网络摄像机(IP Camera,简称IPC)由网络编码模块和光学成像模块组合而成。光学成像模块把光学图像信号转变为电信号,以便于存储或者传输。当人们拍摄一个物体时,此物体上反射的光被摄像机镜头收集,使其聚焦在摄像器件的受光面(如摄像管的靶面)上,再通过CCD或CMOS图像传感器把光转变为电能,即得到了“视频信号”。光电信号很微弱,需通过预放电路进行放大,再经过各种电路进行处理和调整,最后得到标准信号。网络编码模块将光学成像模块采集到的模拟视频信号编码压缩成数字信号,从而可以直接接入网络交换及路由设备。
网络摄像机诞生于20世纪90年代中期。早期的网络摄像机采用M-JPEG的非实时压缩方式。由于那个时期的全球互联网网络以窄带为主,因此速度较慢。网络带宽与编码技术的落后,限制了网络视频的应用。进入21世纪初期后,MPEG-4的压缩算法开始被应用于网络监控领域。随着互联网带宽的增加,网络视频技术逐步被大规模应用,这为网络摄像机的发展奠定了良好的技术基础和应用环境。直到2004年后,在网络视频技术日渐成熟和网络视频服务器产品竞争日趋激烈的阶段,各主要厂商开始将网络视频技术转向网络摄像机,并逐步推出了各种型号的产品。截至2008年底,全世界网络摄像机生产厂商从几个快速发展到成百上千个,编码技术也已经趋向于H.264编码方式。目前,网络摄像机已逐步成为主流监控产品。
近年来,高分辨率计算机显示器和数字摄像机不断出现,最终用户也开始要求将图像分辨率提高到百万像素的级别,视频监视应用的最终用户同样也开始提出类似的要求。现阶段,许多主流厂商已陆续推出100万像素、200万像素和300万像素的高分辨率网络摄像机。
网络摄像机得到广泛应用依赖于以下几项关键技术。
1.以太网供电(Power over Ethernet,POE)技术
这项技术是用一条以太网电缆同时传输以太网信号和直流电源,它将电源和数据集成在同一有线系统中,在确保现有结构化布线安全的同时,保证了现有网络的正常运作。POE网络摄像机具有以下优点。
1)施工上安装简单,只需要布置一根双绞线,不需要敷设电源线,可以省去昂贵的电源线,省去敷设电源线的工作量。布置点位相对比较自由,不用考虑电源取电的难题,只要网络线可以到达的地方都可以安装,减少了安装过程中需要考虑的因素。
2)POE供电时不用单独敷设220V的电源,减少了因信号干扰而导致图像不清晰和衰减大的因素。
3)采用集中供电方式,只需要对交换机进行集中供电,供电的范围比较集中,容易管理,成本较低。(www.daowen.com)
4)通过POE供电,前端没有强电,系统的安全性好,不会因为电源问题发生事故,尤其在安全性要求高的场所,优势更加明显。POE网络摄像机增加网络防雷模块就可以保证前端设备在雷雨天气下的安全,网络线不超过100m,不容易形成感应电动势击坏摄像机的电子元器件。
2.支持无线网络
网络摄像机支持无线网络功能,可以接入无线AP,实现采集前端视频信息到后端的目的,尤其适用于偏远或不便于搭建网络环境的网络监控系统。
3.安全通信技术
网络摄像机可以对采集到的视频信号先进行加密,再通过网络进行传输,从而可以确保视频信息无法被非数字证书对连接请求进行认证,确保只有特定的网络摄像机才能够接入系统,从而有效避免了被非授权人员获取或者篡改的风险。网络摄像机还可以在视频数据中加入“水印”信息。“水印”信息可包括图像摘要、时间、地点、日期、用户信息、报警信息等,从而可以在安全事件发生之后确保系统保存了有效的证据。
4.前端智能化技术
智能监控系统中的许多技术适合在前端实现,如车牌识别、人脸检测、行为分析、目标跟踪等。网络摄像机拥有专用的、高度集成化的硬件设备,其自身可实现高级视频分析算法,这一特性大大降低了对后端设备的性能要求。一些高级智能视频分析算法(如车牌号码识别、人数统计等)也可以集成到网络摄像机中,从而使用户可以构建出超大规模的智能视频系统。
网络摄像机已在日常生活中得到广泛应用。“天网监控系统”利用设置在大街小巷的大量摄像头组成了监控网络。公安机关通过监控平台,可以对城市各街道辖区的主要道路、重点单位、热点部位进行24h监控,可有效消除治安隐患,使发现、抓捕街面现行犯罪的水平得到提高。
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