网络摄像机(ipc)

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1、智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 第七章第七章 网络摄像机机（网络摄像机机（IPCIPC）技术）技术 7.1 IPC产品介绍 205 7.1.1 IPC的定义 205 7.1.2 IPC的主要功能 207 7.1.3 IPC的分类 207 7.1.4 IPC的优势 208 7.1.5 IPC的常用术语介绍 211 7.2 IPC 组成及工作原理 212 7.2.1 IPC的硬件构成 212 7.2.2 IPC的软件构成 215 7.2.3 IPC的工作原理 21

2、6 7.3 IPC数据的网络传输 217 7.3.1 网络传输协议介绍 217 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 第七章第七章 网络摄像机机（网络摄像机机（IPCIPC）技术）技术 7.3.2 视音频流的传输 219 7.3.3 控制信号的传输 219 7.4 IPC的核心技术 219 7.4.1 光学成像技术 220 7.4.2 视频编码算法 220 7.4.3 编码压缩芯片 221 7.4.4 视频分析技术 221 7.5 IPC的亮点功能 222 7.5.1 IPC的3G功能 222 7.5.2 PoE技术 223 7.5.3 本地缓存功能 224 7.5.4 DD

3、NS支持 225 7.5.5 IPC的安全通信 225 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 第七章第七章 网络摄像机机（网络摄像机机（IPCIPC）技术）技术 7.5.6 报警改变帧率技术 226 7.5.7 IPC的多码流技术 227 7.5.8 视频质量控制Qos 228 7.5.9 视频移动探测 229 7.6 IPC的选型要点 229 7.6.1 IPC的主要参数 229 7.6.2 图像质量 229 7.6.3 网络适应性 230 7.6.4 编码压缩算法 230 7.6.5 系统安装与升级 230 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 第七章第

4、七章 网络摄像机机（网络摄像机机（IPCIPC）技术）技术 7.6.6 产品许可授权方式 231 7.6.7 二次开发与集成 231 7.6.8 厂商产品线考察 231 7.7 IPC的应用设计 232 7.7.1 需求分析 232 7.7.2 系统架构 233 7.7.3 带宽与存储设计 234 7.7.4 系统主要功能 234 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.1.1 IPC7.1.1 IPC的定义的定义 网络摄像机，也叫IP摄像机，即IP Camera，简称IPC，近几年得益 于网络带宽、芯片技术、算法技术、存储技术的进步而得到大力发 展。IPC的特点主要体现在

5、“IP”上，即支持网络协议的摄像机， IPC可以看成是“模拟摄像机+视频编码器”的结合体，从图像质量 指标讲，又可实现高于“模拟摄像机+视频编码器”能达到的效果。 IPC是新一代网络视频监控系统中的核心硬件设备，通常采用嵌入式 架构，集成了视频音频采集、信号处理、编码压缩、智能分析、缓 冲存储及网络传输等多种功能，再结合录像系统及管理平台，就可 以构建成大规模、分布式的智能网络视频监控系统。 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 图图 7.1 IPC应用示意图应用示意图 7.1.1 IPC7.1.1 IPC的定义的定义 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子

6、7.1.2 IPC7.1.2 IPC的主要功能的主要功能 视频编码：采集并编码压缩视频信号 音频功能：采集并编码压缩音频信号 网络功能： 编码压缩的视音频信号通过网络进行传输 云台、镜头控制功能：通过网络控制云台、镜头的各种动作 缓存功能：可以把压缩的视音频数据临时存储在本地的存储介质 报警输入输出：能接受、处理报警输入/输出信号，即具备报警联动功能 移动检测报警：检测场景内移动并产生报警 视频分析：自动对视频场景进行分析，比对预设原则并触发报警 视觉参数调节：饱和度、对比度、色度、亮度等视觉参数的调整 编码参数调节：帧率、分辨率、码流等编码参数可以调整 系统集成：可以与视频管理平台集成，实现

7、大规模系统监控 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.1.4 IPC7.1.4 IPC的优势的优势 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 在模拟摄像机中，CCD传感器所产生的模拟信号首先经过模/数 （A/D）转换器转换为数字信号，然后由摄像机内置的DSP芯片进行 信号处理，如增益、降噪、背光补偿等处理。经过DSP处理后的数 字信号又经过数/模（D/A）转换重新转化为模拟信号，用于在同轴 电缆上进行传输，然后传输至DVR或DVS后再次进行模/数（A/D） 转换来完成编码压缩工作，这样多次模/数、数/模转换过程牺牲了 大量图像质量。 7.1.4 IPC7.1

8、.4 IPC的优势的优势 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 分辨率 图象分辨率是度量数码图像清晰程度的一种方法：分辨率越高，图 像清晰程度就越高。分辨率可以通过纵向（宽度）像素数横向 （高度）像素数来表达，如320240。 CIF CIF即通用中间格式。在PAL制式下，CIF是352288像素，在NTSC 制式下CIF是352 240像素的视频分辨率。 帧率 帧率(FPS)用于描述视频流更新的频率，用帧/秒表示，当帧率达到 每秒钟25帧以上(PAL)人眼认为视频是实时的。 HTTP HTTP即超文本传输协议，为网站上运行的文件（文本，图形，声音， 视频和其它多媒体文件）设

