數字家庭新秀-數字可視對講技術探討

　　引言

　　20世紀60年代，電視改變了人們的生活，出現了“電視一代”;80年代，電腦改變了人們的工作方式，促成了“電腦一代”;90年代，互聯網改變了人們獲取信息的方式，誕生了“網絡一代”。進入21世紀，數字化的生活方式將無處不再，最終會全面進入每個人的家庭，數字家庭的浪潮已經洶涌澎湃。

　　傳統(tǒng)的數字家庭中心之爭：PC中心論、TV中心論及SetBox中心論，其優(yōu)勢和劣勢都很明顯，就單一產品而言都難以獨自承擔數字家庭的重任。近年來市場上出現了另一產品逐漸承擔了數字家庭越來越多的功能和責任，這就是數字可視對講。傳統(tǒng)的樓宇可視對講產品逐漸往數字化，網絡化、智能化的方向發(fā)展，可視對講產品除了擔當可視對講、遙控開鎖、報警等功能外，還實現了遠程視頻監(jiān)控、異動報警、門禁、三表抄送、信息發(fā)布、智能家居控制、上網及視頻點播甚至手機聯動等增值服務。這類產品大多內置了性能強大的Soc處理器和觸摸TFT顯示屏，尤其標配的網絡功能，給產品帶來了更多的想象空間，將越來越多的融合PVR、DPF數碼相框、可視電話、媒體播放器等數字媒體功能。數字可視對講悄悄地充當了數字家庭另一中心的角色。

　　可視對講發(fā)展趨勢

　　可視對講經歷了從模擬黑白、彩色到數字化的歷程，向著網絡化和智能化的方向發(fā)展，并逐漸融合多種媒體功能。模擬可視對講(黑白、彩色)，音視頻通過同軸電纜傳輸，控制信號通過單片機總線傳輸，其技術特點決定著產品有著先天的缺點，而數字化網絡傳輸帶來的不僅僅是通過將音視頻及所有控制信息均通過一根網絡線傳輸克服了模擬傳輸帶來的弊端，更為重要的是為用戶增添了更為實用的增值業(yè)務。下表所示為模擬對講與數字對講的對比。

　　今后數字可視對講的發(fā)展更多的是融合了智能家居控制，逐漸成為智能家居的控制中心，同時也會將越來越多的附加功能加入其中。

圖2 數字可視對講Roadmap plan

　　數字可視對講技術原理及框圖

　　數字可視對講系統(tǒng)的構成，一般包含這么幾個模塊：室內機，梯口機、交換機、管理機等。如圖3所示。

圖3  數字可視對講系統(tǒng)框圖

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　　訪客來訪，通過梯口機撥號呼叫指定的室內機，梯口機通過將訪客的影音信息數字化后編碼壓縮傳送給指定的室內機，室內機接收到網絡傳輸過來的影音信號進行解壓縮顯示，確定訪客身份后，按動開鎖鍵開啟梯口的門鎖。同時，梯口機和室內機之間還實現了VoIP，兩個終端可實現雙向語音對講，為業(yè)主辨別來客身份提供進一步溝通、確認之需要。

　　在兩個室內機或室內機與管理機之間，系統(tǒng)則提供了雙向的視頻及語音傳輸功能。在功能實現上，梯口機、管理機都可以歸結為室內機。室內機的功能最為全面，實現音視頻的壓縮傳輸、接收解壓縮顯示和回聲抵消功能，同時可作為各項網絡增值業(yè)務的實現終端。本文以海思半導體的多用途媒體網絡處理芯片Hi3510為例介紹室內機的構成。Hi3510是海思半導體針對媒體壓縮/解壓縮處理、網絡傳輸、VoIP多功能混合應用市場開發(fā)的處理芯片，已廣泛應用于可視電話、網絡攝像機、網絡視頻服務器及數字可視對講等產品上。從Hi3510應用于數字可視對講的系統(tǒng)框圖中，我們可以看出完整的信號處理元素和流程。

