視頻監(jiān)控系統(tǒng)掙脫技術(shù)束縛

　　可靠性是另外一個(gè)問題。如今的無(wú)線鏈路如果設(shè)計(jì)正確的話，其可靠性絲毫不亞于有線系統(tǒng)。無(wú)線鏈路的設(shè)計(jì)目標(biāo)是要?jiǎng)?chuàng)建額外的衰減余量，以適應(yīng)天氣和不斷變化的環(huán)境條件，如移動(dòng)中的物體、樹木的生長(zhǎng)或吹風(fēng)以及新的建筑。最后就是安全性問題。利用加密技術(shù)甚至定向天線，現(xiàn)有設(shè)備可以滿足大多數(shù)安全要求。

　　大多數(shù)新的IP系統(tǒng)采用無(wú)線技術(shù)，因?yàn)榘惭b起來(lái)更快、更方便，更不用說(shuō)更加便宜了。現(xiàn)有的有線LAN通?？梢栽谙到y(tǒng)規(guī)模不太大時(shí)用來(lái)傳送視頻。無(wú)線調(diào)制解調(diào)器可以方便地?cái)U(kuò)展有線系統(tǒng)。另外，不要忘了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)結(jié)合的潛力。這種混合系統(tǒng)很常見。

產(chǎn)品與系統(tǒng)

　　市場(chǎng)上已有驚人數(shù)量的產(chǎn)品支持向更高分辨率的IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展。

　　Allied Telesis公司生產(chǎn)面向視頻系統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)。這種交換機(jī)是大型系統(tǒng)中的重要組件。大部分大型系統(tǒng)需要獨(dú)立的以太網(wǎng)LAN，以防止巨大視頻流量造成IT網(wǎng)絡(luò)過(guò)載。大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中每臺(tái)IP攝像機(jī)高達(dá)4至7MB的數(shù)據(jù)量很可能超出任何企業(yè)LAN的負(fù)載能力。

　　在一個(gè)經(jīng)優(yōu)化的系統(tǒng)中，每臺(tái)攝像機(jī)將它的數(shù)據(jù)發(fā)往交換機(jī)，交換機(jī)再與存儲(chǔ)服務(wù)器以及客戶端PC和監(jiān)視器通信，完成對(duì)視頻流的訪問和系統(tǒng)的控制。Allied Telesis公司的AT-8100S可堆疊式交換機(jī)就是針對(duì)這些視頻監(jiān)控系統(tǒng)(圖2)設(shè)計(jì)的。

　　FPGA供應(yīng)商Altera公司也把目光瞄準(zhǔn)了視頻監(jiān)控市場(chǎng)，并推出了基于單片F(xiàn)PGA的高清IP攝像機(jī)參考設(shè)計(jì)。這個(gè)解決方案采用了Altera的低成本Cyclone III或Cyclone IV FPGA以及Eyelytics公司和Apical公司提供的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

　　上述設(shè)計(jì)可以與AltaSens公司的1080p60 A3372E3-4T和Aptina公司的720p60 MT9M033高清寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)CMOS圖像傳感器一起使用。與采用傳統(tǒng)DSP和特殊應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)的架構(gòu)相比，其設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要減少電路板面積和功耗，提高靈活性并縮短開發(fā)時(shí)間。

　　傳統(tǒng)的DSP和ASSP不具備接受來(lái)自1080p和720p WDR CMOS傳感器的大帶寬數(shù)據(jù)所要求的處理能力。例如，一個(gè)全高清光柵影像有2200×1125個(gè)像素，每個(gè)像素超過(guò)16位，每秒幀數(shù)為60幀，因此最終數(shù)據(jù)帶寬超過(guò)2Gbps。Altera公司的FPGA可以提供這樣的帶寬。Altera的高清監(jiān)控IP攝像機(jī)參考設(shè)計(jì)包括：

　　Apical公司的ISP，它整合了世界一流的WDR處理“動(dòng)態(tài)范圍修正(iridix)”和先進(jìn)的時(shí)空降噪功能；

　　Apical公司針對(duì)Altasens A3372E3-4T WDR模式的“棋盤去馬賽克”內(nèi)核；

　　“3A”功能，例如在Altera的Nios II嵌入式軟核處理器上用軟件實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)曝光和自動(dòng)白平衡；

