网络摄像机原理图，最受欢迎的网络摄像机设计方案Top10

很多朋友对网络摄像机原理图，最受欢迎的网络摄像机设计方案Top10不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

网络摄像机是传统摄像机与网络技术相结合的新一代摄像机。它可以通过网络将图像传输到地球的另一端，远程查看者不需要使用任何专业软件，只需一个标准的网络浏览器即可。其图像可以被监控。随着互联网的快速发展，网络产品逐渐覆盖我们生活的各个角落。网络摄像机的发展和创新广泛应用于教育、商业、医疗、公共事业等众多领域。

下面为大家收集了10种最流行的网络摄像机设计方案。

TOP 10：基于TMS320DSC2x的数字网络摄像机设计

作为DSP领域的领导者，美国德州仪器（TI）在数码相机应用领域也处于领先地位。首先基于TMS320C54x通用平台实现图像压缩，然后将图像前端处理的分立器件集成到专用芯片中，然后将二者合而为一，与ARM7通用处理器集成，即为TMS320DSC2x 系列通用数码相机平台。这是TI业界首款单芯片图像处理架构(SOC)。此后，不断完善平台的性能和功能，成功推动升级。

与此同时，在通用DSP上实现数字网络摄像机的尝试也从未停止过，而真正的突破在于TI的DSP专家使用C6211实现的MJPEG实时处理系统。虽然外设仍然需要大量的离散时间，但依靠C6x的高速并行处理能力，其视频性能处于业界优秀水平。其功能已经可以满足数字监控的基本需求，而且该系统在当时也比较被市场接受，因此很快就投入了实际应用。中国的产品化进程并不落后于国际市场。随着通用数字媒体处理器DM642的出现，数字网络摄像机的集成度更高，可以支持实时H.264，并且具有集成的视频端口和以太网接口。 DM642对数字视频监控的贡献是划时代的。它的成功不仅体现在网络摄像机上，还体现在数字视频服务器、视频压缩卡、嵌入式硬盘录像机等方面。

成像SOC的持续创新体现在核心处理中集成了协处理器，首先支持成像，然后支持视频增强能力；控制器从ARM7升级到ARM9；在前端处理方面，也从成像到视频功能等进行了升级。至此，产品已经从DSC系列上升到DM270再到DM320、DM355。 DM系列是Digital Media，即数字媒体处理器。该系列不仅支持JPEG静态冲击压缩，还支持MPEG-4实时处理，因此已经是数码相机的理想平台。扩展该设备的以太网接口成为网络摄像机，DM355可以支持实时MPEG-4，分辨率为720P。由于该系统具有视频预处理子系统VPSS，因此可以直接连接视频传感器，并在主芯片上进行ISP处理，从而使网络摄像机能够实现更高的集成度。

后来沿着DM642的道路，出现了被称为“达芬奇”的DM644x系列，该系列集成了ARM9、DSP和VPSS SOC平台。因此，很多支持D1实时的H.264产品都迁移到这个平台上，以提高集成度；更进一步，DM365追随DM355的脚步。保持不变的是720P高清性能，但现在支持H.264，有以太网接口，前端也是名副其实的ISP单元。

总之，DSP推出了摄像头市场，推动了数字视频监控市场的发展，而以此为核心的SOC则使这一推动力走向了更高、更新的技术领域。

TOP 9：基于TMS320DM642的网络摄像机设计

随着网络技术和多媒体技术的广泛应用，数字网络视频得到迅速发展。在网络视频会议和网络监控领域，将传统的模拟视频信号转换为数字视频信号并通过现有的IP网络进行传输已成为当今的热门话题。

从技术实现上来说，通常是利用网络摄像机来实现。市场上的网络摄像机一般有两种类型：一种是由普通摄像机加视频网关组成，但这种方案体积庞大，操作繁琐；另一种是由普通摄像机加视频网关组成，但这种方案体积庞大，操作繁琐。另一种是小型解决方案，将所有网络访问功能集成到摄像机中。功能齐全，易于使用和维护。对于后一种类型的相机有许多解决方案。本文提出了一种基于嵌入式DSP的设计方案，并给出了具体的硬件和软件实现。