圖4  Hi3510數字可視對講最小系統(tǒng)框圖

　　以Hi3510為核心，配備圖像傳感器作為影像輸入源，視頻信號通過ITU656接口輸送給Hi3510，Hi3510對數字視頻進行壓縮處理，經過PHY將數據以TCP/IP包傳輸到目的地;同時，Hi3510對通過PHY傳送的TCP/IP包進行解碼、縮放，通過RGB888接口送至TFT Module顯示;為方便用戶進行選擇操作，可通過SPI接口及GPIO實現觸摸屏和按鍵功能;語音數據則通過一顆音頻Codec進行AD編碼后通過I2S總線送往Hi3510處理，Hi3510不僅僅需要對語音作壓縮處理以備傳輸，而且還需要實現雙向語音傳輸所需的回聲抵消功能、唇音同步以及按鍵的雙音多頻DTMF等。多達兩個的USB1.1接口提供了豐富的個人存貯界面，各種影音即可通過網絡傳輸也可通過USB及USB轉SD存貯至本地，以便需要時播放。若需擴展WIFI無線傳輸，另一個USB1.1接口可提供成本低且易實現的USB轉Wi-Fi方案。

　　技術核心：視頻壓縮、語音處理、網絡傳輸

　　未來多媒體產品的核心不外乎：音視頻壓縮，語音處理和網絡傳輸三大部分。無論是從PC娛樂、SetBox，還是Digital TV以及任何多媒體產品都可以看到這三大要素的蹤影。作為數字家庭中的新秀，這三要素也是構成數字可視對講系統(tǒng)的基礎。

　　由于歷史原因，早期的數字可視對講的視頻編碼格式多為H.263，其目的是為了和可視電話兼容。H.264作為H.263的升級版本提供了更大的壓縮比和更好的網絡適應性。基于此，越來越多的數字可視對講產品采用H.264標準作為視頻壓縮的格式。 H.264最大特點是對帶寬的要求很低，在同等的還原圖像質量的情況下，H.264要比MPEG-4節(jié)省50%以上的碼率。同時，H.264在設計之初就考慮到了在不同網絡資源下的分級編碼傳輸。H.264具有較強的容錯能力，在質量不穩(wěn)定的網絡環(huán)境中，可以得到比MPEG4編碼視頻更好的質量。當然，H.264帶來的好處不是免費的、更高的壓縮比和良好的網絡適應性能，而是處理算法的復雜化，對處理器提出了更高的性能要求。

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　　為了適應網絡傳輸的特點，語音也需要低帶寬、高音質的音頻編碼標準。日常所常見的MP3、AAC等多媒體音頻格式不能很好的適應語音網絡通信的要求。語音網絡通信使用的更多的是G.7xx和AMR(Adaptive Multi-Rate)語音編碼，以便在有限帶寬下提供多路數的語音數據業(yè)務。例如，G.729是一種高效的壓縮編碼技術，可將經過采樣的64kb/s話音以幾乎不失真的質量壓縮至8kb/s，非常適合在VoIP系統(tǒng)中使用;AMR主要用于移動設備的音頻，壓縮比比較大，但相對其他的壓縮格式質量比較差，由于多用于人聲通話，效果還是很不錯的。同時為了支撐雙向語音對講業(yè)務，語音處理模塊仍要提供對回聲抵消、唇音同步、噪聲抑制、雙音多頻DTMF的支持。普通的多媒體處理器往往只能提供單一的語音處理功能，因此應用在數字可視對講上的處理器需提供更為靈活和強大的語音支持。

　　海思半導體Hi3510芯片靈活的多核架構，滿足了視頻H.264的復雜編碼和音頻多種壓縮格式的要求，同時內置雙MAC，可方便配置帶路由功能的網絡，降低eBOM。圖5為Hi3510內部邏輯圖。

圖5  Hi3510功能邏輯圖

　　內置的H.264/263 硬件加速器完成視頻編解碼算法，保障了流暢的視頻畫面，對H.263的兼容使得采用Hi3510為主芯片的設備可兼容早期的可視電話系統(tǒng)，實現多終端對接。32位的語音DSP，在提供從MP3、WMA到G.7xx,AMR多種語音編碼處理的同時，支持回聲抵消、噪聲抑制、唇音同步等處理需求。主頻220MHz的ARM處理器，可實現更多增值業(yè)務，IE瀏覽、數碼相框、信息發(fā)布均在ARM上完成。Hi3510以ARM+Audio DSP+H.264/263硬件加速的多核處理架構并配備豐富的通信接口，如MAC、UART、USB等。

　　結語

　　數字可視對講無論在市場上還是技術上，目前正處于加速發(fā)展時期，并越來越成為數字家庭的一個重要角色。其自身具備的三大要素：視頻壓縮、語音處理、網絡傳輸，使得數字可視對講與其他家庭多媒體產品互相融合。由此，隨著技術的發(fā)展，對內置的處理器也提出了更高的要求。