'視頻監控網絡攝像機的基本原理'

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視頻監控網絡攝像機的基本原理

產品背景

網絡攝像機是傳統攝像機與網絡視頻技術相結合的新一代產品,除了具備一般傳統攝像機所有的圖像捕捉功能外,機內還內置了數字化壓縮控制器和基於 WEB 的操作系統,使得視頻數據經壓縮加密後,通過局域網,internet 或無線網絡送至終端用戶。而遠端用戶可在自己的 PC 上使用標準的網絡瀏覽器,根據網路攝像機自帶的獨立 IP 地址,對網絡攝像機進行訪問,實時監控目標現場的情況,並可對圖像資料實時編輯和存儲,另外還可以通過網絡來控制攝像機的雲臺和鏡頭,進行全方位地監控。從外部結構來看,目前市面上的網絡攝像機有一種為內嵌鏡頭的一體化機種,這種網絡攝像機的鏡頭是固定的,不可換;另外一種則可以根據需要更換標準的 C/CS 型鏡頭,只是 C 型鏡頭必須與一個 CS-C 轉換器搭配安裝。但從內部構成上說,無論是哪種機型,網絡攝像機的基本結構大多都是由鏡頭,濾光器、影像傳感器、圖像數字處理器、壓縮芯片和一個具有網絡連接功能的服務器所組成。網絡攝像機作為攝像機家族中的新成員,也有著與普通攝像機相同的操作性能,例如,具有自動白平衡、電子快門、自動光圈、自動增益控制、自動背光補償等功能。另一方面,由於網絡攝像機帶有的網絡功能,因此又可以支持多個用戶在同一時間內連接,有的網絡攝像機還具有雙通道功能,既可同時實現模擬輸出和網絡數字輸出。

產品原理

網絡攝像機一般由鏡頭、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D 轉換器、圖像、聲音、控制器網絡服務器、外部報警、控制接口等部分組成。

鏡頭作為網絡攝像機的前端部件,有固定光圈、自動光圈、自動變焦、自動變倍等種類,與模擬攝像機相同。

圖像傳感器有 CMOS 和 CCD 兩種模式。CMOS 既互補性金屬氧化物半導體,CMOS 主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,通過 CMOS 上帶負電和帶正電的晶體管來實現基本的功能的。這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。CMOS 針對 CCD 最主要的優勢就是非常省電。不像由二級管組成的 CCD 和 CMOS 電路幾乎沒有靜態電量消耗。這就使得 CMOS 的耗電量只有普通 CCD的 1/3 左右,CMOS 重要問題是在處理快速變換的影像時,由於電流變換過於頻繁而過熱。暗電流抑制的好就問題不大,如果抑制的不好就十分容易出現雜點。CCD 圖像傳感器由在單晶硅基片上呈二維排列的光電二級管及其傳輸電路構成。光電二極管把光轉化成電荷,再經轉化電路傳送和輸出。通常,傳送優良圖像質量的設備都採用 CCD 圖像傳感器,而注重功耗和成本的產品則選擇 CMOS 圖像傳感器。但新的技術正在克服每種器體固有的弱點,同時保留了適合於特定用途的某些特性。這一部分與模擬攝像機相同。

聲音傳感器即拾聲器或叫麥克風,與傳統的話筒原理一樣。

A/D 轉換器的功能是將圖像和聲音等模擬信號轉換成數字信號。基於 CMOS 模式的圖像傳感器模塊有直接數字信號輸出的接口,無須 A/D 轉換器;而基於 CCD 模式的圖像傳感器模塊如有直接數字輸出的接口,亦無須 A/D 轉換器,但由於此模塊主要針對模擬攝像機設計,只有模擬輸出接口,故需要進行 A/D 轉換。

圖像、聲音編碼器:經 A/D 轉換後的圖像、聲音數字信號,按一定的格式或標準進行編碼壓縮。編碼壓縮的目的是為了便於實現音/視信號與多媒體信號的數字化;便於在計算機系統、網絡以及萬維網上不失真地傳輸上述信號。目前,圖像編碼壓縮技術有兩種:一種是硬件編碼壓縮,即將編碼壓縮算法固化在芯片上;另一種是基於 DSP 的軟件編碼壓縮,即軟件運行在 DSP 上進行圖像的編碼壓縮。同樣,聲音的壓縮亦可採用硬件編碼壓縮和軟件壓縮,其編碼標準有 MP3 等格式。

控制器控制器是網絡攝像機的心臟,它肩負著網絡攝像機的管理和控制工作。如果是硬件壓縮編碼,控制器是一個獨立部件;如果是軟件編碼壓縮,控制器是運行編碼壓縮軟件的 DSP,即二者合而為一。

網絡服務器提供網絡攝像機的網絡功能,它採用了 RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相關網絡協議,允許用戶從自己的 PC 機使用標準的瀏覽器根據網絡攝像機的 IP 地址對網絡攝像機進行訪問,觀看實時圖像,及控制攝像機的鏡頭和雲臺。

外部報警、控制接口:網絡攝像機為工程應用提供了實用的外部接口,如控制雲臺的 485 接口,用於報警信號輸入輸出的 I/O 口。如紅外探頭髮現有目標出現,發報警信號給網絡攝像機,網絡攝像機自動調整鏡頭方向並實時錄像;另一方面,當網絡攝像機偵測到有移動目標出現時,亦可向外發出報警信號。

網絡攝像機的基本原理是:圖像信號經過鏡頭輸入及聲音信號經過麥克風輸入後,由圖像傳感器的聲音傳感器轉化為電信號,A/D 轉換器將模擬電信號轉換為數字電信號,再經過編碼器按一定的編碼標準進行編碼壓縮,再控制器的控制下,由網絡服務器按一定的網絡協議送上局域網或 INTERNET,控制器還可以接收報警信號及向外發送報警信號,且按要求發出控制信號。

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