网络摄像机结构编码标准详细解读

网络摄像机结构、编码标准详细解读

网络摄像机是传统摄像机与网络视频技术相结合

的新一代产品，除了具备一般传统摄像机所有的图像捕捉功能外，机内还内置了数字化压缩控制器和基于WEB的操作系统，使得视频数据经压缩加密后，通过局域网，Internet 或无线网络送至终端用户。网络摄像机的应用，使得图像监控技术有了一个质的飞跃。第一，网络的综合布线代替了传统的视频模拟布线，实现了真正的四线（音频、视频、数据、电源）合一，网络摄像机即插即用，工程实施简便，系统扩充方便；第二，跨区域远程监控成为可能，特别是利用互联网，图像监控已经没有距离限制，而且图像清晰，稳定可靠；第三，图像的存储、检索十分安全、方便、可异地存储，多机备份存储以及快速非线性查找等。下图为典型的网络摄像机在视频监控中的应用拓扑图。

一、网络摄像机的技术结构大家可以看到，网络摄像机可以直接接入到TCP/IP的数字化网络中，因此这种系统主要的功能就是在联网上面，通过互联网或者内部局域网进行视频和音频的传输。从内部构成上说，网络摄像机的基本结构一般都是由图像传感器、视频编码器、网络服务器、外部报警、控制接口等部分组成。相比较传统的模拟摄像机，网络摄像机最核心的技术就是视频编码器。现在，就网络摄

像机的各部分我们做一个技术分析，然后再重点分析一下核心的视频编码器部分。*图像传感器：传统的模拟摄像机，就是通过图像传感器采集视频信息，然后直接输出是模拟的视频信号，通过视频线对外输出。现在摄像机的图像传感器主要有2种，即CMOS和CCD.由于CCD在图像质量方面比CMOS有一定的优势，但CMOS近年技术发展，性价比较高，在监控市场占有率逐年提高，因此现在监控工程中使用的图像传感器主流是CMOS,而CCD的主流厂商大部分是日本企业，比如Sony、Sharp等，几乎占了全球CCD市场的90%以上份额。*视频编码器：其功能是把CCD的视频信号按照一定的格式进行数字化编码，有些是直接抓取CCD输出的BT.656的信号，有些是采集CCD驱动输出的模拟信号，通过一个视频AD进行模拟数字转化。视频编码的标准很多，现在主要的网络摄像机的标准有MJPEG、MPEG4、H.264和H.265。*网络服务器：其功能是把压缩好的视频信号，通过TCP/IP的协议输出，并且基本上要支持现阶段主流的通信格式，比如支持PPPOE、DNS、UDP、TCP等等。*外部报警和控制接口都是网络摄像机的辅助功能，主要是通过串口或者IO口来实现，串口的方式包括RS232和RS485等等。

二、图像的编码标准

当前，网络摄像机的图像压缩编码标准主要有M-JPEG、

MPEG4、H.263、H.264、H.265等，下面我们对这些技术再做一个简单介绍。M-JPEG M-JPEG技术即运动静止图像压缩技术，它把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩技术方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧地编辑。但M-JPEG只对帧内地空间冗余进行压缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，因此压缩效率不高。MPEG4 MPEG 标准就是指由ISO的活动图像专家组制定的一系列关于音视频信号以及多媒体信号的压缩与解压缩技术的标准。MPEG-4的着眼点在于解决低带宽上音视频的传输问题，在164KHZ的带宽上，MPEG-4平均可传5-7帧/秒。采用MPEG-4压缩技术的网络型产品可使用带宽较低的网络，如PSTN，ISDN，ADSL等，大大节省了网络费用。另外，MPEG-4的最高分辨率可达720×576，接近DVD画面效果，基于图像压缩的模式决定了它对运动物体可以保证有良好的清晰度。MPEG-4所有的这些优点，使它成为当前网络产品生产厂商开发的重要趋势之一。H.263 H.263是ITU-T提出的作为H.324终端使用的视频编解码建议，H.263经过不断地完善和多次的升级已经日臻成熟，如今已经大部分代替了H.261，而且H.263由于能在低带宽上传输高质量的视频流而日益受到欢迎。H.263是基于运动补偿的DPCM的混合编码，在运动补偿的DPCM混合编码，在运

动搜索的基础上进行运动补偿，然后运用DCT变换和“之”

字形扫描编码，从而得到输出码流。H.263在H.261建议的基础上，将运动矢量的搜索增加为半象素点搜索；同时又增加了无限制运动矢量、基于语法的算术编码、高级预测技术和PB帧编码等四个高级选项；从而达到了进一步降低码速率和提高编码质量的目的。H.264 H.264是ITU-T 的VCEG（视频编码专家组）和ISO/IEC的MPEG（活动图像编码专家组）的联合视频组（JVT:joint video team）开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。在相同的重建图像质量下，H.264能够比H.263节约50%左右的码率，比目前根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33%左右。

H.265 H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264，保留原来的某些技术，同时对一些相关的技术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置。具体的研究内容包括：提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降低复杂度等。H264由于算法优化，可以低于1Mbps的速度实现标清数字图像传送；H265则可以实现利用1~2Mbps的传输速度传送720P（分辨率1280*720）普通高清音视频传送。

三、主流的核心解决方案刚才我们介绍，传统的模拟摄像机和网络摄像机，主要的区别就是网络摄像机把传统的模拟摄像机的模拟视频信号转化为一定标准的数字信号，并通过TCP/IP的协议进行传输，同时带有一定的外部报警和控制接口的辅助功能。现在，核心的网络摄像机解决方案都是采用一个芯片来完成视频压缩和网络服务器的核心功能。现阶段，网络摄像机的主要解决方案有DSP和ASIC两大阵营，DSP方面，主要有TI、ADI、Trimedia、Ambarella等，而ASIC解决方案中，近期比较成功的有映佳和海思的方案，下面我们就这些核心方案进行一个分析。TI（Texas Instruments）是美国德州仪器的简称，总部位于美国德克萨斯州的达拉斯，是全球知名的半导体企业，主要从事模拟电路和数字信号处理技术的研究，其具有代表性的DaVinci- DM3x ARM9视频处理器解决方案在安防行业有着广泛的应用。1951年更名为德州仪器，并开始进入半导体市场，至今在多个市场领域占有重要份额。当安防领域的视频监控从模拟阶段发展到数字压缩处理阶段后，TI在安防视频压缩领域逐渐暂居主导地位。在IPC领域有代表性的解决方案是DM355、DM365、DM368，以及最新推出的DM369，DM388。海思（Hisilicon）海思半导体有限公司成立于2004年10月，前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心。海思公司总部位于深圳，在北京、上海、美国硅