网络摄像机

网络摄像机(英文IP camera,或者network camera)也叫IP摄像机,在模拟摄像机的基础上经过编码(视频,音频,控制信号等),通过网络进行传输,可以在电脑客户端,浏览器或者后端存储设备上解码显示并存储录像。

世界上第一台安防网络摄像机于1996年由安讯士生产制造,命名为Axis Neteye 200。现在安讯士仍然是重要的安防网络摄像机生产厂商。

在此之前,1991年,剑桥大学的科学家在局域网里运行了一个摄像机用来监控煮咖啡的壶,这个摄像机每分钟会抓取3张图片,以随时了解煮咖啡的情况。另一个比较出名的网络摄像机是旧金山州立大学于1994年创建的GogCam,至今仍然可以访问浏览这个摄像机的实时画面。–FogCam

在中国,早期的网络摄像机主要是国内厂商代理的国外品牌,比如Sony,三星、泰科、博世等。而于2001年3月和11月分别成立的大华、海康,早期主要的产品是数字硬盘录像机及板卡(2002年前后正是硬盘录像机取代磁带的数字化变革时期)。依靠DVR编码积累的经验,海康大华相继进入前端网络摄像机市场,得益于房地产飞速发展,国内平安城市建设等政策因素,国内诸如海康,大华等安防企业迅速发展并成长起来,并逐渐占领全球市场。

网络摄像机的快速发展首先得益于高的起点,安防摄像机技术已经相当成熟,同时网络、计算机、芯片、软件技术都达到了较高的水平;第二,这也是市场的必然趋势,网络化、数字化、信息化在各行各业都在快速的发展,同时安防监控行业在这几年也是出现了高速、井喷式的增长;最后也最重要的是,网络摄像机对比模拟摄像机有很多自身的优势,可以解决使用模拟摄像机存在的各种问题,可以突破模拟摄像机固有的各种瓶颈,可以有效的提高监控系统的能力、效率,因此网络摄像机的快速发展是大势所趋。

预计到到2025年网络摄像机市场将突破200亿美元。

发展历程

下面,我们从网络摄像机的清晰度,压缩格式以及智能功能三个方面来看其发展历程。

清晰度

参见 安防中的分辨率 一文。
早期的网络摄像机脱胎于模拟摄像机,普通标清的模拟摄像机经过编码(普通模拟摄像机外接编码器),输出分辨率为CIF或者D1(4CIF)格式的网络信号。

早期网络视频编码器很流行,是视频监控从模拟到网络过渡的中介和桥梁。DVR可以看成是多路的视频编码器。海康,大华,安讯士都有各种型号的视频编码器产品,有些甚至保留至今,有些产品迭代升级成高清的网络视频编码器。(和网络视频编码器对应的是视频解码器和矩阵,这里不展开叙述。)

进入高清时代以后(CMOS淘汰掉CCD),网络摄像机的成本优势才开始体现。从720P,1080P到现在流行的300万,500万分辨率,以及最高的4K,800万,以及未来的8K。超高的分辨率已经完全能满足安防的需要。

编码方式

参见 视频编码的相关概念 一文。
高分辨率,意味着视频数据更多,带宽,存储需求更大。要在有限的带宽和存储空间下,传输存储更高清的视频,需要降低视频码流(比特率),需要更高效的编码技术。

视频编码技术是不断发展的,进步很快,更新也很快。主要的视频编码方式有ISO/IEC MPEG的MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4/AVC,MPEG-H Part2/HEVC系列; ITU-T的H.261,H.262,H.263,H.264/AVC,H.265/HEVC,H.266/VVC系列;以及中国标准化协会的AVS,AVS2,中国安全行业的SAVC等。