1 硬件系统设计

1.1 嵌入式处理器TMS320DM642

TMS320DM642（以下简称DM462）是TI公司最近发布的新一代多媒体处理器。它基于其第二代高性能VelociTI VLIW结构，适用于各种数字媒体应用。 DM642的时钟频率为600MHz，指令速度高达4800MIPS。该DSP的两大特点是：第一，它具有三个可配置视频接口（VP），可以同时采集三个视频信号；第二，它具有三个可配置视频接口（VP），可以同时采集三个视频信号。其次，它集成了以太网接口，10/100Mbps模式自适应，并且可以工作在全双工或半双工模式下，并且具有硬件流控制和服务质量（QoS）支持。 DM642的功能非常强大，是组建多媒体通信系统的最佳平台之一。

1.2 整体硬件架构

该系统的硬件平台由视频采集、数据存储、视频处理、视频显示、网络和电源管理六部分组成。其结构框图如图1所示。

视频采集部分采用模拟PAL摄像机和高精度视频A/D转换器来获取数字图像。 A/D转换器采用TI公司的TVP5145芯片，采样精度为10位，输出支持CCIR-656、BT656等格式。

数据存储部分的RAM采用三星的SDRAM。为了配合DM642的64位EMIF（外部存储器接口），使用了4块SDRAM，每块工作在16位模式，单片容量为32MB。数据存储部分中的ROM采用ATMEL公司的NOR型Flash芯片，总容量为256KB，数据总线为8位。本系统中的SDRAM用于存储系统运行时代码和临时图像数据，Flash用于存储系统自启动代码和系统程序代码。

视频显示部分采用数字LCD，无需数/模转换芯片，只需要一颗CPLD即可驱动LCD。 CPLD采用Altera的MAX3000系列。该部分为辅助功能，可根据实际应用情况进行选择。

DM642的以太网控制器（EMAC）属于数据链路层，因此需要外部物理层芯片进行网络通信。这里使用的是Intel的LXT971A芯片，它提供了MII（Media Independent Interface）接口，可以方便地连接DM642。

电源管理部分在硬件系统的设计中起着重要的作用。本系统的电源模块采用MAXIM的解决方案，包括MAX1762芯片（为DM642的I/O产生1.4V电源，为LCD逆变器产生5V电源）。

2 设备驱动程序设计

TI为DM642的VP端口开发了两层设备驱动程序模型。上层驱动称为Class Driver，更接近底层硬件。应用时只需按照该模型编写驱动程序即可。

对于以太网端口，TI提供了网络开发套件（NDK），它为在DSP上开发网络应用程序提供了平台。有了这个平台，在开发网络应用时，就不需要过多考虑如何将数据封装成IP数据包，也不需要过多关注TCP/IP协议的内部工作机制。这可以缩短产品开发周期和上市时间。

2.1 视频端口二层设备驱动模型

两层设备驱动模型如图2所示。顶层是应用程序，底层是底层硬件，包括DM642 VP端口和视频A/D芯片。大括号内的部分是设备驱动程序。图中还有一层芯片支持库（CSL），它提供了C语言接口，用于配置和控制片上外设。

根据VP端口的特点，设备驱动的两层驱动模型的每一层又细分为两层。从图2可以看出，Class Driver分为FVID Class Driver和GIO Class Driver。前者更贴近应用程序，提供了一些特别适合图像的API函数； Mini驱动分为通用部分和专用部分。这样划分的好处是，当硬件配置改变时，不需要重写Mini Driver，只需要修改特殊部分，提高了代码的复用性。

2.2 网络开发组件

网络开发组件的核心是一系列TCP/IP协议栈库。包括：（1）协议栈库和网络工具库，其中包含一些经过优化和编译的协议栈代码； (2)操作系统适配库，用于协调TCP/IP协议栈与DSP/BIOS之间的接口； (3)网络控制与调度库，决定TCP/IP环境的初始化以及网络相关事件如何调度； （4）多个硬件抽象层平台库，为TI的各种开发板（如DSK、TEB和EVM等）提供支持。由于本系统是自主开发的，因此不涉及HAL。

