視頻監控系統掙脫技術(shù)束縛

　　可靠性是另外一個(gè)問(wèn)題。如今的無(wú)線(xiàn)鏈路如果設計正確的話(huà)，其可靠性絲毫不亞于有線(xiàn)系統。無(wú)線(xiàn)鏈路的設計目標是要創(chuàng )建額外的衰減余量，以適應天氣和不斷變化的環(huán)境條件，如移動(dòng)中的物體、樹(shù)木的生長(cháng)或吹風(fēng)以及新的建筑。最后就是安全性問(wèn)題。利用加密技術(shù)甚至定向天線(xiàn)，現有設備可以滿(mǎn)足大多數安全要求。

　　大多數新的IP系統采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)，因為安裝起來(lái)更快、更方便，更不用說(shuō)更加便宜了?，F有的有線(xiàn)LAN通?？梢栽谙到y規模不太大時(shí)用來(lái)傳送視頻。無(wú)線(xiàn)調制解調器可以方便地擴展有線(xiàn)系統。另外，不要忘了與現有模擬系統結合的潛力。這種混合系統很常見(jiàn)。

產(chǎn)品與系統

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

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

　　在一個(gè)經(jīng)優(yōu)化的系統中，每臺攝像機將它的數據發(fā)往交換機，交換機再與存儲服務(wù)器以及客戶(hù)端PC和監視器通信，完成對視頻流的訪(fǎng)問(wèn)和系統的控制。Allied Telesis公司的AT-8100S可堆疊式交換機就是針對這些視頻監控系統(圖2)設計的。

　　FPGA供應商Altera公司也把目光瞄準了視頻監控市場(chǎng)，并推出了基于單片FPGA的高清IP攝像機參考設計。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公司提供的知識產(chǎn)權。

　　上述設計可以與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DSP和特殊應用標準產(chǎn)品(ASSP)的架構相比，其設計目標就是要減少電路板面積和功耗，提高靈活性并縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　傳統的DSP和ASSP不具備接受來(lái)自1080p和720p WDR CMOS傳感器的大帶寬數據所要求的處理能力。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，每秒幀數為60幀，因此最終數據帶寬超過(guò)2Gbps。Altera公司的FPGA可以提供這樣的帶寬。Altera的高清監控IP攝像機參考設計包括：

　　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Altasens A3372E3-4T WDR模式的“棋盤(pán)去馬賽克”內核；

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

　　Eyelytics公司的H.264視頻編碼器，能夠實(shí)現主要類(lèi)720線(xiàn)逐行每秒30幀編碼或1080線(xiàn)逐行每秒15幀的編碼能力；

　　Altera的三速以太網(wǎng)介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制器(MAC)知識產(chǎn)權內核。

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

　　在這個(gè)參考設計中捆 綁全套的知識產(chǎn)權使設計人員能夠迅速啟動(dòng)攝像機開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)時(shí)間最多可以縮短一年。攝像機設計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動(dòng)檢測以及平移、傾斜和縮放控制。

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

圖3：根據型號的不同，Basler公司的IP攝像機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。攝像機支持運動(dòng)JPEG、MPEG-4和H.264壓縮標準。CCD輸出信號在模數轉換器(ADC)中完成數字化，并傳送到FPGA進(jìn)行初始處理，然后送到帶有128MB RAM和8MB閃存的內部雙核600MHz DSP上。

　　I/O是標準的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)現多數據流。圖像還可以縮放。興趣域特性使用戶(hù)可在原始視域內定義定制區域。還能實(shí)現帶告警的運動(dòng)檢測。

　　雖然大多數高清視頻監控會(huì )采用無(wú)線(xiàn)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同軸電纜基礎設施似乎是一種浪費?，F在已經(jīng)可以通過(guò)這種同軸電纜傳送高清視頻，這要歸功于Gennun公司推出的Aviia(工業(yè)應用高級視頻接口)系統，可在同軸電纜上傳送高清視頻?，F有的模擬CCTV用戶(hù)只需斷開(kāi)攝像機和一些其它設備就可以升級到高清制式，無(wú)需用CAT6/6 UTP重新布線(xiàn)或轉用無(wú)線(xiàn)連接。

　　Aviia發(fā)送器(TX)和接收器(RX)芯片組支持8、10或12位分量數字視頻。它給24、25、30、50和60fps的標清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上可以達到160米，在RG-6上可以達到230米。標清格式下的收發(fā)距離更遠，在RG-59上可達330米，在RG-6上可達440米。線(xiàn)纜供直流電(PoC)功能被設計用于遠程攝像機。用于遙控的6Mbps輔助數據通道也是一個(gè)重要特性。該系統允許格式中包含多達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)起的標準。這種技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為廣播電視開(kāi)發(fā)的。

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

　　數據速率在標清格式下為270Mbps，在高清格式下為1.485Gbps，在50/60fps幀速率1080p格式下為2.97Gbps。該芯片現已供貨，并提供參考設計。其它應用包括數字標簽、機器視覺(jué)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控設備設計。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應用。

　　每種芯片都號稱(chēng)具有4個(gè)高質(zhì)量的NTSC/PAL/SECAM視頻解碼器，可以將模擬復合視頻信號轉換為YCbCr數據數字分量。它們還采用自適應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(zhuān)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據。

　　這些器件支持廣泛的視頻應用，包括同時(shí)解碼和傳送4通道實(shí)時(shí)D1視頻，或多達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Techwell先進(jìn)的專(zhuān)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攝像機參考設計套件基于美信的MG2580 SoC，后者集成了IP攝像機所需的大部分電路。該芯片能處理CIF、D1和720p視頻，并提供高達1200萬(wàn)像素的H.264和M-JPEG解碼功能。芯片中還包含滿(mǎn)足G.722、AMR、AAC和MP1/2/3標準的音頻編解碼器。

　　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動(dòng)檢測、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(xiàn)性產(chǎn)品，用它們可組成完整的攝像機。

　　德州儀器(TI)公司也有一系列完整的監控視頻芯片、參考設計和軟件(圖4)。這些器件源自基于著(zhù)名TMS320 DSP的TI達芬奇(DaVinci)系列視頻處理器。

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