视频编码的核心诉求和方向就是使用尽量低的比特率呈现更多的图像细节,同时能使用尽量少的硬件资源。

智能功能

网络摄像机的智能功能是其能逐渐取代模拟摄像机,能占领更多市场的一个很重要因素。

早期受限于硬件性能,软件算法有限,大数据缺乏等因素,网络摄像机的智能功能比较单一,主要是移动侦测,拌线,周界警戒,图像异常等简单的智能功能。

随着技术水平的进步和发展,芯片技术,算法算力,大数据等发展,特别是“云边结合”,“软件定义摄像机”等概念的提出,网络摄像机的智能功能越来越多,越来越完善,准确。

目前比较多的智能功能有:人形人脸侦测,人脸识别,各种声音监测(婴儿啼哭,动物叫声等),人体形态行为装扮识别(性别,戴帽子,眼镜,口罩,衣服等),动作识别(聚众,打架,抽烟,玩手机等),智能交通领域(车辆属性,交通违法,非机动车,行人,流量)等。

这些智能功能的实现,完善和发展离不开三要素,也是人工智能方面说的最多的,即算法,算力,大数据。算力的支持离不开芯片性能的提升,目前新出的安防网络摄像机的处理器一般都有0.5甚至1.0Tops的算力。算法方面,传统的安防企业,以及新兴的算法公司,互联网企业投入都很大,取得了很多成果,下一步是保证这些算法如何尽快融入于产品中,尽快落地,并能大规模应用。得益于中国大量建设的安防工程,项目,积累了大量视频数据,如何将这些安防视频数据整合利用,并助力AI人工智能的发展是我们面临的问题和挑战。

结构

可以参见 安防摄像机的内部结构 一文。

网络摄像机内部结构

网络摄像机的主要构成是sensor+dsp。关于sensordsp已经有专门文章介绍了,这里不赘述。

除了核心的方案以外,网络摄像机里的镜头也值得关注,尤其现在星光全彩摄像机正炙手可热。大光圈镜头配合大靶面的sensor。镜头光圈越大,能进入摄像机,达到sensor的光线就越多。关于镜头,光圈等信息,可以阅读
安防摄像机里的镜头 一文。

为了精确控制进入摄像机内部光线的多少,需要对光圈进行精确控制,常见的光圈控制方式有自动光圈,P-iris,i-CS等。详细的可以阅读 i-CS镜头P-iris:精确的镜头光圈控制技术

网络摄像机相比较于模拟摄像机的一个大的优势是功能接口很多,比如POE,音频,报警,串口,无线等等。详细的可以阅读 摄像机外部接口 一文。

方案

DSP和snensor的不同组合构成了不同方案的网络摄像机。不同方案的摄像机自然分辨率,功能,编码方式等各不相同。这里再次展示下常见的一些网络摄像机的DSP和sensor,更多详情可以阅读上面提到的 安防图像传感器sensor安防产品里的处理器–DSP,ISP,SOC 两篇文章。

表格:网络摄像机常用处理器

品牌常用型号
海思3518E,3516E
安凯AK3918E
安霸A12,A7,A5S
君正T10,T20,T30,T01
国科GK7101,GK702,GK7202
晨星MStarSSC325,MSC313E,MSC316DM
智源/升迈(NovaTek)GM8135S
雄迈XM530AI,XM550AI
瑞昱Realtek3903N
富瀚FH8810,FH8830
TiTi365,Ti368
瑞芯微RV1126,RV1109,RV1108

OEM模组厂家

采用相同的网络摄像机方案,但是不同厂家做出来的产品会不相同。

表面看网络摄像机web界面,配套的软件工具,支持手机访问的app肯定不一样,往里面看,虽然DSP厂家有提供SDK,Demo,但是各生产厂家技术研发的技术实力,积累不一,虽然方案一样,但是摄像机的图像效果肯定会有差距,各种功能完善也会不一。

目前市面上常见的网络摄像机模组厂家主要有雄迈,中维,天视通,翰辉等。
雄迈的技术脱胎于大华,主要采用海思及自研的雄迈处理器,模组种类众多,涵盖了普通网络摄像机,低功耗网络摄像机,Wi-Fi/4G,变焦/机芯,AI网络摄像机等。