协议栈库的流程图如图3所示，其中灰色模块代表前面的5个库。

软件设计与实现【略】详细阅读文章：基于TMS320DM642的网络摄像机设计

Top 8：基于ML86500的网络摄像机方案设计

1 简介

近年来，随着数字图像处理技术、多媒体技术、嵌入式系统软硬件技术的快速发展以及宽带网络的不断普及，视频监控逐渐走近了人们的生活。与传统模拟监控相比，IP视频监控克服了模拟闭路电视监控的局限性：首先，数字视频可以在计算机网络（局域网或广域网）上传输图像数据，基本不受距离限制，信号不易受到干扰。可以大大提高图像质量和稳定性；其次，数字视频利用现有的计算机互联网络，无需重复布线，安装方便灵活；最后，数字化存储成为可能，压缩后的视频数据可以直接存储，查询方便快捷。

目前网络摄像机解决方案大多采用CPU+DSP的组合。 CPU完成控制、通信等功能，而DSP主要完成音视频信号的编码和处理。然而，此类解决方案通常更昂贵。本文设计的基于ML86500的网络摄像机解决方案具有压缩率高、带宽占用低、图像质量高、成本低等优点。

2 系统硬件设计

2.1 硬件总体规划

网络摄像机硬件总体方案如图1所示。

网络摄像机的基本原理是：CCD传感器将光转换为电荷，输出CVBS模拟视频信号给视频解码芯片（TW9910）；视频解码芯片将CVBS模拟视频信号转换为YUV 4:2。2格式数字信号并输出到视频编码芯片——ML86500； ML86500对视频信息进行编码压缩，生成MPEG4数据流； MPEG4数据流通过RTP协议封装并通过网络发送到远程客户端（PC），远程客户端解码并恢复视频信息进行播放。

2.2 MPEG4实时编码器电路

ML86500是OKI公司开发的实时MPEG4图像压缩（编码）处理单芯片产品。该芯片灵活运用OKI原创算法和专用加速器，以低成本实现高图像质量。其设计目标是针对监控摄像头、网络摄像头等图像。监控设备。因此，本次网络摄像机方案中的视频编码芯片采用ML86500。

ML86500的内部原理如图2所示。

ML86500主要技术指标：

视频编码方式：MPEG4 SP/ASP；

支持视频模式：NTSC@29.97 f/s、PAL@25 f/s、VGA、QVGA；

数据格式：亮度信号8b、色度信号8b（4:2:2）；

支持隔行扫描视频（NTSC/PAL）；

变换输入帧率；

码流编码方式：CBR/VBR；

外部SDRAM接口；

通用8/16位主机CPU接口；

电源电压：3.3V0.3V（IO）、1.5V0.15V（CORE、PLL）；

封装：144 引脚塑料LQFP。

ML86500的实时编码器电路见图3。

ML86500的内缘采用1.5V电源供电，PLL电路也采用1.5V电源供电。考虑到PLL电路可能对核心电路产生干扰，因此通过型低通滤波器对PLL电路供电，以消除高频干扰。

ML86500 使用27 MHz 有源晶体振荡器作为时钟。为了防止27 MHz有源晶振对系统电源的干扰，对27 MHz有源晶振的电源设计了型低通滤波器。

ML86500需要一个具有32 b数据总线宽度的外部SDRAM作为数据缓存。

系统软件设计[略]

