隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能完全滿足各種領(lǐng)域的安防需求。安防信息化時代的來臨，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)也逐漸增多，網(wǎng)絡(luò)視頻可以在世界的任何一個角落透過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這是遠(yuǎn)程監(jiān)控受到青睞的特點(diǎn)之一。在遠(yuǎn)距離監(jiān)控的環(huán)境中，IP攝像機(jī)起到不容忽視的作用。其在遠(yuǎn)程監(jiān)控、分布式管理上的優(yōu)勢使其迅速成為安防市場上一個新的熱點(diǎn)，越來越多的安防廠商開始研發(fā)生產(chǎn)支持不同類型的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品與相應(yīng)遠(yuǎn)程監(jiān)控配套產(chǎn)品。
縱觀IP絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)展歷程，從零星應(yīng)用到如今遍地開花，無不喻示著安防行業(yè)正在悄悄的改變其傳統(tǒng)監(jiān)控方式。IP攝像機(jī)在監(jiān)控系統(tǒng)中表現(xiàn)出的即插即用、遠(yuǎn)程監(jiān)控、先進(jìn)的編解碼、簡便的布線、智能化、無線監(jiān)控等一系列特性是其在短短幾年間市場份額節(jié)節(jié)攀升的重要原因。本文旨在講訴網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)發(fā)展歷程，對時下IP攝像機(jī)先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行論述，并分析其未來的發(fā)展趨勢。
IP攝像機(jī)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀
變革源于清晰度與壓縮格式
上世紀(jì)90年代，IP攝像機(jī)嶄露頭角，不過那時的IP攝像機(jī)主要是在原有的模擬攝像機(jī)上增加IP模塊，即支持CVBS信號傳輸?shù)耐瑫r支持?jǐn)?shù)字信號傳輸。當(dāng)時的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶寬低、芯片制造廠商投入的力度小、成本非常高……礙于種種條件制約，IP攝像機(jī)在那時市場需求非常少。隨著計算機(jī)、寬帶、電子等IT技術(shù)的快速發(fā)展，并以日趨成熟的攝像機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)、新編解碼技術(shù)等為軟件技術(shù)支持，以高性能芯片為硬件支持，使得IP攝像機(jī)逐漸達(dá)到一個新高點(diǎn)，成為視頻監(jiān)控改革的先驅(qū)。與傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)相比，IP攝像機(jī)能突破以往模擬監(jiān)控的各種瓶頸：遠(yuǎn)程監(jiān)控、清晰度、遠(yuǎn)程報警聯(lián)通、擴(kuò)展性、保密性等。IP攝像機(jī)另一個重要的發(fā)展原因便是網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、信息化在各行各業(yè)得到飛速發(fā)展，加之整個大安防行業(yè)的井噴式發(fā)展也給IP攝像機(jī)帶來契機(jī)。
無論是在大安防行業(yè)的快速發(fā)展推動下，還是網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)腳步不斷前進(jìn)的有利條件下，IP攝像機(jī)的進(jìn)步離不開兩點(diǎn)：清晰度與壓縮格式。好比清晰度是攝像機(jī)的生命，先進(jìn)的圖像壓縮格式是則IP攝像機(jī)賴以生存的條件，兩者缺一不可。
IP攝像機(jī)逐步高清化
IP攝像機(jī)最初只能達(dá)到CIF格式即320×240和352×288兩種， 而后發(fā)展到標(biāo)清的VGA（640×480）與D1（720×576），但隨著百萬像素高清監(jiān)控概念的推出以及實(shí)踐，如今IP攝像機(jī)已經(jīng)發(fā)展到準(zhǔn)高清720P（1280×720）、高清1080i、1080P。從IP攝像機(jī)市場的需求與應(yīng)用情況來看，目前IP攝像機(jī)主要的應(yīng)用格式為標(biāo)清與高清，而高清的應(yīng)用也在諸多有利條件下逐漸成為主流。
H.264壓縮已成首選
視頻圖像壓縮是IP攝像機(jī)最基本的要求，也是IP攝像機(jī)性能的最基本體現(xiàn)。壓縮格式直接決定了網(wǎng)絡(luò)傳輸、錄像存儲以及后端處理各環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，對圖像的質(zhì)量有著非常大的影響。IP攝像機(jī)最初的壓縮格式主要以M-JPEG（運(yùn)動靜止圖像壓縮格式）為主，它把運(yùn)動的視頻序列作為連續(xù)精致圖像來處理，這種壓縮技術(shù)可單獨(dú)完整地壓縮每一幀，可使圖像具有較高的分辨率，圖像品質(zhì)也比較高。但M-JPEG只對幀內(nèi)的空間冗余進(jìn)行壓縮，不對幀間的時間冗余進(jìn)行壓縮，故壓縮效率不高，占用帶寬也高。MPEG-4和H.264都是采用幀間壓縮，具有更高的壓縮效率，其中，MPEG-4能夠智能化選擇影響的不同之處，再壓縮下個別編輯畫面，使圖文容量大幅縮減，從而加快視/音傳輸。而H.264編碼格式能在相同的重建圖像質(zhì)量下，可提供比H.263節(jié)約50%左右的碼率，可比MPEG-4實(shí)現(xiàn)的圖像格式性能提高35%左右。所以說，H.264編碼格式是目前最適合用于IP攝像機(jī)的壓縮格式，能提供低碼率高質(zhì)量的圖像傳輸
