數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括DVR、DVS、IP-Camera等，涉及到嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、視頻編解碼技術(shù)、音頻編解碼技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)及域名處理技術(shù)等。硬件對(duì)于系統(tǒng)而言，相當(dāng)于建筑的地基，地基牢，建筑才可靠，才能夠經(jīng)歷風(fēng)風(fēng)雨雨的考驗(yàn)。

　　概述

　　數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括DVR(Digital Vedio ecord)、DVS(Digital Vedio Server)、IP -Camera等，是一個(gè)處于技術(shù)前沿的領(lǐng)域，涉及到嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、視頻編解碼技術(shù)、音頻編解碼技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)及域名處理技術(shù)等。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境也不盡相同，有的戶外環(huán)境相當(dāng)惡劣，需要經(jīng)受雷擊、高低溫等嚴(yán)酷考驗(yàn)。硬件對(duì)于系統(tǒng)而言，相當(dāng)于建筑的地基，地基牢，建筑才可靠，才能夠經(jīng)歷風(fēng)風(fēng)雨雨的考驗(yàn)。

　　硬件系統(tǒng)

　　數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常由DSP、CPU、視音頻處理、接口處理等部分組成，示意圖見圖1。

　　關(guān)鍵器件

　　此章節(jié)介紹數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要芯片及其特點(diǎn)。

　　CPU、DSP

　　DSP和CPU是數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心，DSP的運(yùn)算處理能力強(qiáng)，主要用于視音頻壓縮、解壓處理，而CPU在控制方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，主要進(jìn)行接口處理以及存儲(chǔ)介質(zhì)的讀寫。這一塊技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是由兩種獨(dú)立芯片逐漸集成為一塊芯片，后者在成本、功耗、面積等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，因此成為當(dāng)今市場(chǎng)上主流，另外，在集成芯片里，ASIC替代DSP也成為一種趨勢(shì)。FPGA技術(shù)發(fā)展迅猛，具有靈活及自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)等方面的優(yōu)點(diǎn)，因此，也在監(jiān)控行業(yè)占有一席之地。

　　數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多考慮PHILIPS(NXP)的TM1300系列，TI達(dá)芬奇系列，海思3510系列，飛思卡爾的iMX27系列以及ADI的Blackfin系列。

　　NXP的TM1300系列是早期數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主流選擇，尤其是新一代的PNX1500增加了許多功能，可提供網(wǎng)絡(luò)接口、IDE接口、LCD高分辨輸出、高清視頻輸出(1920×1080)，并帶有視頻濾波、圖像縮放、反交錯(cuò)(De-interlacing)處理和2D圖形加速器等。但是，隨著其他廠商強(qiáng)力進(jìn)入，其影響力日趨減弱。

　　飛思卡爾于07年正式發(fā)布的i.MX27芯片.該芯片集成了ARM9和H.264和MPEG4硬件編解碼的內(nèi)核。主頻能達(dá)到400M。可以達(dá)到H.264/MPEG4編解碼D1分辨率：720X576、25fps和720x480、30fps;全雙工編解碼同時(shí)進(jìn)行可以達(dá)到VGA分辨率:640x480、30fps，在目前的嵌入式ARM處理器中鮮有敵手。而且，MX27可以同時(shí)進(jìn)行H.264VGA、30fps的編碼和MPEG4VGA、30fps的解碼;也能MPEG4VGA、30fps編碼和H.264VGA、30fps解碼同時(shí)進(jìn)行。同時(shí)，i.MX27瞄準(zhǔn)了未來的無線視頻應(yīng)用，這應(yīng)該是將來的一個(gè)發(fā)展方向。

　　TI早期主推DSP，運(yùn)算能力強(qiáng)大，能夠完成復(fù)雜的解碼處運(yùn)算，缺點(diǎn)是軟件工作量較大，且在控制、接口方面存在不足，跟其他CPU對(duì)接性也不好，存在一定局限性。隨著ARM技術(shù)推廣，TI將它跟DSP融合，構(gòu)成了達(dá)芬奇系列芯片，融合了DSP和ARM的優(yōu)點(diǎn)，不僅運(yùn)算能力超強(qiáng)，而且控制能力得以提升，接口也相應(yīng)豐富起來，能夠根據(jù)用戶的需求做很多靈活配置，比如帶智能分析的視頻服務(wù)器、多編碼格式自適應(yīng)視頻解碼器、網(wǎng)絡(luò)球機(jī)編碼控制一體板等，滿足監(jiān)控市場(chǎng)的不同需求，因此，迅速搶占市場(chǎng)，占有較大份額?；谄銬SP功能強(qiáng)大，達(dá)芬奇系列無疑是做各種檔次、各種特殊功能的視音頻編解碼系統(tǒng)的首選。

