网络摄像机的构建与安装细则

        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。