IP攝像機(jī)市場現(xiàn)狀
隨著本土企業(yè)在DVR/DVS產(chǎn)品領(lǐng)域的崛起，這些企業(yè)雖然在攝像機(jī)技術(shù)方面與國外企業(yè)還有一定的差距，但是他們在圖像處理、壓縮編碼方面已經(jīng)具備相當(dāng)?shù)膶?shí)力，同時在市場響應(yīng)速度、產(chǎn)品定制、成本控制方面有明顯的優(yōu)勢，因此國內(nèi)廠商在IP攝像機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展也是風(fēng)生水起。
2008年國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)市場規(guī)模占中國攝像機(jī)市場規(guī)模約4%，達(dá)到5.2億元。2009年，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的市場同比增長約100%，其市場規(guī)模約為10億元。根據(jù)多個網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)廠商提供的銷售數(shù)據(jù)，以及各工程商網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的采購量，并參照部分芯片廠家提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出：2010年攝像機(jī)工程項目應(yīng)用比例中，模擬攝像機(jī)占88%，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)占12%，后者所占市場規(guī)模約為15億元。從2008年到2010年，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的市場份額平均以70%的增長率高速發(fā)展。而2011年上半年攝像機(jī)工程項目應(yīng)用比例中，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已經(jīng)提高到了23%左右。按這樣的發(fā)展勢頭，預(yù)計2011年國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)市場規(guī)模有望突破20億的大關(guān)。
IP攝像機(jī)的芯片技術(shù)方案搭配
IP攝像機(jī)與模擬攝像機(jī)最主要的區(qū)別在于IP攝像機(jī)通過壓縮圖像并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸。而要完成視頻壓縮和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的核心功能，基本靠一塊芯片實(shí)現(xiàn)。目前，IP攝像機(jī)主要解決方案有DSP與ASIC。
美國德州儀器（TI）是世界上最知名的DSP芯片生產(chǎn)廠商，其生產(chǎn)的TMS320系列DSP芯片廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，DM642是TMS320系列中性能應(yīng)用最廣泛、專為視頻應(yīng)用而優(yōu)化的高速數(shù)字信號處理器（DSP），由于TMS320系列DSP芯片具有價格低廉、簡單易用、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為目前最有影響、最為成功的DSP處理器。DM64X系列DSP以其多樣的視頻接口與豐富的板上資源被廣泛應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、高清視頻、視頻服務(wù)器等行業(yè)中。
目前，TI基于DSP的新型數(shù)字媒體處理器達(dá)芬奇處理器（DaVinci）已經(jīng)得到大量應(yīng)用。其中核心之作TMS320 M643X處理器是達(dá)芬奇技術(shù)中首批僅基于DSP的產(chǎn)品，結(jié)合了增強(qiáng)型DSP內(nèi)核與最新視頻處理子系統(tǒng)（VPSS），DM643X處理器能夠提高視頻性能，以D1解析度實(shí)現(xiàn)高達(dá)H.264的視頻解碼。而且與前代DSP數(shù)字媒體處理器相比，成本降低了50%。
談到TI的DSP，還不得不介紹該公司全新 TMS320 C66x數(shù)字信號處理器（DSP）。該DSP內(nèi)核不僅能為C64x+指令集架構(gòu)（ISA）帶來了顯著的性能提升，同時還在同一處理內(nèi)核中高度集成了針對浮點(diǎn)運(yùn)算的支持。浮點(diǎn)處理技術(shù)首次能夠用于傳統(tǒng)上僅能滿足定點(diǎn)處理運(yùn)行速度要求的處理器中。該C66x DSP的ISA同時支持單精度和雙精度浮點(diǎn)操作，并全面兼容IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)。這一組合使得該DSP能夠在完全無損定點(diǎn)或浮點(diǎn)功能的情況下將浮點(diǎn)優(yōu)勢引入高速嵌入式架構(gòu)中。
為順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)高清監(jiān)控的發(fā)展趨勢，TI公司基于單片系統(tǒng)(SoC)的體系結(jié)構(gòu)可謂傲視群雄。SoC是一種強(qiáng)大的單片機(jī)，內(nèi)置了高性能DSP與MCU，還可提供豐富的接口，猶如電腦CPU。TI旗下產(chǎn)品DM8168產(chǎn)品是業(yè)界迄今最強(qiáng)大數(shù)字媒體SOC平臺，而達(dá)芬奇DMVA2視頻處理器使得在1080P的條件下還能實(shí)現(xiàn)智能視頻分析。TI公司最新的DM3730與DM3725處理器則采用ARM CortexTM-A8與C64x+TMDSP內(nèi)核，在SOC上集成影像及視頻加速器(IVA)、3D圖形處理器。