　　ARM技術(shù)推廣，也催生了海思的HI3510系列芯片，這系列產(chǎn)品是華為海思針對(duì)商業(yè)監(jiān)控市場(chǎng)推出的一款SOC。該芯片集成了ARM9和H.264硬件編解碼內(nèi)核，性能達(dá)到編碼D130幀，能滿足一般的商業(yè)監(jiān)控應(yīng)用。加上華為在國內(nèi)有比較大的知名度、國產(chǎn)、價(jià)格、技術(shù)支持好等因素，3510系列迅速搶灘監(jiān)控市場(chǎng)，占據(jù)了半壁江山。即將推出的HI3511，主頻提高到270MHz，視頻處理改用硬件加速引擎處理，處理能力大為改善，H.264最大編碼或者解碼支持到75fps@D1，同編同解30fps@D1，JPEG/MJEPG支持300萬像素的編碼，幀率5fps，另外，3511提供了4個(gè)視頻輸入硬件接口，具有8個(gè)視頻輸入邏輯單元，如果與Techwell的TW2815配合，使單芯片即可完成8CIF處理成為現(xiàn)實(shí)。HI3511接口也更豐富，提供了PCI接口，易于擴(kuò)展，如SATA。這些特點(diǎn)無疑是做高性價(jià)比多路DVR、DVS的首選，而HI3511強(qiáng)大的視音頻處理能力也將進(jìn)一步影響IP-Camera市場(chǎng)格局，HI3511對(duì)監(jiān)控市場(chǎng)的強(qiáng)勁沖擊波指日可待。

　　視頻CODEC

　　視頻CODEC包含兩部分：Decoder和Encode，在監(jiān)控領(lǐng)域，主要有PHILIPS、TI、ADI以及Techwell等公司。

　　提到PHILIPS(現(xiàn)為NXP)，經(jīng)典芯片是SAA7113和SAA7121，由于TM1300緣故，這兩顆作為配套芯片，在業(yè)界廣泛應(yīng)用，后來其他廠家在推廣同類型芯片時(shí)，都要跟這兩款比較，由此可見其影響力之大。

　　后來居上的是TI，推出了不同檔次的視頻DECODE方面的芯片，TVP5150在性能、功耗、面積等方面都較SAA7113占有優(yōu)勢(shì)，加上達(dá)芬奇系列芯片也逐漸占據(jù)越來越多的市場(chǎng)，有力地帶動(dòng)了視頻Decoder芯片的推廣，成為主流。

　　ADI以其高性能著稱，但這也意味著高價(jià)格。ADI有款Encoder芯片-ADV7179，逐漸搶占SAA7121的市場(chǎng)份額。對(duì)于ADI高性能的視頻CODEC芯片，在價(jià)格因素不太重要的高性能監(jiān)控產(chǎn)品中可以考慮選擇。

　　Techwell是專注在安防領(lǐng)域視頻編解碼的專業(yè)公司，已在美國納斯達(dá)克上市。產(chǎn)品在全球的安防行業(yè)的視頻監(jiān)控產(chǎn)品類都有涉及。在中國區(qū)，TW2824作為QUAD(四分割)的主芯片，在國內(nèi)有80%左右的市場(chǎng)占有率。國內(nèi)有研發(fā)能力的DVR廠家都已用上TW2815和TW2834/35甚至更多的Techwell的芯片作為前端的視頻Decoder。很多芯片還集成了音頻CODEC，其競(jìng)爭(zhēng)力不可小看。

　　可靠性設(shè)計(jì)

　　不管選擇什么樣的CPU、視頻CODEC以及其他器件，其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都可以用圖1來表述，因此，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有一些共性，在做可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，考慮點(diǎn)基本相同。可靠性設(shè)計(jì)包括板卡級(jí)和整機(jī)級(jí)兩個(gè)層面。[nextpage]

　　信號(hào)完整性與EMC設(shè)計(jì)

　　1、信號(hào)完整性

　　信號(hào)完整性屬于板卡級(jí)問題。目前，芯片的主頻、總線通信速率越來越高，信號(hào)完整性問題也日益嚴(yán)峻，一個(gè)信號(hào)完整性好的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　·能夠減小對(duì)芯片的沖擊、干擾，提高系統(tǒng)性能;

　　·有助于提高總線通信穩(wěn)定性、可靠性;

　　·減小EMI。

　　數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中主要考慮的總線信號(hào)主要有：

　　·存儲(chǔ)接口：SDRAM(或DDR2 SDRAM)、ROM(包括NOR FLASH、NAND FLASH等);

　　·CPU與視音頻CODEC接口總線;

　　·CPU與網(wǎng)絡(luò)PHY接口總線;

　　·PCI總線。

　　可以通過以下幾種方式來提高總線的信號(hào)完整性：

　　·在成本允許情況下，盡量增加PCB層數(shù)，為各總線信號(hào)提供完整的參考平面;

