网络摄像机的结构和工作原理

网络摄像机主要由镜头、图像传感器、A/D转换器、图像压缩、中央处理器、网络服务器、外部报警和控制接口等组成，如图4-7所示。1996年世界上诞生了第一台网络摄像机AXIS 2420，如图4-8所示。

图4-7 网络摄像机的组成结构示意图

图4-8 AXIS 2420红外网络摄像机

整套系统采用RJ-45接口，TCP/IP、PPPoE等国际标准互联网通信技术协议，适用于ADSL和LAN环境，能够直接架构在局域网、广域网和无线网络上。IPC内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时多任务操作系统，将视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络总线送到Web服务器。网络用户通过专用软件或用浏览器直接观看图像，整个过程无须铺设专用视频传输和信号控制电缆，极大地提高了整个监控系统的稳定性和可靠性。通过网络摄像机，授权用户无论是LAN还是WAN，都可以在网络的任何计算机上通过计算机来控制远端系统的云台、镜头方位及镜头焦距、景深和光圈变化，采集现场图像，实施全方位监控。网络摄像机将图像转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，使摄像机所摄的画面通过RJ-45以太网接口或WIFI WLAN无线接口直接传送到网络上，通过网络即可远端监视画面。

中央处理器CPU和摄像机芯片数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP）的主要器件，是网络摄像机的核心部件，是网络摄像机的大脑。DSP利用数字计算机或专用数字信号处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理，提取有用视音频信息。

闪存（Flash Memory）即快擦型存储器，在断电情况下仍能保持所存储的数据信息，但是数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位。区块大小一般由256KB到20MB。

DRAM（Dynamic Random-Access Memory）即动态随机存储器，是最为常见的系统内存。DRAM只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，DRAM必须隔一段时间刷新一次。如果存储单元没有被刷新，数据就会丢失。

操作系统（Operating System，OS），网络摄像机一般使用的操作系统是Linux。

（一）镜头

镜头作为网络摄像机的前端部件，有固定光圈、自动光圈、自动变焦、自动变倍等种类，与模拟摄像机相同。

（二）图像传感器、声音传感器

图像传感器有CMOS和CCD两种模式。CMOS即互补性金属氧化物半导体，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电，CMOS电路几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要问题是在处理快速变换的影像时，由于电流变换过于频繁而过热。暗电流抑制得好问题就不大，如果抑制得不好就十分容易出现杂点。(www.xing528.com)

CCD图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光敏二极管及其传输电路构成。光敏二极管把光转化成电荷，再经转化电路传送和输出。通常，传送优良图像质量的设备都采用CCD图像传感器，而注重功耗和成本的产品则选择CMOS图像传感器。但新的技术正在克服每种器体固有的弱点，同时保留了适合于特定用途的某些特性。

声音传感器即拾声器或麦克风，与传统的话筒原理一样。

（三）A/D转换器

比较CCD和CMOS的结构可知，A/D转换器的位置和数量是最大的不同。CCD每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至CCD旁的放大器进行放大，再串A/D转换器输出；而CMOS的设计中每个像素旁就直接连着A/D转换器，信号直接放大并转换成数字信号。

（四）图像、声音编码器

经A/D转换后的图像、声音数字信号，按一定的格式或标准进行编码压缩。编码压缩的目的是为了便于实现音频/视频信号与多媒体信号的数字化；便于在计算机系统、网络以及因特网上不失真地传输上述信号。图像编码压缩技术有两种：一种是硬件编码压缩，即将编码压缩算法固化在芯片上；另一种是基于DSP的软件编码压缩，即软件运行在DSP上进行图像的编码压缩。同样，声音的压缩亦可采用硬件编码压缩和软件编码压缩。

（五）控制器

控制器是网络摄像机的心脏，它肩负着网络摄像机的管理和控制工作。如果是硬件编码压缩，控制器是一个独立部件；如果是软件编码压缩，控制器是运行编码压缩软件的DSP，即两者合而为一。

（六）网络服务器

网络服务器提供网络摄像机的网络功能，它采用了RTP/RTCP、UDP、HTTP、TCP/IP等相关网络协议，允许用户从自己的PC使用标准的浏览器根据网络摄像机的IP地址对网络摄像机进行访问，观看实时图像，及控制摄像机的镜头和云台。

（七）外部报警、控制接口

网络摄像机为工程应用提供了实用的外部接口，如控制云台的RS-485接口，用于报警信号输入输出的I/O口。如红外探头发现有目标出现，发报警信号给网络摄像机，网络摄像机自动调整镜头方向并实时录像；另一方面，当网络摄像机侦测到有移动目标出现时，亦可向外发出报警信号。