的目标,就是促进网络监控设备完美互通。ONVIF和PSIA都使用HTTP、XML等Web技术,而且在媒体流的传输上也是一致的,都使用RTPoverUDP、RTPoverRTSPoverTCP、HTTP协议。在控制数据上,ONVIF使用SOAP框架,PSIA则采用REST框架。PSIA的控制方式与目前厂家普遍使用的HTTPCGI方式更加类似。仔细分析两种规范,虽有出入,但大同小异,设备大多可以做到既支持PSIA又满足ONVIF,实际上,很多厂商既是PSIA的会员,也是ONVIF的会员。

  安装

  网络摄像机作为一款网络产品,必然涉及到IP、路由等一连串繁琐的配置,对普通用户来说,其安装使用存在很大的难度。在家用市场上,IPCamera应用的典型场景是连接路由器,路由器再连接ADSLModem拨号接入互联网。若想减少用户的安装难度,让用户能快速使用,可参考如下几点建议。

  ·IP地址自动配置,如使用DHCP,并且默认开启;支持Auto-IP(UPnP),ZeroConf;小型NVR监控环境,如果使用交换机互连,没有提供路由器或者DHCP服务器时,自动IP配置(Auto-IP,ZeroConf)尤其适用;

  ·使用网络组播与网络广播配合来完成设备发现,如UPnP(PSIA)、Bonjour(PSIA)、WSDiscovery(ONVIF);

  ·路由器端口自动配置。IPCamera对外仅使用一个端口,控制数据与媒体数据都使用Web端口。如控制使用CGI方式,媒体传输使用RTSPoverHTTP,控制与数据则遵循HTTP协议,这还会带来一个附加的好处——可以顺利通过PC的防火墙。目前,几乎所有的路由器都支持upnp功能,IPCamera可以使用UPnP协议向路由器发起请求,自动配置路由器的端口转发,从而避免用户人工登陆路由器进行配置。

  NVR环境下,实现自动IP分配,设备发现技术基本上就可以让IPCamera“免安装”进行使用,达到即插即用的效果,接近模拟摄像头与DVR配合使用的用户体验。家庭需接入互联网环境下,使用UPnP协议,并配合DDNS服务,可以最大程度减少安装时用户的参与。目前很多厂家提供PC端设备搜索工具,完成设备发现、IP配置、访问IPCamera等功能,这也是一个减少用户安装难度的好方法。

  安全

  当前,黑客软件的泛滥给用户信息安全造成了极大威胁。网络摄像机需要全天侯工作,并且传输的音视频数据涉及到隐私,安全性更是要特别关注的。应用层可采用的安全措施有IP/MAC黑白名单,用户权限管理、防火墙等;传输层可采取加密的传输方式,对控制信息或者码流信息进行加密,如AES、DES、3DES等。控制信息数据量比较少,数据加密消耗的资源相对少,但如果是采用软件计算,对主芯片的负担还是很重的,如果主芯片可提供加密协处理器模块,就会大大减少主芯片的性能消耗,剩余更多的资源处理其它应用。

  功耗

  节能环保,关系着人类的生存和发展,已经成为世界性主题,安防监控在为全球安全护航时,也不能给地球带来太多的资源消耗负担。然而,从网络摄像机的安防用途上看,待机、休眠不太现实。因此,sensor、isp、主芯片等部件的选择,要充分考虑其能耗和排放,切实做到节能减排。

  结语

  构建网络摄像机时,除需考虑以上因素,还要斟酌可接入wifi/3G多种网络、网络传输的时延、浏览器的兼容性、各种网络协议的集成、应用的可扩展性等问题。总而言之,关键还是视频+网络+应用,选择一个稳定性高、性能高、集成度高、扩展性好的方案平台是成功构建网络摄像机的关键。