　　·所有高速總線信號(hào)在PCB布線時(shí)，嚴(yán)格要求不能跨區(qū)域;

　　·分析各總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由此制定端接方案，通常情況下，采用源端串接電阻方式;

　　·根據(jù)SI仿真結(jié)果確定最佳阻值，以減小過沖和振鈴，并根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果調(diào)整阻值。

　　2、ESD

　　數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)在某些應(yīng)用場(chǎng)合，如：高溫、干燥環(huán)境，經(jīng)常會(huì)受到靜電干擾，提高系統(tǒng)的抗靜電能力，有利于提高產(chǎn)品的可靠性。相信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，對(duì)此也會(huì)做相應(yīng)的要求。解決靜電問題關(guān)鍵點(diǎn)是把地處理好，給靜電提供良好的泄放通道。靜電特點(diǎn)是能量很小，但頻率成分豐富，低頻部分要求接地通路順暢，高頻部分需關(guān)注耦合方面處理。板卡級(jí)措施有：

　　·關(guān)鍵電源增加了π型濾波;

　　·復(fù)位信號(hào)在PCB布線時(shí)，要求盡量粗，作好保護(hù)，并在負(fù)載端增加小容值的下拉電容，濾除干擾;

　　·復(fù)位芯片的電源加磁珠隔離，并遠(yuǎn)離板邊及接插件;

　　·網(wǎng)絡(luò)、音視頻、串口等對(duì)外接口增加ESD保護(hù)器件，盡量靠近插座;

　　·報(bào)警輸入增加光耦隔離;

　　·報(bào)警輸出增加繼電器驅(qū)動(dòng)隔離;

　　·調(diào)試口在調(diào)試完成后去掉。正式生產(chǎn)的板不安裝;

　　·JTAG接口TMS和TDI信號(hào)上拉，TCK信號(hào)下拉，增強(qiáng)抗干擾能力;

　　·未用的芯片輸入管腳接上拉或下拉;

　　·對(duì)外插頭、插座盡量保證可靠接觸，以減小接觸電阻。[nextpage]

　　3、EMC

　　EMC包含兩方面內(nèi)容：抗電磁干擾能力以及干擾其他設(shè)備能力。一般而言，對(duì)設(shè)備采取的抗干擾措施對(duì)減小干擾同樣有效。屏蔽、接地以及加磁環(huán)是解決EMC問題的三大法寶，同時(shí)，EMC設(shè)計(jì)所介入時(shí)間越早，效果就越好。建議在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，而不要等到產(chǎn)品已經(jīng)出來了才進(jìn)行，這樣費(fèi)力還可能不討好。板卡級(jí)措施有：

　　·時(shí)鐘參考源選用晶體而不用晶振;

　　·CPU和DDR SDRAM等芯片濾波采用多種容值，濾除不同頻段干擾;

　　·PCB在疊層時(shí)，對(duì)于挨著的地和電源層，要求芯板盡量薄，以增大埋容值，濾除電源干擾;

　　·做好系統(tǒng)中互聯(lián)的屏蔽處理，對(duì)外插頭、插座建議360°可靠接觸。

　　安規(guī)、防雷設(shè)計(jì)

　　為了增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性和抗干擾能力，所有接口進(jìn)行防靜電、防過壓保護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)于可能遭受雷擊的接口還加入了防雷設(shè)計(jì)，主要采用氣體放電管，其特點(diǎn)是雷擊反應(yīng)速度快。朗馳視音頻接口防雷特性如下：

　　·標(biāo)稱直流擊穿電壓：400V/s;

　　·耐電涌量：8/20μs ,1000A;

　　·絕緣電阻≥10GΩ(DC100V);

　　·電容量：10KHz，0.3V條件下≤1pF。

　　串口、網(wǎng)口引線較長，更容易收到雷擊破壞，因此采用了另外一款防雷器件，其特性如下：

　　·標(biāo)稱直流擊穿電壓：90V/s;

　　·沖擊擊穿電壓≤700V/us;

　　·耐電涌量：8/20μs ,5000A;

　　·耐工頻電流：50Hz，5A;

　　·絕緣電阻≥10GΩ (DC50V);

　　·電容量：10KHz，0.3V條件下≤2pF。

　　另外，在系統(tǒng)地設(shè)計(jì)中，專門劃分了EGND，作為泄放地，主要分布在板邊，包含需要做防雷的器件區(qū)域，并通過螺絲孔接到機(jī)殼，再經(jīng)過接地柱引線泄放到大地。注意，整個(gè)板卡只有一個(gè)螺絲孔接EGND，其他全部作無金屬化處理，不連接到任何網(wǎng)絡(luò)，這樣做是為了防止大電流在板卡上流動(dòng)。系統(tǒng)的針對(duì)防雷的地設(shè)計(jì)如圖2所示。