9、定规则，HTTP协议在TCP/IP协议组的上 端运行。 7.1.5 IPC7.1.5 IPC的常用术语的常用术语 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.2.1 IPC7.2.1 IPC的硬件构成的硬件构成 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.2.1 IPC7.2.1 IPC的硬件构成的硬件构成 IPC的硬件构成一般包括镜头、图像传感器、声音传感器、信号处理器、 模/数转换器、编码芯片、主控芯片、网络及控制接口等部分组成。光线 通过镜头进入传感器，然后转换成数字信号由内置的信号处理器进行预 处理，处理后的数字信号由编码压缩芯片进行编码压缩，最后通过网

10、络 接口发送到网络上进行传输。IPC的硬件构成如图7.7所示。 从上图可以看出，独立芯片+CPU（主控芯片系统）的架构中，编码压缩 工作与系统主控工作分别在两个独立芯片上完成；而在SOC的架构中， 系统的SOC除了要做视频的编码压缩工作外，还需要处理系统数据及网 络传输。 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 CCD 及及 CMOS 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.2.2 IPC7.2.2 IPC的软件构成的软件构成 图图 7.8 IPC软件构成示意图软件构成示意图 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 IPC的软件构成一般包括操

11、作系统、应用软件、编码算法、底层驱动 等几部分，IPC的稳定性非常重要，通常采用嵌入式Linux操作系统， 其具有低成本、开放源码、高安全性及移植性好等优点，是目前IPC 的主流OS。在视频编码算法上，MPEG-4是目前的主流，但是H.264 是未来的方向，H.264相对于MPEG-4算法能够节约一半左右的码流， 但是其算法复杂度也大大提高，因此需要更强的芯片处理能力支持。 通常，出于可靠性及灵活性考虑，IPC的软件采用分层的架构。如图 7.8所示，其自下而上分为四层，分别是设备驱动层、操作系统层、 媒体层（多媒体库和网络协议栈）及应用层。 7.2.2 IPC7.2.2 IPC的软件构成的软件

12、构成 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.3.1 7.3.1 网络传输协议网络传输协议 图图 7.9 主要网络协议构成示意图主要网络协议构成示意图 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.3.1 7.3.1 网络传输协议网络传输协议 在网络视频监控系统应用中，主要有两种数据需要传输，一种是视 音频流的传输，即“数据通道”，一种是控制信息的传输，即“信 令通道”。其中视音频流的特点是数据信息量大，占用绝对的带宽 资源，实时性要求高，但是少量的信息丢包是可以接受的；而控制 信息的特点是信息量比较少，但是传输要求绝对高质量、高可靠， 不允许丢包。 智能高清

13、视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.3.2 7.3.2 视音频流数据传输视音频流数据传输 图图 7.10 IPC的数据通道及信令通道示意图的数据通道及信令通道示意图 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 视音频流传输过程中，视音频流首先以RTP协议进行封装, 再用UDP 协议对RTP数据包进行封装, 最后由IP网络层封装为IP数据包, 发送到 网络上进行传输。RTP本身不提供可靠的传送机制以及流量控制或 拥塞控制, 它依靠RTCP提供这些服务。 在RTP会话期间, 各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已 发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计

14、资料。基于RTCP 的反馈机制, 发送端可以评估网络状态和接收端情况，及时利用这些 信息动态改变传输速率甚至有效载荷（Playload）类型，以尽可能 地解决网络实时数据传输中出现的不可预测的延迟、抖动等问题。 基于发送端的码率控制主要有改变编码量化参数、丢帧和帧率控制 三种方法。 7.3.2 7.3.2 视音频流数据传输视音频流数据传输 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 7.4.2 7.4.2 码流码流 帧率与分辨率帧率与分辨率 图图 7.11 不同压缩方式效率对比示意图不同压缩方式效率对比示意图 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 在本书DVS章节

15、，已经介绍过PoE技术，PoE技术在IPC上比DVS上更 加适用。PoE（Power Over Ethernet），指的是通过以太网为网络 设备提供电力的技术，PoE技术遵循于IEEE 802.3af标准，在不降低 网络数据通讯性能的基础上对网络设备进行供电，是IT行业的一个 成熟标准。将PoE技术引入到IPC系统应用中，可以解决IPC单独供 电的施工及线缆敷设成本，并便于管理。此外，还可以与UPS系统 配合使用，提高系统电源的稳定性和可靠性。 IEEE 802.3af标准规定的受电设备的功率在12.95瓦以下，基本可以 满足各普通固定类IPC的供电需求，而对于PTZ式IPC或快球式IPC，

16、由于功率稍高因此可能仍然需要另外单独供电。现在，大多数厂商 提供的网络交换机都支持PoE功能。如果已经装了相应的普通交换 机设备，需通过给交换机增加中跨（Midspan）以实现PoE的功能支 持，其中，中跨的主要作用是给网线加载电源。 7.5.2 POE7.5.2 POE技术技术 智能高清视频监控原理精解与最佳实践 课件制作人：西刹子 闭路电视监控系统中，系统采用点对点连接，系统中没有任何加密 或认证机制，如果想截获或者破坏视频信号，仅仅需要物理连接到 这个闭路系统中，采用搭线的方式或切换视频源的方式对视频信号 进行截获或破坏。 对于网络视频监控系统，数据包直接在开放的网络环境中传输，因 此，视频数据及控制数据在中途遭到截取是个风险，但是，由于其 采用数字化网络化架构，因此可以实现多种安全保护机制。IPC的数 据安全保护通常有三种方式，IP过滤方式、用户名及密码方式、数 据加密方式。在访问网络摄像机时，一般可以提供多级用户管理机 制和IP过滤机制，不同级别的用户(IP地址)有不同的访问权限，这种 机制满足