详细阅读文章：基于ML86500的网络摄像机方案设计

Top 7：基于嵌入式操作系统的网络摄像机

与传统模拟监控系统相比，数字视频监控系统具有诸多优点：

1）将监控视频保存在大容量硬盘上。数字信号存储信息永远不会丢失，图像质量不会下降。

2) 数字视频很容易被计算机处理。可在监控图像中设置报警区域，计算机对报警区域的图像进行分析处理，实现自动监控和无人值守。

3）数字视频经过压缩后，占用带宽较小，数字信号在传输过程中容易被加密，非法截获的信号无法恢复为视频图像。

4）数字视频存储在计算机硬盘上，可以通过计算机检索和管理，省去了人工管理和检索的复杂性。

基于网络摄像机的远程视频监控系统的研究国外起步较早。成熟的网络摄像机产品有索尼营销公司推出的10BASE2T网络摄像机“SNC2VL10N”，还有松下KX2HCM130、三星SNC2100P、Ant2NWC10/50/100等。国外同类产品一般采用MPEG或小波压缩方式，性能较好，但价格昂贵，大多数国内用户无法承受。我国这方面的研究刚刚起步。大多数厂家只代理国外产品，从事实际研究的单位并不多。

目前国内市场已投入使用的视频采集设备大部分以视频采集卡的形式存在。本文设计的方案采用TI公司的TVP5040作为前端视频采集设备的主芯片。可作为独立单元存在，具有体积小、处理能力强、功耗低的特点；此外，采用强大的TI嵌入式处理传感器芯片TMS320DSC21，使系统能够快速、稳定地实现图像数据的采集、压缩、打包和上传，为数字视频监控提供了解决方案。本文简单介绍了TMS320DSC21，详细介绍了自主研发的远程视频监控系统视频数据采集处理端的硬件结构，以及利用该系统实现实时网络监控的设计方案。

1 个TMS320DSC21 微处理器

TMS320DSC21微处理器（简称DSC21）是一款高性能单片微处理器，它由以下部分组成：

1）1个DSP（TMS320C5409）子系统；

2）1个微控制器（ARM7TDMI）子系统；

3）2个DSP协处理器（iMX和VLC）；

4）SDRAM控制器；

5) 图像外围单元。

DSC21的高集成度使其特别适合视频、音频和成像产品中的应用。其5个子系统在单个芯片上形成了一个完整的系统。片上MCU运行用户操作系统，处理复杂协议并实现控制功能和位操作； DSP和DSP协处理器完成大规模计算、数字信号处理和算术运算；图像外围组件和SDRAM控制器提供了巨大的数据流量。因此，DSC21可以在单芯片上实现高性能、多处理器图像处理系统。

图1为DSC21模块图

DSC21 模块包括：

1）ARM子系统。它由ARM7TDMIRISC内核、内部RAM和外围模块组成。 ARM子系统完成所有控制功能，支持ucOS、Vx2Works、uITRON、Nucleus、Linux等实时操作系统。 ARM还控制各种外围模块，如定时器、中断控制器、CCD/CMOS控制器、OSD、NTSC/PAL视频编码器、USB、CF卡、SM卡、IrDA、预览引擎、串口等。用户界面软件还运行在ARM上。

2）DSP子系统。它由DSP内核、32KBRAM和专用存储块（ImageBuffer）组成。 DSP核心是基于0118m技术的DSP处理器TMS320C5409DSP。

DSP子系统负责所有大规模信号处理任务，例如图像处理和JPEG压缩；处理所有实时I/O，例如音频和ModemI/O、MP3 和AAC 播放；支持可编程实时自动曝光和自动对焦、自动白平衡（AE、AF、AWB）以及图像/视频拍摄和播放。

3）DSP协处理器。它由两部分组成：iMX和VLC，负责辅助DSP子系统进行图像处理。 iMX由4个并行的乘法累加单元（MAC）组成，适合矩阵运算；而VLC 针对JPEG、MPEG1 的量化和霍夫曼编码进行了优化。 DSP子系统可以通过调用子程序来实现对DSP协处理器的操作。

4）SDRAM控制器。它是片外扩展SDRAM与片上所有功能模块之间的接口。它为片外SDRAM提供高带宽接口，连接DSC21处理器和图像单元，支持高达80MHz、32bitSDRAM。 SDRAM控制器支持实时CCD数据流输入和电视显示数据输出，存取性能达到320MBs-1。

