基于STv0676 的網(wǎng)絡(luò )攝像機解決方案

　　網(wǎng)絡(luò )攝像機相比于PC 攝像機具有在監控和安全等諸多應用領(lǐng)域中不可替代的優(yōu)勢，在未來(lái)將具有更廣闊的發(fā)展前景。本文介紹了基于意法半導體公司STv0676 的網(wǎng)絡(luò )攝像機系統組成、工作模式以及發(fā)展趨勢。

　　視頻流解決方案的應用正在迅速增多，這其中一些原因包括像SARS 這樣的疾病對社會(huì )的影響、不需要出差的可視會(huì )議以及安全/監控等應用。視頻流方案中攝像機是關(guān)鍵設備，過(guò)去我們曾聽(tīng)說(shuō)過(guò)PC 攝像機及網(wǎng)絡(luò )攝像機，但其工作原理有很大的不同。實(shí)際上這兩個(gè)概念一直就與PC 攝像機相關(guān)聯(lián)，但對于網(wǎng)絡(luò )攝像機來(lái)說(shuō)，將其與PC 聯(lián)系在一起并不正確。PC 攝像機是指帶USB 接口的攝像機，絕大多數采用操作系統所提供的標準軟件，用于舉行視頻會(huì )議或視頻聊天。

　　而在監控技術(shù)方面則有兩種系統可用，一種是基于CCD 技術(shù)并使用模擬傳輸(PAL/NTSC) 的閉路電視攝像機，而另一種則是采用CCD 或CMOS 數字傳輸的新系統。仔細考察一下這兩種系統所采用的技術(shù)可以發(fā)現CMOS 技術(shù)對于該市場(chǎng)具有更大的優(yōu)勢：首先，CMOS 攝像機不需要不同的電壓，這意味著(zhù)電源設計要簡(jiǎn)單很多；其次，CMOS 攝像機最大的優(yōu)勢是集成了時(shí)序及ADC，這意味著(zhù)圖像輸出已經(jīng)數字化，這有助于降低系統的整體成本。而在低光線(xiàn)亮度方面的性能，由意法半導體公司提供的CMOS 技術(shù)正在逐漸接近我們目前所使用的低亮度優(yōu)化像素技術(shù)的水平。此外，傳感器已能執行一些處理算法來(lái)幫助提高視頻處理器的性能。

網(wǎng)絡(luò )攝像機

　　現在讓我們來(lái)看一看真正的網(wǎng)絡(luò )攝像機，或所謂的IP 攝像機。除了適合于家庭安全及家庭監控以外，IP 攝像機將不可能取代PC 攝像機。這是因為如果我們想要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )來(lái)傳輸視頻或視頻和音頻，則至少需要一些像流媒體服務(wù)器這樣的設備。如果采用基于PC 的系統，這種系統要求PC 24 小時(shí)開(kāi)機，這意味著(zhù)極大的電力浪費以及產(chǎn)生大量噪音。此外，如果我們想要將系統用于家庭使用，這種應用還會(huì )降低PC 性能。相反，真正的IP 攝像機是構建在嵌入式流媒體服務(wù)器基礎之上，這意味著(zhù)攝像機擁有自己的流媒體服務(wù)器，而無(wú)需再使用PC，且只需插入以太網(wǎng)(集線(xiàn)器)，或使用無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)即可工作。

　　在圖1 中可以發(fā)現，在客戶(hù)端僅使用了一臺PC，該系統的優(yōu)點(diǎn)是客戶(hù)可處于世界任何地方，只要有互聯(lián)網(wǎng)連接就可以通過(guò)攝像機觀(guān)察并進(jìn)行控制。該解決方案將具有更多的應用。隨著(zhù)移動(dòng)電話(huà)擁有越來(lái)越多的數據通信方式可選，而且速度很快提高，將來(lái)有可能攝像機會(huì )通過(guò)運動(dòng)檢測或噪聲檢測來(lái)發(fā)出告警，可通過(guò)發(fā)送SMS 或直接撥打手機將視頻流傳輸到手機。此概念同樣適用于無(wú)人值守的辦公室情況。其它用途包括將攝像機安裝在門(mén)上，如有人按門(mén)鈴，攝像機即會(huì )撥打視頻電話(huà)，您可以通過(guò)視頻電話(huà)開(kāi)門(mén)。