天视通从Ti方案开始就专注于网络模组的研发,图像效果优化得比较好。

翰辉主要是专注于低端市场,产品种类很丰富,尤其是各种球机机芯编码模组。

中维的产品定位与雄迈完全一样,但是近年在与雄迈的竞争中败下阵来,日渐式微。

当然早期网络摄像机模组领域还有朗驰,黄河,波粒等企业,现在已不见了踪影。

除了上面提到的OEM模组厂家,随着消费类Wi-Fi摄像机逐渐进入市场,被消费者接受,出现了一批专门做OEM消费类Wi-Fi摄像机模组的厂家,这些厂家的核心产品不是模组,而是支持手机App,P2P远程访问的平台。常见的有这些平台厂商。

NO.APP开发者系列号样式
1XMeye,iCsee雄迈e3cddc089a825759
2EseeCloud3,VR CAM九安1589902825
3seetong天视通9847002
4Yoosee技威3836362
5IPC360普维406A8E16CF73
6Danale大拿44f5a7ebb1ee89853a7dcbac621b6249
7Goolink浪涛
8UMeye华师大
9p2pcamlive,P2PViewCamTUTK
10V380宏视
11NVSIP中维世纪
12YCC365 Plus/PixPluscloseli
13i-CamuBia
14CareCamHuiYun
15ToseeTocoding
16CamHiCamHiMMMM-102311-BDCCF
17FINDCAM MaxZScamBYWDUJWZHZNS6MVR2YZA
18Tuya涂鸦智能6c97d7ef8fb7786972cvsg
19YI IoTYI
20萤石云海康威视
21Imou Life大华

更详细的介绍可以阅读 P2P远程访问技术在安防视频监控中的应用 一文。

国内安防企业生态图谱
2002年前后成立的海康,大华,图敏等企业是中国第一批国内安防企业。

品牌厂商

除了以上OEM模组厂家,网络摄像机的主要品牌有海康,大华,宇视,安讯士等,他们所用方案也基本上是上面有提到的海思,安凯,安霸,君正,国科,晨星MStar,智源/升迈(NovaTek),雄迈,瑞昱,富瀚,Ti等这些。与OEM模组厂家的最大区别是产品可靠性更强,功能更多更完善,外观更具特色。

功能优势

和传统模拟摄像机相比,网络摄像机的优势很多。主要体现在功能上。

  1. 易以扩展功能。比如报警,音频,智能功能等。
  2. POE供电。普通摄像机需要单独使用电源及电源线给摄像机供电。PoE网络摄像机可以使用网线在传输视频信号的同时给摄像机供电。
  3. 支持通过Wi-Fi,4G等无线方式传输。
  4. 规模无限。通过交换机等设备可以随时方便的扩展视频监控的规模和数量。

功能及接口

  1. BNC
  2. RJ45
  3. SFP光口
  4. 报警输入输出
  5. 音频
  6. Wi-Fi,4G
  7. USB、TF卡存储
  8. RS485,232 串口
  9. NFC
  10. 导航
  11. 二次开发,协议(SDK,ONVIF,PSIA等)

参考阅读 摄像机外部接口ONVIF网络摄像机中的音频功能 等文章。

发展趋势

  1. 高清(sensor,芯片技术,编码技术,互联网技术)
  2. 智能(硬件智能,软件定义摄像机)
  3. 星光(摆脱补光,可靠性增强)
  4. 家用(民用领域,Wi-Fi,4G/5G)

问题

  1. 隐私(如何保护,合规性)
  2. 安全(网络安全,物联网安全)
    这两个问题另文分析。

参考资料:

  1. Martin Gren: IP CCTV’s Founding Father
  2. IP camera
  3. The San Francisco FogCam
  4. How the world’s first webcam made a coffee pot famous
  5. 失落十年:深圳安防为什么没有出现“海大宇”?
  6. 杭州安防往事:18年暗战与复仇史
  7. 全球第一台网络摄像机
  8. 监控摄像机的发展史,世界第一台监控摄像机
  9. Changing the face of surveillance: The brains behind the first network camera
  10. Rise of Surveillance Camera Installed Base Slows
  11. Video camera
  12. 蜂云