徐強(qiáng)

（四川長虹電子系統(tǒng)有限公司 四川省綿陽市 621000）

1 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的特點

常見的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的信號處理流程如圖1所示。

信號處理流程為：經(jīng)過鏡頭成像后的光信號經(jīng)過CCD/CMOS轉(zhuǎn)化成電信號后，進(jìn)入到主芯片內(nèi)部進(jìn)行ISP(光信號處理)和數(shù)字信號處理，然后按照MPEG-4/H.264 進(jìn)行編碼壓縮后，輸出到PHY芯片封裝成網(wǎng)絡(luò)圖像碼流信號,最終通過網(wǎng)絡(luò)接口RJ45 輸出。對于部分網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可能還同時具有本地CVBS 信號，這就需要在DSP 的后面再增加一個CVBS 信號的編碼芯片。

隨著DSP 技術(shù)的發(fā)展，很多原本只能在攝像機(jī)后端完成的智能分析的功能也逐步集成到攝像機(jī)的內(nèi)部。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)有如下優(yōu)點：

1.1 高清晰度

由于CCD/CMOS 光電轉(zhuǎn)換后的信號直接進(jìn)行數(shù)字信號處理，與模擬攝像機(jī)相比，省去了中間的A/D 轉(zhuǎn)換過程，這在一定程度上保留了更多的圖像細(xì)節(jié)，也省去了模擬信號需要接網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器時的A/D。

對于一般的模擬攝像機(jī)的清晰度，也就再450 線左右，對于比較特殊的模擬攝像機(jī)，比如超銳類型，可以達(dá)到600 線左右，而對于720P的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，由圖2和圖3所示，清晰度已經(jīng)超過了800線，如果測試卡允許的話，估計可以達(dá)到1000 線以上。清晰度的提升，直接帶來的就是更多的局部細(xì)節(jié)的表現(xiàn)。

1.2 更經(jīng)濟(jì)更省錢

由于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)相當(dāng)于一個WEB 服務(wù)器，可以直接與Internet連接，所以省去視頻服務(wù)器/硬盤錄像機(jī)以及價格相對雙絞線更昂貴的同軸線纜的費用，而且布線簡單快捷，施工及后續(xù)的管理工作更方便快捷。如果采用Wi-Fi、3G 無線傳輸?shù)脑?，那更是省去了大量的人工和物料成本?/p>

另外，由于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)輸出的信號一般為720P 以上的信號，視角范圍比普通的模擬攝像機(jī)更大，這在單位面積上監(jiān)控點的密度能夠有效的降低。

1.3 方便后端功能的開發(fā)

由于圖像后端的智能分析都是數(shù)字信號，因此對于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)這種基于像素點的數(shù)字信號，將更有利于后端進(jìn)行各種圖像智能分析。

2 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的基本原理

圖2所示的是一款簡單的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（槍機(jī)）的組成圖，在其基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行功能的擴(kuò)展，如紅外、無線、云臺等等。

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的基本原理是：圖像信號經(jīng)過鏡頭輸入，聲音信號經(jīng)過麥克風(fēng)輸入后，由圖像傳感器及聲音傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，即由A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，再經(jīng)過編碼器按一定的編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼壓縮，在控制器的控制下，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器按一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議送上局域網(wǎng)或Internet 網(wǎng)，控制器還可以接收報警信號及向外發(fā)送報警信號，且按要求發(fā)出控制信號。

圖1：網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的信號處理流程

圖2：網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)

圖3：基本的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的基本結(jié)構(gòu)大多都是由鏡頭、濾光器、圖像傳感器、聲音傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、圖像及聲音編碼器和一個具有網(wǎng)絡(luò)連接功能的服務(wù)器所組成。下面將大概介紹各個組成部分的功能。

3 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)技術(shù)的發(fā)展

由于技術(shù)發(fā)展的限制，目前市場上主流的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是720P（1280×720）的。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案提供商主要有MAXIM、TI、海思、ADI 等，虹微的Apollo-pro 芯片也能支持720P 輸出；另外對于1080P高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的方案商有MAXIM、安霸、升邁等，但由于技術(shù)及價格的限制，1080P 的攝像機(jī)的普及尚需時日。因此，這里主要介紹720P 的方案。

3.1 硬件平臺

MAXIM、TI、海思三種方案采用了基本類似的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)體系架構(gòu)：以視頻采集及處理引擎作為核心，根據(jù)具體實現(xiàn)功能，再進(jìn)行接口電路擴(kuò)展硬件平臺。

