高清雙雄的崛起

　　說數(shù)字高清不能不提HD-SDI，在模擬監(jiān)控一統(tǒng)江湖的時(shí)代，這個(gè)從廣電領(lǐng)域跨界而來的高端技術(shù)可以實(shí)時(shí)傳輸最高1080P@60fps的高清視頻，而且就畫質(zhì)和實(shí)時(shí)性而言，SDI設(shè)備具有即使是當(dāng)今大紅大紫的IPC和模擬高清也無法撼動(dòng)的優(yōu)勢。然而高昂的設(shè)備和互聯(lián)成本，嚴(yán)重限制了它的市場規(guī)模和普及程度，除了一些特定行業(yè)市場，主流市場上仍很少見到。

　　HD-SDI在安防市場的不溫不火，讓很多此前看好它的企業(yè)紛紛放棄，并轉(zhuǎn)向了IPC。其實(shí)SDI剛興起時(shí)，關(guān)于IPC和SDI誰更有前景的討論，就有兩種不同的聲音。但雙方似乎都認(rèn)為，模擬視頻設(shè)備在未來很長一段時(shí)間內(nèi)依舊是市場主流。然而2013年以來，IPC迎來了爆炸式的增長，高清晰畫質(zhì)，集成且配套化的系統(tǒng)組成，智能技術(shù)的應(yīng)用，不僅是IPC戰(zhàn)勝模擬方案的法寶，也代表了當(dāng)今安防市場對視頻監(jiān)控基本功能的需求。

　　與此同時(shí)，模擬高清也悄悄登陸市場并開始擴(kuò)張勢力，雖然圖像效果和系統(tǒng)管理等方面弱于IPC，但便捷且傳統(tǒng)的安裝方式，對舊有模擬傳輸方式的兼容等優(yōu)勢，以及相對低廉的價(jià)格，極大地降低了工程成本。2014年，模擬高清相機(jī)的出貨量從2013年的100萬臺增至400萬臺，雖然這個(gè)數(shù)字，讓模擬高清與IPC并稱“雙雄”還很牽強(qiáng)，但事實(shí)上，很多人對模擬高清在2015年的表現(xiàn)還是充滿期待的。

　　數(shù)字高清的逆襲

　　HD-SDI被市場邊緣化，并不代表數(shù)字高清方案的沒落。2014年，筆者公司首創(chuàng)了基于AVT(Advanced Video Transport)技術(shù)的數(shù)字同軸高清視頻傳輸解決方案，并在2014年底的北京安博會(huì)上成功展示，受到各大安防廠商與產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴的極大關(guān)注。該方案實(shí)現(xiàn)了高清視頻遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸，并全面支持720P和1080P(60fps max)的視頻格式。不僅兼容現(xiàn)有的HD-SDI與HDCCTV 1.0行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而且非常易于未來產(chǎn)品的升級換代，包括對4K×2K超高清視頻的支持。

　　AVT技術(shù)具有全數(shù)字架構(gòu)和數(shù)字信號傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。為了克服由于數(shù)字信號在傳輸線纜上的衰減所帶來的傳輸距離上的限制，AVT技術(shù)采用了新一代數(shù)字視頻壓縮算法。這種算法比標(biāo)準(zhǔn)的VC-2 LD壓縮算法更為有效。而且，視頻延遲極小(小于一幀圖像周期)，人眼完全察覺不到，可以認(rèn)為就是實(shí)時(shí)的。不僅如此，創(chuàng)新的速率自適應(yīng)傳輸技術(shù)，根據(jù)傳輸?shù)木嚯x和信號的衰減，傳輸芯片可以自適應(yīng)調(diào)整數(shù)字壓縮比例，以達(dá)到最佳的視頻圖像效果。因此，高清視頻傳輸不再受外部環(huán)境的影響，而且也利于未來產(chǎn)品的升級換代。

　　基于AVT技術(shù)，設(shè)計(jì)了發(fā)射器芯片NS2520和雙路接收器芯片NS2521。 NS2520作為對攝像機(jī)ISP輸出的并行信號進(jìn)行串行編碼的芯片，視頻輸入接口兼容10/20bit位寬，且具BT656/1120、CEA-861、CPI、DVP等多種視頻格式，最大支持1080P@30fps，同時(shí)支持SPDIF/I2S音頻嵌入;NS2521作為解碼芯片與NS2520配對使用，不僅全面支持上述格式，而且可同時(shí)接收兩路NS2520。為了滿足高端市場的需求，同時(shí)設(shè)計(jì)了發(fā)射器芯片NS2530和雙路接收器芯片NS2531，最大支持1080P60fps的視頻格式。此外，上述方案均可工作于非壓縮模式，兼容HD-SDI格式視頻輸入輸出，上述芯片主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 各型芯片視頻輸入輸出參數(shù)表

