近年來，網絡攝像機在國內市場開始強勢抬頭，其以安裝方便、配置簡單、網絡結構清晰，圖象質量好等優勢和特點，逐漸被市場認可。

    2007年至2008年，網絡攝像機不斷在國內外市場中“攻城拔寨”，步步“蠶食”編碼器市場份額。尤其是平安城市、北京奧運會、上海世博會作為當前網絡攝像機發展的助推力，使得網絡攝像機在中國的應用市場中，數量開始呈現幾何倍數地增長，目前網絡攝像機正在以超過100％的速度增長。業內普遍預測，經過未來兩到三年的市場拓展，網絡攝像機將成為視頻監控市場的主流，我們也相信，網絡攝像機會在未來幾年將逐步成為監控領域里一個主流的產品。在數字化和網絡化概念沖擊模擬技術的時代，我們如何運用數字化和網絡化的思維來認識視頻監控產品，尤其是網絡攝像機？

    首先，我們必須了解編碼器，網絡攝像機之間的區別。

    一、編碼器、網絡攝像機監控系統的基本架構特征對比

    編碼器:

    網絡攝像機:

    從上圖可知 編碼器、網絡攝像機建設監控系統的一個基本架構特征：

    編碼器：模擬攝像機+ 模擬視頻傳輸線 + 網絡存儲系統

    網絡攝像機: 內嵌攝像頭+網絡存儲系統

    二、攝像頭解決方案的對比

    編碼器的攝像頭解決方案采用的是模擬技術，即模擬攝像機+ 模擬傳輸線。其工作原理是，模擬視頻信號通過模擬傳輸線，再傳送給編碼器，然后進行數字化、編碼、網絡傳輸、存儲。

    而大家知道，模擬攝像機輸出的信號是CVBS格式的視頻信號， 由于受到N/P制規范的約束，CVBS信號支持的最大分辨率為D1，即P制下704x576或N制下 704x480，也就是說CVBS的最高像素僅僅在36萬左右，而且這種像素分辨率是隔行的。

    當對圖像質量要求更高時，比如百萬像素，或者逐行圖像時（CMOS輸出的都是逐行圖像），標準的CVBS信號的傳輸方式是無法實現的。當然也可以專門為高解析度的圖像設計專用的傳輸線路，但是這種線路需要采用千兆同軸電纜或光纖才可能實現，很顯然，高昂的成本是廠家或用戶無法接受。因此編碼器的這種攝像頭解決方案，是難以設計出高解析度的產品。

    模擬傳輸線路的另一個問題是：模擬信號在傳輸過程中損耗很大，隨著傳輸距離的增加，信噪比急劇增加，這就使得圖像質量迅速下降，并且由于在傳輸過程中引入了大量噪聲，這就使得編碼器的視頻壓縮編碼難度增加，也使得視頻的碼率會成倍上升，進而使得在低帶寬的網絡下傳輸難度增加，也使得視頻存儲的硬盤空間需求加大，也就是說模擬傳輸不僅使得圖像質量容易降低，也使傳輸和存儲的成本增加。

    另外，模擬傳輸線路還有一個問題是：不安全！大家都知道，CVBS信號格式是一個開放的標準，視頻信息在同軸電纜上傳輸時，沒有任何加密和認證機制。只要知道視頻電纜的位置，任何人可以通過移花接木的手段來觀看和切換視頻。大家看過歐美的一些大片電影，如“偷天換日”，“緊急迫降”等電影里的場景，那些犯罪者就是通過移花接木的方式來切換視頻信號，以逃避視頻監控人員的視頻監控。也就是說模擬傳輸線路無法保證視頻信號的安全。

    相反，網絡攝像機由于是采用了內嵌攝像頭的解決方案，攝像頭感光器件獲得的圖像不需要遠程傳輸，直接傳輸給編碼模塊，這就回避了N/P規范的制約問題，避免了CVBS信號對圖像解析度限制的問題，也就是說網絡攝像機能夠提供高質量、低碼率的圖像，圖像解析度可支持百萬像素以上、也可支持逐行的圖像。另外，網絡攝像機的視頻信號可以進行安全加密，這就確保了傳輸過程的安全，進而可以有效地防范非法用戶的竊聽和篡改。

    我們說，為什么會有網絡攝像機這種產品？其根本原因就在于此。

    三、網絡攝像機原理架構及技術分析

    當今隨著網絡技術的迅速發展，網絡攝像機技術被逐漸到應用到我國安全防范領域。在近期安防展上，一些公司就展示出了新型的網絡攝像機超低碼流網絡攝像機，其原理結構與主要特點如下。

    其工作過程為：光傳感模塊采集視頻，將其傳送給MPEG編碼模塊進行編碼；拾音器采集語音，將其傳給音頻編碼模塊進行編碼；最后，音視頻傳輸模塊將編碼后的音視頻流通過IP網絡傳輸到CMS中心。根據其基本結構，我們可以看到網絡攝像機有4個技術關鍵點。