系統解決方案

　　從技術(shù)上考慮，意法半導體與臺灣Taifatech(臺發(fā)科技)公司共同合作提供真正的一站式解決方案(見(jiàn)圖2)?？蛻?hù)只需修改其希望在客戶(hù)端瀏覽器中顯示的用戶(hù)界面即可，如果不修改，則他們能使用默認界面并直接應用。我們提供的解決方案是基于STv0676 協(xié)處理器以及我們的VGA 傳感器VV6501。該套方案允許通過(guò)USB 及所謂的“Digiport (數字端口)”來(lái)傳輸視頻。我們在該解決方案中所使用的Digiport 是一種可將并行數據傳輸給任何嵌入式系統的總線(xiàn)(8 位數據及2 位控制)。最大時(shí)鐘速度為1.5MHz，即每秒最多能傳輸1.5M 字節數據，這很容易就能傳輸30fps 的視頻。

　　圖3 為該解決方案組成框圖。在圖左邊，視頻處理器直接與傳感器相連，且用來(lái)控制所有必要的圖像處理功能，如自動(dòng)白平衡(AWB)、自動(dòng)曝光(AE)、色彩變換陣列(colour shifting matrix)、曝光區加重、缺陷像素糾正及色彩模型計算等。STv0676 可以工作在下面不同的模式來(lái)將圖像數據輸出系統。

　　模式A STv0676 采用USB 模式，通過(guò)FIFO(先先進(jìn)先出)直接將圖像數據傳送至USB 端口。

　　模式B STv0676 采用主模式，且能將CCIR-656 、YcrCb 及RGB 7 位色彩數據流送至Digiport 。主模式意味著(zhù)STv0676 能根據所選幀速率來(lái)為數據提供時(shí)鐘。在此模式下，它可以連接外部TV 解碼器并直接將信號傳送給電視機。

　　模式C STv0676 通過(guò)FIFO 將RGB24、YUV 及MJPEG 數據流送至Digiport。此模式限制1.5MHz 的數據時(shí)鐘上，但系統將處于從模式，外部控制器將控制所有數據傳輸。

數據動(dòng)態(tài)壓縮

　　在嵌入式環(huán)境中使用STv0676，意味著(zhù)在模式C 下使用我們的系統時(shí)可以在異步模式下從STv0676 上讀出數據，使主MCU 具有足夠的性能來(lái)處理其他任務(wù)。該解決方案的一個(gè)內核是4KB 的FIFO。以我們所談?wù)摰拇罅繑祿?lái)說(shuō)，此容量并不夠大，但視頻壓縮器(VC)有助于解決這個(gè)問(wèn)題。VC 擁有建立動(dòng)態(tài)壓縮率選擇的功能，這意味著(zhù)基于FIFO 占空因子的VC 可決定壓縮率。例如，當MCU 讀數快而FIFO 逐漸騰空時(shí)，VC 壓縮減少，而當MCU 讀數慢，FIFO 逐漸滿(mǎn)時(shí)，VC 將盡可能多地壓縮。但所有這些都無(wú)法避免FIFO 溢出或空。FIFO 空時(shí)將產(chǎn)生空閑告警，而當MCU 太慢以至于不能讀數時(shí)， FIFO 將出現溢出，且不會(huì )發(fā)出告警，但視頻流并沒(méi)有停止。實(shí)際上這種情況很少發(fā)生，因為系統可對數據率進(jìn)行計算?，F在讓我們來(lái)看一下數據量，根據VGA 的分辨率可有以下的計算：

每幀的Bayer 圖案：640