网络摄像头技术发展现状分析

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  【导读】读:就在2015年2月，全球市场占有率不到1%的日本佳能公司以约合人民币，74亿元收购来自瑞典的世界监控摄像头巨头Axis公司。这也从侧面休现网络摄像机正在快速发展。而这并不只是因为世界安全意识的提高，也得益于高画质的实现、高速网络的使用下系统构建更加的便利。市场己经具备基础，那技术发展现状如何呢?本文带你解读。

    网络摄像机将图像转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，使摄像机所摄的画面通过RJ-45t以太网接口或WIFIW LAN无线接口直接传逆到网络上，通过网络即可远端监视画面.

一、网络摄像机的基本原理
网络摄像机的基本原理是:图像信号经过镜头输入及声音信号经过麦克风输入后，由图像传感器的声音传感
器转化为电信号，A/D转换器将模拟电信号转换为数字电信号，再经过编码器按一定的编码标准进行编码压
缩，再控制器的控制下，由网络服务器按一定的网络协议送上局域网或IN丁ERNET，控制器还可以接收报警
信号及向外发送报警信号，且按要求发出控制信号。
网络摄像机是真正全数字化的产品，视频信号从图像传感器(如CCD. CMOS等)采集并数字化后，后继的处
理全部采用数字信号，保证了图像的清晰度，并采用网络打包和传输这些多媒体数据(视频、音频、文本信息
等)。
(一}视频采集技术
视频采集部分的核心器件一图像传感器，主要有CCD和CMOS两种，传感器性能的高低直接决定了摄像机的
级别。
(二}编码算法
1.MPEG-1、MPEG-2. MPEG-4

随着视频编码与处理算法研究的进展，针对不同应用需求，相继发布过多个图像和视频编码压缩标准。例
如，MPEG为多媒体存储媒体和数字电视应用制定的MPEG-1. MPEG-2. MPEG-4o所谓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。到目前为
止，已经制定完成并批准执行的有:1991年批准的MPEG1. MP3;1994年批准的MPEG2;1999年批准的
MPEG4和MP4。正在制定的标准有:MPEG7和MEPG21e 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，故压缩效率不高。
2.H.263. H.264. H.265
面向低码率的实时视频通信:ITU-T应用制定TH.261. H.263. H.263+, H.264. H.265o
H.263是ITU一下提出的作为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己经日臻成
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DC丁变换和“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是ITU一下的VCEG和ISO/IEC的MPEG的联合视频组开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU一下的
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是ITU一下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1 Mbps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。

3.数字音视频编解码技术标准AVS-S
面对当前及未来兴起的安防应用领域，我国AVS(Audio Videocoding Standard)工作组自主制定的先进数字音
视频编解码技术标准AVS-S。可以说视频监控编码标准的选择有很多种，但目前网络摄像机主要采用的标准
有MJPEG. MPEG4. H.264等。M-JPEG即运动静止图像压缩技术，但M-J PEG只对帧内空间冗余进行压
缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，因此压缩效率不高。MPEG-4的着眼点在于解决低带宽上音视频的传输
问题，使它成为当前网络产品生产厂商开发的重要趋势之一H.264是目前主流的解决方案，具有高压缩比、高
图像质量、良好的网络适应性，其应用范围较广，能适应不同场合，但算法复杂度较高，需要强劲的硬件支
持。

当前行业主流的编码算法有MPEG-4和H.264, MPEG-4和H.264谁将主导网络摄像机的视频编码?
MPEG-4压缩技术可获取清晰度较高的视频图像，而且可灵活设置每路的视频清晰度和压缩帧数，并且压缩
后的画面还可任意剪接。但它的缺陷也非常明显:一是丢帧现象严重、实时性差，在保证每路都必须是高清
晰的前提下，很难完成实时压缩:二是压缩效率低，传输带宽和存储空间占用大。而H.264引入了面向IP包的
编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输，支持不同网络资源下的分级编码传
输，从而获得平稳的图像质量。H.264可以在更低的带宽下实现720P. 10801/Pd的广播级高清视频分辨率。


目前，网络摄像机基本上都采用的是H.264编码芯片。但这不是说任何厂家网络摄像机的H.264算法都是好
的。因此，要对网络摄像机编码算法有一个清晰的认识和理解，以免进入误区。如果仅关心是否采用了
H.264，认为两个厂家的MPEG编码模块都实现了H.264，那么它们就会一样好。事实是，H.264标准包含一
个很大的算法集合，如MPEG-1. MPEG-2. MPEG-4都是它的子集。要实现所有的算法计算量很大，目前还
没有一个芯片能实现所有算法。而设计H.264编码芯片的过程实际上是要根据芯片的运算能力，在H.264算法
集合中选择算法子集的一个过程。因此，我们可以使用图像领域里面的主观评价法来判别编码芯片和编码算
法的好坏，如通过调低码率(比如几十kbps或一两百Kbps),调整图像的运动量，察看图像有没有丢帧、有没
有马赛克等现象，根据这些现象的程度来判断芯片的好坏。

(三}编码与网络
当前出于带宽和成本的考虑，用户要求在目前所能承受的成本下使用较高的码流来实现;这就对网络摄像机的
编码效率提出了较高的要求。网络摄像机通过网络传输数据，在网络传输上实现方式有所不间，但过大的数
据包则会导致网络堵塞，因此对编码器的内部控制非常严格，要求不能影响图像质量。随着网络摄像机实际
应用需求不断发展和变化，其对芯片编码要求越来越苛刻，在更高压缩比的前提下实现更贴近现实的场景。
如海思提供的压缩解决方案就可以实现720P@2Mbps的压缩率，比一般产品动辄要3-4Mbps才提升了了至少
50%压缩比，2Mbps的码率还有另外一个含义，就是用户可以不增加网络和存储成本的情况下升级到720P的
体验。未来随着3G4G网络的快速应用，支持各种网络的编码方式也成为重要发展方向。