视频监控系统挣脱技术束缚

　　可靠性是另外一个问题。如今的无线链路如果设计正确的话，其可靠性丝毫不亚于有线系统。无线链路的设计目标是要创建额外的衰减余量，以适应天气和不断变化的环境条件，如移动中的物体、树木的生长或吹风以及新的建筑。最后就是安全性问题。利用加密技术甚至定向天线，现有设备可以满足大多数安全要求。

　　大多数新的IP系统采用无线技术，因为安装起来更快、更方便，更不用说更加便宜了。现有的有线LAN通常可以在系统规模不太大时用来传送视频。无线调制解调器可以方便地扩展有线系统。另外，不要忘了与现有模拟系统结合的潜力。这种混合系统很常见。

产品与系统

　　市场上已有惊人数量的产品支持向更高分辨率的IP视频监控系统发展。

　　Allied Telesis公司生产面向视频系统的以太网交换机。这种交换机是大型系统中的重要组件。大部分大型系统需要独立的以太网LAN，以防止巨大视频流量造成IT网络过载。大型监控网络中每台IP摄像机高达4至7MB的数据量很可能超出任何企业LAN的负载能力。

　　在一个经优化的系统中，每台摄像机将它的数据发往交换机，交换机再与存储服务器以及客户端PC和监视器通信，完成对视频流的访问和系统的控制。Allied Telesis公司的AT-8100S可堆叠式交换机就是针对这些视频监控系统(图2)设计的。

　　FPGA供应商Altera公司也把目光瞄准了视频监控市场，并推出了基于单片FPGA的高清IP摄像机参考设计。这个解决方案采用了Altera的低成本Cyclone III或Cyclone IV FPGA以及Eyelytics公司和Apical公司提供的知识产权。

　　上述设计可以与AltaSens公司的1080p60 A3372E3-4T和Aptina公司的720p60 MT9M033高清宽动态范围(WDR)CMOS图像传感器一起使用。与采用传统DSP和特殊应用标准产品(ASSP)的架构相比，其设计目标就是要减少电路板面积和功耗，提高灵活性并缩短开发时间。

　　传统的DSP和ASSP不具备接受来自1080p和720p WDR CMOS传感器的大带宽数据所要求的处理能力。例如，一个全高清光栅影像有2200×1125个像素，每个像素超过16位，每秒帧数为60帧，因此最终数据带宽超过2Gbps。Altera公司的FPGA可以提供这样的带宽。Altera的高清监控IP摄像机参考设计包括：

　　Apical公司的ISP，它整合了世界一流的WDR处理“动态范围修正(iridix)”和先进的时空降噪功能；

　　Apical公司针对Altasens A3372E3-4T WDR模式的“棋盘去马赛克”内核；

　　“3A”功能，例如在Altera的Nios II嵌入式软核处理器上用软件实现的自动曝光和自动白平衡；

　　Eyelytics公司的H.264视频编码器，能够实现主要类720线逐行每秒30帧编码或1080线逐行每秒15帧的编码能力；

　　Altera的三速以太网介质访问控制器(MAC)知识产权内核。

　　由于不需要DSP或ASSP，并将所有这些功能集成到单片Altera FPGA上，设计工程师可以减小电路板面积，从而节省成本、降低功耗。与以前的设计相比，Altera的单芯片解决方案可以降低50%以上的功耗。

　　在这个参考设计中捆 绑全套的知识产权使设计人员能够迅速启动摄像机开发，开发时间最多可以缩短一年。摄像机设计人员要做的所有工作就是利用自己的特殊功能定制FPGA，例如加入自己的软件用于运动检测以及平移、倾斜和缩放控制。

　　Basler公司也生产高品质的现代IP摄像机(图3)。他们提供固定支架和半球型版本。不同的型号提供不同的分辨率，如640×480、1024×768、1280×960和1600×1200像素。所有型号都使用索尼的Wfine逐行扫描CCD图像传感器。

图3：根据型号的不同，Basler公司的IP摄像机提供不同的镜头和处理。图中所示为仅3.5英寸并带有DC驱动光圈的一款产品。

　　帧速率的大小取决于分辨率和压缩机制，从较低分辨率时的30fps到最高分辨率时的4fps不等。摄像机支持运动JPEG、MPEG-4和H.264压缩标准。CCD输出信号在模数转换器(ADC)中完成数字化，并传送到FPGA进行初始处理，然后送到带有128MB RAM和8MB闪存的内部双核600MHz DSP上。

