數字可視對講技術(shù)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(lián)網(wǎng)改變了人們獲取信息的方式，誕生了“網(wǎng)絡(luò )一代”。

　　進(jìn)入21世紀，數字化的生活方式將無(wú)處不再，最終會(huì )全面進(jìn)入每個(gè)人的家庭，數字家庭的浪潮已經(jīng)洶涌澎湃。

　　傳統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(chǎn)品而言都難以獨自承擔數字家庭的重任。近年來(lái)市場(chǎng)上出現了另一產(chǎn)品逐漸承擔了數字家庭越來(lái)越多的功能和責任，這就是數字可視對講。傳統的樓宇可視對講產(chǎn)品逐漸往數字化，網(wǎng)絡(luò )化、智能化的方向發(fā)展，可視對講產(chǎn)品除了擔當可視對講、遙控開(kāi)鎖、報警等功能外，還實(shí)現了遠程視頻監控、異動(dòng)報警、門(mén)禁、三表抄送、信息發(fā)布、智能家居控制、上網(wǎng)及視頻點(diǎn)播甚至手機聯(lián)動(dòng)等增值服務(wù)。這類(lèi)產(chǎn)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(wǎng)絡(luò )功能，給產(chǎn)品帶來(lái)了更多的想象空間，將越來(lái)越多的融合PVR、DPF數碼相框、可視電話(huà)、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(jīng)歷了從模擬黑白、彩色到數字化的歷程，向著(zhù)網(wǎng)絡(luò )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(guò)同軸電纜傳輸，控制信號通過(guò)單片機總線(xiàn)傳輸，其技術(shù)特點(diǎn)決定著(zhù)產(chǎn)品有著(zhù)先天的缺點(diǎn)，而數字化網(wǎng)絡(luò )傳輸帶來(lái)的不僅僅是通過(guò)將音視頻及所有控制信息均通過(guò)一根網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)傳輸克服了模擬傳輸帶來(lái)的弊端，更為重要的是為用戶(hù)增添了更為實(shí)用的增值業(yè)務(wù)。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(shí)也會(huì )將越來(lái)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(shù)原理及框圖

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

　　圖3 數字可視對講系統框圖

　　訪(fǎng)客來(lái)訪(fǎng)，通過(guò)梯口機撥號呼叫指定的室內機，梯口機通過(guò)將訪(fǎng)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(wǎng)絡(luò )傳輸過(guò)來(lái)的影音信號進(jìn)行解壓縮顯示，確定訪(fǎng)客身份后，按動(dòng)開(kāi)鎖鍵開(kāi)啟梯口的門(mén)鎖。同時(shí)，梯口機和室內機之間還實(shí)現了VoIP，兩個(gè)終端可實(shí)現雙向語(yǔ)音對講，為業(yè)主辨別來(lái)客身份提供進(jìn)一步溝通、確認之需要。

　　在兩個(gè)室內機或室內機與管理機之間，系統則提供了雙向的視頻及語(yǔ)音傳輸功能。在功能實(shí)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(shí)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(shí)可作為各項網(wǎng)絡(luò )增值業(yè)務(wù)的實(shí)現終端。本文以海思半導體的多用途媒體網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )傳輸、VoIP多功能混合應用市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的處理芯片，已廣泛應用于可視電話(huà)、網(wǎng)絡(luò )攝像機、網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器及數字可視對講等產(chǎn)品上。從Hi3510應用于數字可視對講的系統框圖中，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(guò)ITU656接口輸送給Hi3510，Hi3510對數字視頻進(jìn)行壓縮處理，經(jīng)過(guò)PHY將數據以TCP/IP包傳輸到目的地;同時(shí)，Hi3510對通過(guò)PHY傳送的TCP/IP包進(jìn)行解碼、縮放，通過(guò)RGB888接口送至TFT Module顯示;為方便用戶(hù)進(jìn)行選擇操作，可通過(guò)SPI接口及GPIO實(shí)現觸摸屏和按鍵功能;語(yǔ)音數據則通過(guò)一顆音頻Codec進(jìn)行AD編碼后通過(guò)I2S總線(xiàn)送往Hi3510處理，Hi3510不僅僅需要對語(yǔ)音作壓縮處理以備傳輸，而且還需要實(shí)現雙向語(yǔ)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(gè)的USB1.1接口提供了豐富的個(gè)人存貯界面，各種影音即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸也可通過(guò)USB及USB轉SD存貯至本地，以便需要時(shí)播放。若需擴展WIFI無(wú)線(xiàn)傳輸，另一個(gè)USB1.1接口可提供成本低且易實(shí)現的USB轉Wi-Fi方案。