5）图像外围元件。 DSC21有4个图像单元：

CCD控制器、预览引擎、突发模式压缩/解压缩单元和硬件图形单元。这些专用图像单元由ARM 控制，用于将数据读入DSC21 系统并创建彩色显示。

CCD控制器可以为CCD/CMOS图像传感器提供必要的同步时序逻辑，支持逐行扫描和隔行扫描CCD/CMOS图像传感器。通过配置CCD控制器的内部寄存器，可以将CCD控制器置于不同的工作状态。 CCD控制器可支持高达16Mpix (4K4K)的CCD/CMOS图像传感器。

预览引擎模块将来自CCD控制器的数据转换成适合NTSC/PAL编码器的显示格式。可实现30帧s-1的NTSC/PAL实时预览。预览引擎具有增益控制、白平衡、垂直和水平噪声过滤、CFA插值、下采样、伽玛校正和色彩空间转换等内置功能。

连拍模式压缩解压模块采用无损（或有损）算法对CCD控制器传过来的原始图像数据进行压缩并写入SDRAM中。解压缩引擎在DSP的控制下对数据进行解压缩。数据经过处理、显示并存储回SDRAM。连拍模式可支持10帧s-1高分辨率照片的拍摄。

硬件图形单元由3部分组成：OSD（OnScreenDisplay）、NTSC/PAL编码器和DAC（数模转换器）。

OSD支持3个硬件窗口，NTSC/PAL编码器集成复合视频信号输出通道和独立的R、G、B输出通道。

系统硬件组成[略]

详细阅读文章：基于嵌入式操作系统的网络摄像机

TOP 6：基于ARM和以太网供电的网络摄像机设计

1 系统结构

整个系统由AT91RM9200处理器、CMOS传感器、音频采集系统、以太网供电系统和以太网数据通信组成。首先，通过CMOS传感器镜头采集图像，还可以采集音频。整个过程经过AT91RM9200处理器处理后，通过网络传输并通过网络供电，从而实现了以太网供电的网络摄像机系统功能。

2 系统硬件设计

2.1 AT91RM9200相关设计

AT91RM9200嵌入了ARM920T ARM Thumb处理器内核。当工作频率为180 MHz时，性能高达200 MIPS。内存管理单元SRAM为16K，ROM为128K。 AT91RM 9200集成了许多标准接口，包括USB 2.0全速主机和设备端口、大多数外设以及网络层广泛使用的10/100 Base-T以太网媒体访问控制器（MAC）。此外，它还提供一系列行业标准外设，用于音频、电信、闪存卡红外和智能卡。

媒体独立接口(MII) 或简化独立媒体接口(RMII)，具有集成的28 字节FIFO 和用于接收和传输的专用DMA 通道。自动协议控制和快速自动数据传输，兼容MMC和SD存储卡，支持两个SD存储器和32位高速数据流传输。系统硬件结构如图1所示。

AT91RM9200作为系统的CPU，采用MT9D131作为图像采集传感器。 MT9D131是一款带有2兆像素图像传感器芯片的CMOS传感器。由于其较好的性能，被广泛应用于监控行业。来自麦克风的音频信号通过WM8731 进行捕获和处理，WM8731 是一款低功耗、高质量音频编解码器，具有集成耳机驱动器，专为便携式数字音频应用而设计。该器件提供CD 品质的音频录制和播放，为16 负载提供50 mW 的输出功率。此外，AT91RM9200拥有丰富的外设和I/O，这也为未来的系统升级提供了极大的便利。

2.2 POE供电设计

2.2.1 POE供电工作流程

首先，PSE设备在端口处输出非常小的电压，直到检测到电缆终端连接是支持IEEE802.3af标准的受电终端设备。 PSE设备检测到受电设备PD后，可以对PD设备进行分类，并评估PD设备所需的功率损耗。

POE 技术允许在现有的5 类、5e 类和6 类网络上安全可靠地传输高达15 W 的48 V 电源，使其特别适合通信应用。它可以为IP 电话、WLAN 接入点、网络摄像机和其他类型的网络终端供电，功率范围为13 W（在供电设备上测量）。 POE供电原理图如图2所示。