    1、光傳感模塊

    該模塊設計的關鍵在于準確地配置光傳感芯片， 使其在各種光的環境下圖像質量都好，另外要盡可能抑制電子噪聲（因為MPEG編碼算法對噪聲編碼效率很低，信噪比較低有噪聲時，MPEG編碼時碼率會成倍的增加）。對該模塊的設計，傳統的模擬Camera廠家有一定的技術優勢。

    2、MPEG視頻編碼模塊

    1）編碼格式是否符合標準

    因為，標準就意味著能實現不同平臺，不同廠家產品的互連互通；標準也意味構建大型系統（電信級別系統）時所帶了的成本優勢。關于標準格式的碼流很容易判別，只需要使用微軟的Media player或蘋果的QuickTime，看看它們能否播放錄制的視頻流文件即可。

    行業主流的編碼算法有MPEG-4和H.264， 理論上H.264的碼率為MPEG-4的一半。但這不是說任何廠家的H.264算法都是好的。

    對編碼算法的誤區認識：那就是僅關心是否采用了H.264，認為如果兩個廠家的MPEG編碼模塊都實現了H.264，那么它們就會一樣好。事實是，H.264標準包含一個很大的算法集合，其中包含了20多年來對視頻編碼的所有研究成果，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4都是它的子集。因此，要實現所有的算法計算量很大，目前還沒有一個芯片能實現所有算法。而設計H.264編碼芯片的過程實際上是要根據芯片的運算能力，在H.264算法集合中選擇算法子集的一個過程。哪家芯片選擇的算法子集好，其壓縮出來的圖像質量就越好。可惜，這對于芯片設計公司來說是技術秘密，客戶不能獲得這個信息。

    那么怎樣判別一個H.264芯片的好壞呢？我們可以使用圖象領域里面的主觀評價法來判別編碼芯片和編碼算法的好壞，如通過調低碼率（比如幾十kbps或一兩百Kbps），調整圖像的運動量，察看圖像有沒有丟幀、有沒有馬賽克等現象，根據這些現象的程度來判斷芯片的好壞。目前，我國安防公司的網絡攝像機基本上都采用的是真正的H.264芯片，不僅保證了視頻壓縮質量，也極大地減小了傳輸碼流。

    3、音頻編碼模塊

    我們相信大多數人的直覺是音頻編碼是很簡單的。實際的事實是，如果客戶想要網絡攝像機通過低帶寬的網絡（如CDMA、甚至未來的3G、IP公網）傳送音頻時，音頻編碼會變得比較關鍵。其根本的原因是當網絡帶寬較低時，數據在IP網絡傳輸時會丟包。對于視頻來講，因為視頻的前后幀之間的關聯度很大（前后幀基本是相同的），數據是可以丟幀的，丟掉一些幀后，并沒有丟失太多有用的信息。但是，對于聲音來講就不行，前后部分的音頻幀卻沒有任何預測關聯特性的，如果一段聲音丟棄了，這段聲音就徹底沒有了。

    目前的網絡攝像機大多數采用G711或G726音頻壓縮算法，它們的碼率為64Kbps和28Kbps。大家想象一下，低帶寬網絡通常在100bps以下，這點帶寬傳輸音頻數據都很勉強。一個較好的算法是G723.1，其帶寬僅為6.3Kbps。目前我國一些公司的網絡攝像機音頻采用的就是G723.1的壓縮算法，極大的減小了網絡帶寬。

    4、音視頻流傳輸軟件模塊

    大家知道，IP網的帶寬是共享的，網絡線路帶寬有限、路由器的吞吐率也有限，因此當負載較大時，數據的傳輸會發生丟包現象。音視頻流在網絡上如果采用可靠的TCP進行傳輸，TCP發現丟包后會進行重發，這樣進一步會加重網絡的負載壓力，負載壓力加大后，丟包頻率就會更頻繁，進而又使重發量加大，形成惡性循環后，嚴重到甚至會使網絡崩潰。

    因此，音視頻流在IP網絡上要采用不可靠的UDP進行傳輸，而UDP是一個不可靠的傳輸協議，這意味著音視頻流會被網絡丟包。

    如果音視頻流丟包嚴重，遠程觀看視頻時，就會看到圖像停頓、馬賽克等現象。音視頻傳輸軟件模塊的設計目標就是盡量減少丟包。其主要實現的的技術就是動態預測網絡帶寬，自適應地根據網絡帶寬控制MPEG編碼模塊的參數，決定如何來發送音視頻包，以使丟包量減到最小。

    這就對網絡攝像機廠家的軟件開發能力、算法研究能力帶來了很大的挑戰和考驗。網絡攝像機最終的圖像質量如何，特別是較低帶寬的網絡下傳輸時圖像質量如何，實際上要取決于廠家的軟件研發的實力。

    四、結語

    隨著行業應用的深入，科技水平的發展，監控系統也逐漸由模擬轉入了數字階段，未來網絡攝像機的應用也會越來越多，讓我們把握機會，迎接安防領域純數字階段的到來。