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根据不同的市场需求,摄像机供应商可为其IP摄像机选择不同的处理内核。MCU、DSP、FPGA和ASIC等处理芯片都具有其自身的优缺点。例如,入门级系统一般要求低成本、低功率压缩技术,因此优化的媒体处理器是首选。高端系统可能会加入视频流的计算机分析能力,从而为用户提供附加值。这种分析应用倾向于由灵活的高性能DSP实现,不过成本高和开发周期较长仍是DSP难以跨越的一道门槛。专用ASIC具有最佳的功率和性能,可满足对成本敏感的大批量消费类需求,但缺乏灵活性和可升级性。
Altera公司的Todd Scott则表示,FPGA是实现多数据流(DVR编解码)最有效的技术。一块FPGA芯片能够对1至16路H.264标准清晰视频流进行编码。对于家庭应用来说,用于工业视频监控DSP芯片不但过于昂贵,且用于分析的带宽有限,一般只能处理4路甚至更少的视频流。FPGA可以用于摄像头编码和分析,非常适合多摄像头服务器和DVR的编解码。此外,FPGA功能灵活,除了编解码之外,还能够完成各种分析任务。当产量上升时,FPGA可以转换为 HardCopy ASIC(Altera的结构化ASIC解决方案),从而有效降低摄像头或服务器/DVR的成本和功耗。
IP 摄像机的主要组成元件包括用于捕获图像的图像传感器、进行视频压缩处理的DSP或ASIC、以及将视频数据传输至接入点的网络接口模块(例如Wi-Fi模块、ADSL调制解调器、蜂窝网络收发模块等)。随着CMOS传感器的图像质量和低光照性能已经达到(并有望超过)CCD传感器水平,安全监控市场正在开始步入CMOS传感器主导的时代。除了可支持优异的图像质量之外,图像传感器须经过严格的测试和质量保证流程,以确保传感器能够在较宽的温度范围和不同的光照环境下工作。摄像机制造商还需要进行性能和范围测试,从而保证即使在被其它家用电器连续干扰的情况下视频流质量也不会下降。Micron的200万像素、1/3.2英寸图像传感器MT9D131可支持远程监看时的电子倾斜、摇摄和完全内插的变焦功能,是针对高端家用市场的产品。
“不同光照情况和不同温度下的图像质量和性能、总材料成本、易于摄像机设计或安全系统的集成、终端用户的安全和操作,这些都是选择传感器时要考虑的重要因素。”OmniVision公司安全产品市场经理Jason Wang补充道。OmniVision专门针对安全市场的具有成本效率、高集成度的单芯片CMOS摄像机,能够在低光照环境下很好地工作,这对于安全监控市场来说是一个不可或缺的因素。与多芯片图像传感器解决方案有所不同,OmniVision的CameraChip解决方案无需任何额外的处理能力即可提供高品质静止帧和视频图像。通过OmniVision专有技术将相机功能整合到单芯片中,可以减小设计尺寸、减少工作量、降低成本并缩短上市时间。
值得一提的是,Pixim公司基于数字像素系统(DPS)技术的视频监控摄像机在图像捕获和处理技术方面取得了极大的突破,它具有高灵敏性、超宽动态范围、高分辨率以及出色的色彩保真度。Pixim公司副总裁Todd E. Rockoff博士表示,DPS是唯一的直接以数字值表示光信号的图像捕获系统。与之相反,CCD和CMOS传感器是以模拟值表示光信号,然后再将模拟值转换成数字值,存在着噪声大和输出时间长等缺点。“DPS不存在模拟读出噪声,非常适合于家庭IP监控应用,这是因为DPS可以为压缩解决方案提供最简单的输入。并且基于DPS的系统不会产生任何像素和数据包之间的模拟误差。”
虽然家庭监控属于成本敏感型应用,但消费者并不愿意牺牲任何视频质量,因而对视频信号的压缩和分析成为系统实现的关键因素。正如Altera消费、汽车及广播事业部资深总监Todd Scott所指出的,“目前家庭监控技术面临两大挑战:视频压缩和高级分析功能。它们都需要采用大量的数字信号处理以及复杂的算法来完成任务。”
网络带宽的限制促使IP视频监控系统要求能够进行有效的图像压缩。在低端摄像机中普遍采用的是MJPEG(Motion JPEG),但随着MPEG4和H.264编解码器成本的不断下降,许多家用IP摄像机正转而采用这两种压缩方案,以获得更高的带宽利用率。“除了各种连接协议和硬件驱动,传输的关键是在同等质量下码流的高低,各种带宽下图像效果的实现。作为专门为网络传输而制定的H.264应是首选方案。”海思半导体的罗勇华说。
根据不同的市场需求,摄像机供应商可为其IP摄像机选择不同的处理内核。MCU、DSP、FPGA和ASIC等处理芯片都具有其自身的优缺点。例如,入门级系统一般要求低成本、低功率压缩技术,因此优化的媒体处理器是首选。高端系统可能会加入视频流的计算机分析能力,从而为用户提供附加值。这种分析应用倾向于由灵活的高性能DSP实现,不过成本高和开发周期较长仍是DSP难以跨越的一道门槛。专用ASIC具有最佳的功率和性能,可满足对成本敏感的大批量消费类需求,但缺乏灵活性和可升级性。
Altera公司的Todd Scott则表示,FPGA是实现多数据流(DVR编解码)最有效的技术。一块FPGA芯片能够对1至16路H.264标准清晰视频流进行编码。对于家庭应用来说,用于工业视频监控DSP芯片不但过于昂贵,且用于分析的带宽有限,一般只能处理4路甚至更少的视频流。FPGA可以用于摄像头编码和分析,非常适合多摄像头服务器和DVR的编解码。此外,FPGA功能灵活,除了编解码之外,还能够完成各种分析任务。当产量上升时,FPGA可以转换为 HardCopy ASIC(Altera的结构化ASIC解决方案),从而有效降低摄像头或服务器/DVR的成本和功耗。 Jennic公司应用工程副总裁Paul Chilton则强调,应将互操作性视为智能家庭的关键特性。智能家居的一个卖点应是所有的应用都能相互通信,从而提供协同效应。例如,如果用户家中安装了运动检测器,那么除执行安全任务之外,用户还希望这些设备能发送一个信息给家中的灯光系统,通知系统在某段时间房间内没有人,以便关灯。作为一个开放式的全球标准,ZigBee已基本消除了互操作性的障碍。此外,随着节点密度的提高,网状网络的可靠性也将越来越高。Jennic解决方案的独特优势在于可以提供包含32位RISC内核和2.4GHz收发器的单芯片无线微控制器。32位处理器为开发工程师提供了在ZigBee或IEEE802.15.4堆栈之上运行复杂应用所需的灵活性。
尽管ZigBee技术得到了业界的广泛支持,但作为其在家庭控制领域的有力竞争者,Z-Wave技术的发展势头也不容小觑。Zensys公司亚太区总监王俞乔表示,Z-Wave提供的是一种真正的网状网解决方案,该方案允许不同供应商的产品进行互操作。目前市面上已有多种Z-Wave产品推出,还有更多的商用产品很快就将面市。Z-Wave开发包还提供了一个完全的开发平台以便用户简化应用软件的开发。用户所需的学习时间短,可以在几个月内开发出产品并推向市场。 |