2.2.2 以太网供电控制器LTC4269

凌力尔特公司推出IEEE802.3af 以太网供电(POE) 控制器LTC4269，该控制器具有集成开关稳压器，大大简化了受电设备(PD) 设计。 LTC4269 增强了传统POE 功能。

用户可以配置代表PD电源分级的分级负载电流，坚固耐用的100V热插拔MOSFET，在检测和分级期间隔离以太网供电接口DC/DC转换器，同时在使用任何PSE A平滑时提供100 mA浪涌电流上电转换是可能的。

3 系统软件设计

软件系统由系统引导程序、嵌入式操作系统和上层应用程序组成。大多数引导加载程序包含两种不同的操作模式：引导加载和下载。引导加载模式也称为自主模式，即Bootloader将操作系统从目标机上的存储设备加载到RAM中并运行，无需用户干预。下载模式下，目标机上的Bootloader会通过串口连接或网络连接等通信方式从主机（Host）下载文件。

软件系统还包括网络摄像机的关键TCP/IP和UDP协议库。应用软件包括文件系统管理、网络服务、电子邮件发送、文件传输、检测报警等。网络服务程序将语音和图像发送到网络上的某个端口，供其他网络设备访问。

U-Boot移植过程：U-Boot的源代码可以从官网下载。在Linux中安装交叉编译器，编译代码，生成U-Boot.bin文件。启动后显示。代码如下所示：

内存配置：

银行#0：20000000 16 MB

闪存：16MB

于：连载

输出：串口

错误：串口

按任意键停止自动启动：0

《K9Uboot》

结论

本文介绍了一款以AT91RM9200处理器为核心的网络摄像机的设计与实现。网络供电模块LTC4269增强了传统POE功能的DC/DC控制器。 CMOS传感器MT9D131实现图像采集，其强大的图像采集能力保证动态图像清晰可靠。

音频编解码器WM8731可以实现摄像头音频的采集。 AT91RM9200目前广泛应用于音视频、语音、多媒体等消费电子领域。因此，该系统具有良好的应用前景。

TOP 5：基于CMOS图像传感器OV7720的网络摄像机设计

网络摄像机具有联网功能，最大限度地保持了模拟摄像机的功能。他们无疑是监控领域的新星。网络摄像机一般采用成品CCD摄像机作为视频采集前端。 CCD相机占硬件成本的很大一部分，并且CCD相机输出模拟信号，因此系统中必须添加视频A/D转换器。网络摄像机用CMOS摄像机的开发对于降低设计成本和复杂性具有重要意义。

1 图像采集系统所用芯片简介

1.1 图像传感器OV7720

OV7720 是一款高度集成的CMOS 相机芯片传感器，在单个芯片上提供VGA 图像处理器的所有功能。 OV7720的一个独特之处在于它具有较大的主光角度，可以显着降低模组高度，这是允许相机安装到当前超薄笔记本电脑中的关键因素； OV7720的第二个亮点是它可以工作在60f/s VGA模式，或者以120f/s工作在QVGA模式，以实现设备的最佳性能。 OV7720集成了对图像传感器的完整控制，包括曝光控制、伽马校正、白平衡、色彩饱和度和色调控制。所有图像处理功能都可以通过其串行相机控制总线（SCCB）接口在内部实现。控制寄存器组的编程。 OV7720采用专有的传感器技术，通过减少或消除固定图案噪声、拖尾和晕染等不良因素，提高图像质量，产生清晰、纯净和完全稳定的彩色图像。其主要技术参数如表1所示。

1.2 摄像头控制芯片OV529

OV529 是一款相机控制芯片，可将来自图像传感器（例如OV7720）的信号转换为压缩图像格式的数据。图1显示了OV529与传感器、主机和E2PROM之间的逻辑关系。该芯片的技术特点是：可作为移动PDA系统和笔记本电脑中低成本、低功耗、高分辨率的单片摄像头控制器；不需要附件。

以上知识分享希望能够帮助到大家！