互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議攝像機和H.264壓縮技術(shù)在安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

　摘要：本應(yīng)用筆記介紹了安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)中高級互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)攝像機與模擬攝像機的應(yīng)用差異。與傳統(tǒng)產(chǎn)品不同，IP攝像機能夠支持高清(HD)圖像、本地數(shù)據(jù)存儲、圖像分析以及遠(yuǎn)程控制功能。本應(yīng)用筆記還詳細(xì)描述了H.264視頻壓縮技術(shù)在IP攝像機網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，簡單介紹了Maxim的Mobicam3 IP攝像機參考設(shè)計。

引言

　　閉路電視系統(tǒng)(CCTV)中的IP攝像機按照互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)通過以太網(wǎng)鏈路傳輸音頻、視頻數(shù)據(jù)以及控制信號。與傳統(tǒng)的模擬安全監(jiān)控攝像機相比，它們具有眾多優(yōu)勢。模擬攝像機一般通過同軸電纜傳輸模擬NTSC/PAL信號。與模擬攝像機不同的是：IP攝像機支持高清(HD)畫面、智能分析、本地視頻存儲和遠(yuǎn)程控制。

　　在帶有圖像分析、視頻加密(防止黑客攻擊)以及能夠?qū)⒁曨l數(shù)據(jù)打包成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的IP攝像機中，通常采用視頻壓縮技術(shù)。壓縮后的視頻數(shù)據(jù)流發(fā)送到混合型數(shù)字視頻錄像機(DVR)或網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(NVR)進(jìn)行存儲、回放和顯示。IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)允許安全監(jiān)控人員進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送平移/傾斜/縮放(PTZ)命令，控制中心可以對跨區(qū)域或多地點安全監(jiān)控攝像機進(jìn)行控制。

　　低功耗攝像機設(shè)計可通過以太網(wǎng)供電(PoE)，無需額外電源。采用同一電纜傳輸數(shù)據(jù)和電源，PoE安裝可大大降低布線成本。有些情況下，也可以由無線網(wǎng)絡(luò)(例如Wi-Fi?)代替以太網(wǎng)，方便了攝像機布局。這一點對于那些還沒有提供以太網(wǎng)的家庭安全監(jiān)控攝像機尤其重要，此時采用“云計算” DVR代替物理DVR。

多媒體流H.264和運動JPEG壓縮技術(shù)

　　在同等圖像質(zhì)量情況下，H.264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的壓縮比大約是早期MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的2倍。H.264標(biāo)準(zhǔn)中，“高端類”定義為以最低碼率獲得最高視頻質(zhì)量，特別適合視頻安全監(jiān)控等相關(guān)應(yīng)用。響應(yīng)時間(延遲)較短的編碼方案有助于縮短安全監(jiān)控人員的等待時間。另外，高清視頻編碼能夠使IP攝像機采集圖像的細(xì)節(jié)，例如，面部特征、汽車牌照等，改善安全監(jiān)控的圖像質(zhì)量。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，要求系統(tǒng)能夠通過局域網(wǎng)(LAN)對一路HD數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼/錄像，同時還要通過廣域網(wǎng)(WAN)把一路清晰度較低的圖像傳送到遠(yuǎn)端顯示。

Mobicam3 720p H.264/M-JPEG IP攝像機參考設(shè)計[!--empirenews.page--]

　　除了H.264，許多安全監(jiān)控系統(tǒng)還要求后向兼容現(xiàn)有的、不支持H.264的設(shè)備。運動JPEG (M-JPEG)標(biāo)準(zhǔn)為此類系統(tǒng)提供了后向兼容能力以及采集高清、無損圖像的能力。特別是它在支持H.264編碼用于不間斷視頻錄像的同時，也可采集JPEG靜止圖像，靜止圖像采集可由特殊事件觸發(fā)控制。

圖像分析

　　圖像分析是分析視頻數(shù)據(jù)并據(jù)此做出決策的過程。利用軟件分析功能可以根據(jù)特殊事件采取相應(yīng)操作，無需安全監(jiān)控人員輸入指令。例如，如果攝像機檢測到有人穿過安全區(qū)域，即可發(fā)出報警信號。圖像分析功能包括運動檢測、絆網(wǎng)和圖像跟蹤。所有這些功能都需要在基于PC的安全監(jiān)控管理軟件中利用直觀的圖形化用戶界面(GUI)進(jìn)行配置。

IP攝像機框圖

嵌入式Linux®軟件和網(wǎng)絡(luò)

　　IP攝像機需要具備將視頻數(shù)據(jù)流傳送到多個客戶端的能力。例如，Maxim的IP攝像機參考設(shè)計(Mobicam3)支持多達(dá)16個客戶端，并支持實時傳輸協(xié)議(RTP)和實時數(shù)據(jù)流協(xié)議(RTSP)。此外，該參考設(shè)計還支持以下以太網(wǎng)協(xié)議：HTTP、DHCP、SMTP、TCP/IP、UDP、TFTP、FTP、NTP和UPnP?。能夠采用AES或SHA加密技術(shù)對數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密。