　　技術(shù)核心：視頻壓縮、語(yǔ)音處理、網(wǎng)絡(luò )傳輸

　　未來(lái)多媒體產(chǎn)品的核心不外乎：音視頻壓縮，語(yǔ)音處理和網(wǎng)絡(luò )傳輸三大部分。無(wú)論是從PC娛樂(lè )、SetBox，還是Digital TV以及任何多媒體產(chǎn)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(huà)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(wǎng)絡(luò )適應性?；诖?，越來(lái)越多的數字可視對講產(chǎn)品采用H.264標準作為視頻壓縮的格式。 H.264最大特點(diǎn)是對帶寬的要求很低，在同等的還原圖像質(zhì)量的情況下，H.264要比MPEG-4節省50%以上的碼率。同時(shí)，H.264在設計之初就考慮到了在不同網(wǎng)絡(luò )資源下的分級編碼傳輸。H.264具有較強的容錯能力，在質(zhì)量不穩定的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，可以得到比MPEG4編碼視頻更好的質(zhì)量。當然，H.264帶來(lái)的好處不是免費的、更高的壓縮比和良好的網(wǎng)絡(luò )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。

　　為了適應網(wǎng)絡(luò )傳輸的特點(diǎn)，語(yǔ)音也需要低帶寬、高音質(zhì)的音頻編碼標準。日常所常見(jiàn)的MP3、AAC等多媒體音頻格式不能很好的適應語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )通信的要求。語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )通信使用的更多的是G.7xx和AMR(Adaptive Multi-Rate)語(yǔ)音編碼，以便在有限帶寬下提供多路數的語(yǔ)音數據業(yè)務(wù)。例如，G.729是一種高效的壓縮編碼技術(shù)，可將經(jīng)過(guò)采樣的64kb/s話(huà)音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至8kb/s，非常適合在VoIP系統中使用;AMR主要用于移動(dòng)設備的音頻，壓縮比比較大，但相對其他的壓縮格式質(zhì)量比較差，由于多用于人聲通話(huà)，效果還是很不錯的。同時(shí)為了支撐雙向語(yǔ)音對講業(yè)務(wù)，語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)音支持。

　　海思半導體Hi3510芯片靈活的多核架構，滿(mǎn)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(shí)內置雙MAC，可方便配置帶路由功能的網(wǎng)絡(luò )，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(huà)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(huà)系統，實(shí)現多終端對接。32位的語(yǔ)音DSP，在提供從MP3、WMA到G.7xx,AMR多種語(yǔ)音編碼處理的同時(shí)，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(shí)現更多增值業(yè)務(wù)，IE瀏覽、數碼相框、信息發(fā)布均在A(yíng)RM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(yǔ)

　　數字可視對講無(wú)論在市場(chǎng)上還是技術(shù)上，目前正處于加速發(fā)展時(shí)期，并越來(lái)越成為數字家庭的一個(gè)重要角色。其自身具備的三大要素：視頻壓縮、語(yǔ)音處理、網(wǎng)絡(luò )傳輸，使得數字可視對講與其他家庭多媒體產(chǎn)品互相融合。由此，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，對內置的處理器也提出了更高的要求。