美國模擬器件公司（ADI）與意法半導(dǎo)體公司應(yīng)該是TI最主要的DSP競爭對手。其中，ADI推出的Blackfin匯聚式DSP是新型的16-32位嵌入式處理器，專為滿足當(dāng)今嵌入式視音頻和通信應(yīng)用計算要求和功耗約束條件而設(shè)計。Blackfin處理器基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的為信號架構(gòu)，它將一個32位RISC型指令集和16位乘法累加信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起，這種組合極大的簡化了硬件和軟件設(shè)計任務(wù)。目前，Blackfin處理器在單核產(chǎn)品中可提供高達(dá)756MHz的性能，還可提供0.8V的超低功耗。意法半導(dǎo)體推出的SPEAr（結(jié)構(gòu)化處理器增強(qiáng)型架構(gòu)）嵌入式微處理器采用先進(jìn)的90nm和65nm HCMOS制造工藝，內(nèi)置了業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的ARM9處理器內(nèi)核，并可提供多個存儲器接口，以及用于各種應(yīng)用的IP模塊。
而ASIC解決方案中，國內(nèi)的海思方案是IP攝像機(jī)的不二選擇。海思生產(chǎn)的芯片主要占領(lǐng)國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控產(chǎn)品中低端市場，其基于ASIC的解決方案芯片具備體積小、功耗低、可靠性高、性能高、保密性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一套性價比出群的解決方案。海思芯片的發(fā)展也從最初的HI3510到HI3512、HI3515、HI3516、HI3520。從最初的D1效果到如今能實(shí)現(xiàn)FULL-HD，加上內(nèi)置的ARM9內(nèi)核性能不斷提高，搭配出色的H.264視頻壓縮格式作為護(hù)航條件，如今被廣泛用于中低端DVR、DVS以及IP攝像機(jī)，不過其重點(diǎn)方向也是集中在IP攝像機(jī)模塊。如今，海思也從芯片技術(shù)的發(fā)展中逐漸走向成熟，其在市場的良好表現(xiàn)也表明了用戶對其產(chǎn)品的認(rèn)可度。
IP攝像機(jī)核心技術(shù)應(yīng)用
相比模擬攝像機(jī)，IP攝像機(jī)給用戶帶來的是技術(shù)上的變革與全新的用戶體驗(yàn)。在技術(shù)層面上，傳統(tǒng)的白平衡、背光補(bǔ)償、寬動態(tài)技術(shù)已經(jīng)是最低標(biāo)配。技術(shù)是不斷發(fā)展進(jìn)步，IP攝像機(jī)之所以能如此快速的發(fā)展，安防行業(yè)快速增長的市場需求以及網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)架構(gòu)建設(shè)是基礎(chǔ)，而攝像機(jī)廠商不斷加大力度研發(fā)、投資以及市場激烈的競爭則是最重要的原因，使得IP攝像機(jī)不僅在技術(shù)、功能以及外觀設(shè)計上都是日新月異。
對于IP攝像機(jī)未來的技術(shù)發(fā)展趨勢，?？低暻岸水a(chǎn)品線經(jīng)理徐萱呈表示：“IP攝像機(jī)未來的技術(shù)發(fā)展趨勢主要有：高清化趨勢、COMS逐漸取代CCD、智能分析功能、標(biāo)準(zhǔn)化以及傳輸技術(shù)的進(jìn)一步提升。”
高清技術(shù)應(yīng)用逐漸深入
如今，最為紅火的就是高清化監(jiān)控的概念與應(yīng)用，而許多大型項目的成功也表明高清監(jiān)控已經(jīng)逐漸成為主流。高清IP攝像機(jī)的發(fā)展可謂是一日千里，除了目前接觸較多的百萬像素、130萬像素、200萬像素外，300萬像素、500萬像素、800萬像素的產(chǎn)品已經(jīng)在市場上出現(xiàn)，甚至千萬及千萬以上像素的產(chǎn)品也開始在監(jiān)控行業(yè)中露出端倪。在本刊高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：2009年以來，隨著金融、交通等行業(yè)以及平安城市部分項目對高清監(jiān)控的高需求，加上上海世博會、廣州亞運(yùn)會、深圳大運(yùn)會等大型活動推動高清監(jiān)控趨勢下，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（分辨率大于等于720P）如雨后春筍般快速增長。一些主流網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控廠商如松下、索尼、海康威視、科達(dá)、Axis、大華、黃河等紛紛推出百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域中進(jìn)行新一輪的角逐。調(diào)查顯示，國內(nèi)2010年高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)全年出貨總量超過20萬臺，與2009年相比增長超過200%，占網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的比例約為34%。在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，百萬像素占56%，200萬像素占37%，300萬像素或以上占7% 。
降噪技術(shù)不斷提升