MAXIM 及華為海思均采用硬件ASIC 圖像編解碼，同時采用嵌入式ARM 處理器進(jìn)行管理調(diào)度；

表1：MAXIM、海思、TI 的編碼、壓縮方式比較

TI 則采用了其所擅長的DSP 芯片技術(shù)。DSP 芯片技術(shù)靈活性好，易于修改等優(yōu)點，特別適合大公司在全面掌握芯片技術(shù)后，根據(jù)市場需求進(jìn)行深入二次開發(fā)，；但是掌握其技術(shù)并推出適當(dāng)產(chǎn)品所需要的人力物力及時間均較長，比如像?？低曔@種有多年DSP開發(fā)經(jīng)驗和龐大技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊的公司；同DSP 技術(shù)相比，硬件編解碼技術(shù)具有穩(wěn)定性好，平均處理時延短，開發(fā)投入成本低等優(yōu)點，特別適合中小公司采用。

3.2 軟件平臺

MAXIM 及華為海思均采用Linux 系統(tǒng)；TI 采用其專用的系統(tǒng)及開發(fā)工具。

3.3 編碼格式及性能

TI 公司的參考方案無法支持H.264 編碼；

- MAXIM 及華為海思方案大致相同，但MAXIM 提供更高級別的H.264 壓縮編碼方式（HD H.264 L4.1），使MAXIM 方案在壓縮速度及效率方面更有優(yōu)勢。

三種方案的編碼、壓縮方式比較如表1所示。

圖3為三個廠家解決方案的大致體系架構(gòu)。

各部分功能介紹如下：

3.3.1 Sensor Board

Sensor Board 主要是鏡頭成像后的圖像光電轉(zhuǎn)化為電信號以及通過拾音器將聲音轉(zhuǎn)為電信號后，輸出給DSP Board。印制板為4層結(jié)構(gòu)。

3.3.2 I/O Board

I/O Borad 主要提供攝像機(jī)的對外接口，包括電源輸入接口、CVBS 信號輸出接口、自動光圈控制接口、自動紅外濾光控制、RS485 控制、PoE 供電以及局域網(wǎng)的一些驅(qū)動接口。印制板為2 層板結(jié)構(gòu)。

3.3.3 DSP Board

DSP Board 是攝像機(jī)系統(tǒng)的核心組成，主要負(fù)責(zé)信號處理，包含主芯片、DDR、Flash、PHY 芯片、音視頻編解碼芯片、實時時鐘控制芯片，并提供網(wǎng)絡(luò)接口RJ45、CVBS 輸出RCA 接口、USB/Mini-USB 接口、debug 接口、SD 卡接口。印制板為8 層板結(jié)構(gòu)。

對于任何一款會大規(guī)模應(yīng)用的電子產(chǎn)品而言，成本永遠(yuǎn)都是最為敏感的因素。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的成本除主芯片方案的成本以外，主要還會和產(chǎn)品實現(xiàn)功能多少、生產(chǎn)數(shù)量有關(guān)，并且，在一臺高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，主芯片成本并不占主要，比如，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中所用的CMOS 傳感器價格就可能比主芯片方案價格要高，這和液晶電視方案中主芯片成本占據(jù)主板成本1/3 以上的情況是截然不同的。

表2：某方案網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的BOM 成本

表2是某個方案的大概BOM 成本：

目前720P 的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的出廠成本基本控制在500 塊人民幣以內(nèi)，終端用戶的價格基本在2000 千塊左右，扣除中間環(huán)節(jié)的費用，制造企業(yè)基本還能有200～400 的凈利潤。但隨著市場競爭的加劇，特別是海思Hi3512 這類中低端方案的廝殺，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的開發(fā)和制造正逐步像山寨手機(jī)一樣的山寨怪圈，生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品盈利能力正迅速的降低。

為增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的市場盈利能力，眾多廠家分分開始支持1080P 輸出網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的開發(fā)，這其中也包括海思。相信在海思的1080P 芯片大量涌入市場前，有開發(fā)能力的廠家尚可憑借自身的技術(shù)能力占據(jù)一定的市場份額，并獲得較高的利潤空間；待海思1080P 的芯片進(jìn)入市場后，也許攝像機(jī)行業(yè)的洗牌就正式拉開了幃幕，眾多沒核心技術(shù)、市場渠道的中小公司將出局。

雖然網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在2000年的時候就已經(jīng)有零星的產(chǎn)品上市，但一直沒有量產(chǎn)，主要是我國受網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響，以及網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)自身的性能和價格方面的影響不過現(xiàn)在隨著光纖網(wǎng)絡(luò)、特輥是3G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，DSP 技術(shù)的越來越成熟，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)越來越適用了。