　　I/O是标准的10/100以太网接口，必要时还可以使用RS-232接口。电源通过PoE或7V至20V直流电源提供。多编码功能允许实现多数据流。图像还可以缩放。兴趣域特性使用户可在原始视域内定义定制区域。还能实现带告警的运动检测。

　　虽然大多数高清视频监控会采用无线链路或在CAT5/6以太网上传输，但同轴电缆仍有一定的市场。忽略大量安装的RG-59或RG-6同轴电缆基础设施似乎是一种浪费。现在已经可以通过这种同轴电缆传送高清视频，这要归功于Gennun公司推出的Aviia(工业应用高级视频接口)系统，可在同轴电缆上传送高清视频。现有的模拟CCTV用户只需断开摄像机和一些其它设备就可以升级到高清制式，无需用CAT6/6 UTP重新布线或转用无线连接。

　　Aviia发送器(TX)和接收器(RX)芯片组支持8、10或12位分量数字视频。它给24、25、30、50和60fps的标清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。

　　高清格式下的收发距离在RG-59上可以达到160米，在RG-6上可以达到230米。标清格式下的收发距离更远，在RG-59上可达330米，在RG-6上可达440米。线缆供直流电(PoC)功能被设计用于远程摄像机。用于遥控的6Mbps辅助数据通道也是一个重要特性。该系统允许格式中包含多达8条音频通道。

　　Aviia芯片组基于Gennum公司先进的串化器/解串器技术。发送器指定为GV7600，接收器GV7601使用了电缆均衡技术。这些器件采用HDCCTV联盟发起的标准。这种技术是专门为广播电视开发的。

　　视频采用无压缩方式发送的，且没有通过TCP/IP封装。最终可以得到这样一种系统：摄像机可以插入接收设备，视频发送具有最小延时，配置非常少。

　　数据速率在标清格式下为270Mbps，在高清格式下为1.485Gbps，在50/60fps帧速率1080p格式下为2.97Gbps。该芯片现已供货，并提供参考设计。其它应用包括数字标签、机器视觉和视频会议等。

　　Intersil公司的Techwell事业部也用有大量芯片能够支持视频监控设备设计。例如，他们的TW6864和TW6868多通道视频捕捉芯片就是高集成度的单芯片解决方案，支持通过PCI Express x1接口进行多通道实时视频和音频捕获，非常适合PC DVR应用。

　　每种芯片都号称具有4个高质量的NTSC/PAL/SECAM视频解码器，可以将模拟复合视频信号转换为YCbCr数据数字分量。它们还采用自适应4H梳状滤波器来分隔亮度和色度，以减少交叉噪声伪像。TW6864和TW6868包含一个高性能专有DMA控制器，可充分使用PCI Express x1带宽，这使得它能够以最优的吞吐速率传送视频和音频数据。

　　这些器件支持广泛的视频应用，包括同时解码和传送4通道实时D1视频，或多达16通道的非实时视频。它们还支持多种视频显示格式，如D1、半D1和CIF。

　　通过实现Techwell先进的专有视频交换技术，这些芯片在非实时交换模式下拥有业界领先的视频锁定速度。此外，配合外部Techwell四通道解码器，TW6868可以传送多达8通道的实时D1视频和9通道的音频输出。

　　美信集成产品(Maxim Integrated Products)公司的Mobicam3 IP摄像机参考设计套件基于美信的MG2580 SoC，后者集成了IP摄像机所需的大部分电路。该芯片能处理CIF、D1和720p视频，并提供高达1200万像素的H.264和M-JPEG解码功能。芯片中还包含满足G.722、AMR、AAC和MP1/2/3标准的音频编解码器。

　　MG2580芯片集成了带以太网和USB I/O的ARM9。它的基本视频分析功能包括运动检测、绊网和图像跟踪等。Mobicam3套件还列出了一整套美信的其它线性产品，用它们可组成完整的摄像机。

　　德州仪器(TI)公司也有一系列完整的监控视频芯片、参考设计和软件(图4)。这些器件源自基于著名TMS320 DSP的TI达芬奇(DaVinci)系列视频处理器。

图4：TI拥有一系列针对视频处理的完整IC产品，这些器件都源自TI达芬奇系列视频处理器。