　　Eyelytics公司的H.264視頻編碼器，能夠?qū)崿F(xiàn)主要類720線逐行每秒30幀編碼或1080線逐行每秒15幀的編碼能力；

　　Altera的三速以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制器(MAC)知識(shí)產(chǎn)權(quán)內(nèi)核。

　　由于不需要DSP或ASSP，并將所有這些功能集成到單片Altera FPGA上，設(shè)計(jì)工程師可以減小電路板面積，從而節(jié)省成本、降低功耗。與以前的設(shè)計(jì)相比，Altera的單芯片解決方案可以降低50%以上的功耗。

　　在這個(gè)參考設(shè)計(jì)中捆 綁全套的知識(shí)產(chǎn)權(quán)使設(shè)計(jì)人員能夠迅速啟動(dòng)攝像機(jī)開發(fā)，開發(fā)時(shí)間最多可以縮短一年。攝像機(jī)設(shè)計(jì)人員要做的所有工作就是利用自己的特殊功能定制FPGA，例如加入自己的軟件用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)以及平移、傾斜和縮放控制。

　　Basler公司也生產(chǎn)高品質(zhì)的現(xiàn)代IP攝像機(jī)(圖3)。他們提供固定支架和半球型版本。不同的型號(hào)提供不同的分辨率，如640×480、1024×768、1280×960和1600×1200像素。所有型號(hào)都使用索尼的Wfine逐行掃描CCD圖像傳感器。

圖3：根據(jù)型號(hào)的不同，Basler公司的IP攝像機(jī)提供不同的鏡頭和處理。圖中所示為僅3.5英寸并帶有DC驅(qū)動(dòng)光圈的一款產(chǎn)品。

　　幀速率的大小取決于分辨率和壓縮機(jī)制，從較低分辨率時(shí)的30fps到最高分辨率時(shí)的4fps不等。攝像機(jī)支持運(yùn)動(dòng)JPEG、MPEG-4和H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)。CCD輸出信號(hào)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)中完成數(shù)字化，并傳送到FPGA進(jìn)行初始處理，然后送到帶有128MB RAM和8MB閃存的內(nèi)部雙核600MHz DSP上。

　　I/O是標(biāo)準(zhǔn)的10/100以太網(wǎng)接口，必要時(shí)還可以使用RS-232接口。電源通過(guò)PoE或7V至20V直流電源提供。多編碼功能允許實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)流。圖像還可以縮放。興趣域特性使用戶可在原始視域內(nèi)定義定制區(qū)域。還能實(shí)現(xiàn)帶告警的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

　　雖然大多數(shù)高清視頻監(jiān)控會(huì)采用無(wú)線鏈路或在CAT5/6以太網(wǎng)上傳輸，但同軸電纜仍有一定的市場(chǎng)。忽略大量安裝的RG-59或RG-6同軸電纜基礎(chǔ)設(shè)施似乎是一種浪費(fèi)?，F(xiàn)在已經(jīng)可以通過(guò)這種同軸電纜傳送高清視頻，這要?dú)w功于Gennun公司推出的Aviia(工業(yè)應(yīng)用高級(jí)視頻接口)系統(tǒng)，可在同軸電纜上傳送高清視頻。現(xiàn)有的模擬CCTV用戶只需斷開攝像機(jī)和一些其它設(shè)備就可以升級(jí)到高清制式，無(wú)需用CAT6/6 UTP重新布線或轉(zhuǎn)用無(wú)線連接。

　　Aviia發(fā)送器(TX)和接收器(RX)芯片組支持8、10或12位分量數(shù)字視頻。它給24、25、30、50和60fps的標(biāo)清525i或625i格式和高清720p格式提供串行接口。提供的其它格式包括50和60fps的HD1080i或24、25、30、50和60fps的1080p。

　　高清格式下的收發(fā)距離在RG-59上可以達(dá)到160米，在RG-6上可以達(dá)到230米。標(biāo)清格式下的收發(fā)距離更遠(yuǎn)，在RG-59上可達(dá)330米，在RG-6上可達(dá)440米。線纜供直流電(PoC)功能被設(shè)計(jì)用于遠(yuǎn)程攝像機(jī)。用于遙控的6Mbps輔助數(shù)據(jù)通道也是一個(gè)重要特性。該系統(tǒng)允許格式中包含多達(dá)8條音頻通道。