如今，3D數(shù)字降噪技術(shù)與超級寬動態(tài)在IP攝像機(jī)中也是非常常見，要是放在以往，可是驕傲的存在。當(dāng)然，新技術(shù)也在不斷應(yīng)用到IP攝像機(jī)當(dāng)中。如海康威視的smart ir技術(shù)。該技術(shù)采用智能圖像處理技術(shù)，通過檢測圖像多區(qū)塊亮度來智能調(diào)整亮度曲線，從而防止圖像過曝以及曝光不足等現(xiàn)象，解決了紅外攝像機(jī)近處過曝的問題，使圖像亮度均勻分布，畫面還原更加真實(shí)、細(xì)膩。安訊士的“覓光者”技術(shù)。該技術(shù)對低照度有極高的敏感性，讓攝像機(jī)即使在一場黑暗的環(huán)境下野可看到監(jiān)控對象。松下的SmartHD技術(shù)，該技術(shù)首先體現(xiàn)的就是高清，另一個技術(shù)特點(diǎn)就是智能分析，其實(shí)就是Smart與HD的綜合體現(xiàn)。
CMOS推動網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)發(fā)展
圖像傳感器作為IP攝像機(jī)的核心組件，CMOS有著逐漸代替CCD的趨勢。隨著技術(shù)的發(fā)展，CMOS傳感器的性能正在得到快速提升。CMOS傳感器響應(yīng)速度比CCD快、更好更低，因此更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點(diǎn)。從市場方面來看，CCD的傳統(tǒng)生產(chǎn)廠商SONY已經(jīng)開始把重心移向了CMOS傳感器，在其生產(chǎn)的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中更是幾乎清一色地采用了CMOS傳感器，這也許可以看作是CMOS傳感器的一個階段性勝利。
智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用深入
智能視頻分析可以說是IP攝像機(jī)高清概念之外的另一個熱點(diǎn)。目前在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或者正在實(shí)現(xiàn)的智能分析功能有：視頻遮擋與視頻丟失偵測、視頻變換偵測、視頻模糊偵測、視頻移動偵測、出入口人數(shù)統(tǒng)計、人群運(yùn)動及擁堵識別、物品遺留識別、入侵識別等等。
網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的未來發(fā)展趨勢
一直以來，安防市場眾多產(chǎn)品都缺乏一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這是制約大安防建設(shè)的條件之一。近幾年來，有SONY、安訊士等知名IP攝像機(jī)廠商自發(fā)組織的ONVIF正在給IP攝像機(jī)提供一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，雖然企業(yè)自發(fā)組織形成的標(biāo)準(zhǔn)，但從其得到越來越多企業(yè)的響應(yīng)來看，還是具有非常重要的意義。相信在未來幾年內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)化將成為IP攝像機(jī)走向市場的通行證。
傳輸技術(shù)的進(jìn)一步提升，是IP攝像機(jī)得以發(fā)展進(jìn)步的重要基礎(chǔ)技術(shù)建設(shè)。目前，在平安城市、金融聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控等項目中通常采用自建光纖網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)1000M帶寬網(wǎng)絡(luò)。這種千兆帶寬資源，在前端安裝100路1080P全實(shí)時高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(即使按每路占用資源4Mbps計算)，占用總帶寬資源不到50%；如果是采用720P傳輸，帶寬還可以減少一半，這樣完全可以有效支持高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。
另外，3G移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的部署使無線網(wǎng)絡(luò)作為視頻圖像載體成為可能，移動視頻監(jiān)控是將來的一個重要發(fā)展方向。3G視頻監(jiān)控是具有高端和差異化特色的3G多媒體業(yè)務(wù)的典型代表，對應(yīng)急指揮、公交監(jiān)控等專業(yè)領(lǐng)域在適合不過，當(dāng)然，只要通過具備3G網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)便可觀看到監(jiān)控畫面的特點(diǎn)，讓其也適用于普通消費(fèi)者，實(shí)現(xiàn)平民化、家庭化、公共服務(wù)化。
未來， 隨著監(jiān)控技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，IP攝像機(jī)作為監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的主要方向之一，結(jié)合光學(xué)成像技術(shù)、智能分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等等帶來新的變革，在不斷滿足市場競爭需求的同時，趨向于一種自我的完美實(shí)現(xiàn)。它深刻地影響著監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，也將深刻地改變我們的生活方式。
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