　　Aviia芯片組基于Gennum公司先進(jìn)的串化器/解串器技術(shù)。發(fā)送器指定為GV7600，接收器GV7601使用了電纜均衡技術(shù)。這些器件采用HDCCTV聯(lián)盟發(fā)起的標(biāo)準(zhǔn)。這種技術(shù)是專門為廣播電視開發(fā)的。

　　視頻采用無(wú)壓縮方式發(fā)送的，且沒有通過(guò)TCP/IP封裝。最終可以得到這樣一種系統(tǒng)：攝像機(jī)可以插入接收設(shè)備，視頻發(fā)送具有最小延時(shí)，配置非常少。

　　數(shù)據(jù)速率在標(biāo)清格式下為270Mbps，在高清格式下為1.485Gbps，在50/60fps幀速率1080p格式下為2.97Gbps。該芯片現(xiàn)已供貨，并提供參考設(shè)計(jì)。其它應(yīng)用包括數(shù)字標(biāo)簽、機(jī)器視覺和視頻會(huì)議等。

　　Intersil公司的Techwell事業(yè)部也用有大量芯片能夠支持視頻監(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)。例如，他們的TW6864和TW6868多通道視頻捕捉芯片就是高集成度的單芯片解決方案，支持通過(guò)PCI Express x1接口進(jìn)行多通道實(shí)時(shí)視頻和音頻捕獲，非常適合PC DVR應(yīng)用。

　　每種芯片都號(hào)稱具有4個(gè)高質(zhì)量的NTSC/PAL/SECAM視頻解碼器，可以將模擬復(fù)合視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為YCbCr數(shù)據(jù)數(shù)字分量。它們還采用自適應(yīng)4H梳狀濾波器來(lái)分隔亮度和色度，以減少交叉噪聲偽像。TW6864和TW6868包含一個(gè)高性能專有DMA控制器，可充分使用PCI Express x1帶寬，這使得它能夠以最優(yōu)的吞吐速率傳送視頻和音頻數(shù)據(jù)。

　　這些器件支持廣泛的視頻應(yīng)用，包括同時(shí)解碼和傳送4通道實(shí)時(shí)D1視頻，或多達(dá)16通道的非實(shí)時(shí)視頻。它們還支持多種視頻顯示格式，如D1、半D1和CIF。

　　通過(guò)實(shí)現(xiàn)Techwell先進(jìn)的專有視頻交換技術(shù)，這些芯片在非實(shí)時(shí)交換模式下?lián)碛袠I(yè)界領(lǐng)先的視頻鎖定速度。此外，配合外部Techwell四通道解碼器，TW6868可以傳送多達(dá)8通道的實(shí)時(shí)D1視頻和9通道的音頻輸出。

　　美信集成產(chǎn)品(Maxim Integrated Products)公司的Mobicam3 IP攝像機(jī)參考設(shè)計(jì)套件基于美信的MG2580 SoC，后者集成了IP攝像機(jī)所需的大部分電路。該芯片能處理CIF、D1和720p視頻，并提供高達(dá)1200萬(wàn)像素的H.264和M-JPEG解碼功能。芯片中還包含滿足G.722、AMR、AAC和MP1/2/3標(biāo)準(zhǔn)的音頻編解碼器。

　　MG2580芯片集成了帶以太網(wǎng)和USB I/O的ARM9。它的基本視頻分析功能包括運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、絆網(wǎng)和圖像跟蹤等。Mobicam3套件還列出了一整套美信的其它線性產(chǎn)品，用它們可組成完整的攝像機(jī)。

　　德州儀器(TI)公司也有一系列完整的監(jiān)控視頻芯片、參考設(shè)計(jì)和軟件(圖4)。這些器件源自基于著名TMS320 DSP的TI達(dá)芬奇(DaVinci)系列視頻處理器。

圖4：TI擁有一系列針對(duì)視頻處理的完整IC產(chǎn)品，這些器件都源自TI達(dá)芬奇系列視頻處理器。