　　NS2520/2530芯片，采用QFN50封裝，尺寸為7×5.5mm;NS2521/2531芯片采用QFN68封裝，尺寸為8×8mm，芯片面積很小，方便用戶布板。視頻接口HBM±8KV，不需要外接ESD器件;而且支持1.8/2.7/3.3V等多種接口電壓，可與圖像信號處理器及視頻編解碼芯片無縫對接。芯片集成高性能信號發(fā)送電路及接收均衡與時(shí)鐘恢復(fù)電路，無需外接視頻信號放大器或均衡器。

　　此外筆者公司還為NS2520/2530方案設(shè)計(jì)了一款配套的集成電源PMU芯片NS3501，封裝是QFN 4×4mm大小，提供了2個(gè)DC-DC和3個(gè)LDO輸出，單芯片解決了高清攝像頭的供電問題，并集成了IR-CUT切換控制器。此集成PMU芯片NS3501也可通用于各種標(biāo)準(zhǔn)的高清攝像頭，如IPC、WiFi CAM、CVI/TVI/AHD CAM等，是安防攝像頭業(yè)界推出的第一款集成PMU產(chǎn)品，可幫助客戶提高集成度，降低硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度和系統(tǒng)成本，迎合了安防攝像頭PCB尺寸從38mm到32mm小型化的趨勢要求，尤其適合更追求小型化的車載安防，運(yùn)動(dòng)DV, 無人機(jī)DV等新興市場。

　　綜上所述，在芯片設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮客戶對功能的要求，在保證性能的前提下，通過減小芯片的面積和提供更多功能模塊，給產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了實(shí)實(shí)在在的方便。

　　AVT的優(yōu)勢

　　AVT技術(shù)具有以下顯著優(yōu)勢：一傳統(tǒng)標(biāo)清模擬監(jiān)控工程升級改造項(xiàng)目中，直接更換前后端即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字高清監(jiān)控，可大大節(jié)省改造成本;二相比HD-SDI，采用AVT技術(shù)可以使用75-3同軸電纜實(shí)現(xiàn)500米以上的遠(yuǎn)距離、視覺無損的高清視頻傳輸，設(shè)備成本也大幅降低;三相比模擬高清技術(shù)，AVT技術(shù)更加穩(wěn)定可靠，由于是數(shù)字傳輸，視頻信號無失真，不衰減，圖像還原性好，而且易于未來產(chǎn)品的升級換代;四相對于網(wǎng)絡(luò)高清，AVT技術(shù)無延遲，傳輸距離更遠(yuǎn)，而且系統(tǒng)復(fù)雜度低。

　　此外，AVT還實(shí)現(xiàn)了雙向音頻和雙向數(shù)據(jù)的傳輸，方便有更多功能需求的客戶開發(fā)。

　　簡要概括一下HD-SDI、網(wǎng)絡(luò)高清、模擬高清、AVT四種方案各自的優(yōu)缺點(diǎn)，參見下表2。

表2 四種方案優(yōu)缺點(diǎn)對比表

　　關(guān)于傳輸距離，沒有必要跟風(fēng)炒作，有的模擬攝像機(jī)宣傳的500m、600m傳輸距離等數(shù)據(jù)，并不是工程實(shí)踐中普遍測試的結(jié)果，圖像究竟失真多少也不得而知，而且工程實(shí)踐中，根本不存在用同軸線把視頻傳500m的情況，因此單純試圖通過傳輸距離這樣的數(shù)據(jù)比較方案的優(yōu)劣并不嚴(yán)謹(jǐn)。而AVT方案的實(shí)際意義體現(xiàn)在，可以在75-3同軸線纜的有效傳輸?shù)木嚯x內(nèi)，保證視頻沒有失真和傳輸延遲。而且視頻質(zhì)量不受環(huán)境噪聲和極端高低溫的影響，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

　　通過上文可以看出，AVT技術(shù)適用于分布式系統(tǒng)，例如家居套裝、辦公室、車載、廠房、倉庫等場合。在這些場合，相比網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)，AVT技術(shù)具有更低的功耗和系統(tǒng)復(fù)雜度，而比模擬高清，其又具有更好的圖像效果，并且易于后期的更新?lián)Q代，這些都是AVT方案的優(yōu)勢所在。

　　典型設(shè)計(jì)方案

　　基于AVT傳輸技術(shù)的最典型應(yīng)用就是由DVR和攝像機(jī)組成的監(jiān)控系統(tǒng)。例如圖一即是以Hi3520DV200為核心的4路720P@30fps輸入DVR;圖二以Hi3521為核心，圖三以Hi3531為核心，面向高級的應(yīng)用。

　　
圖1 以Hi3520DV200為核心的4路720P@30fps輸入DVR

　　Hi3520DV200有2個(gè)8bit-656接口，并可通過字節(jié)間插模式，從每個(gè)8bit接口輸入2路視頻，而NS2521支持視頻輸出通道復(fù)用，因此，Hi3520DV200每個(gè)8bit-BT656接口可以與一片NS2521對接，每片NS2521接收來自兩個(gè)不同前端的視頻數(shù)據(jù)，并將其通過1個(gè)8bit接口傳輸給Hi3520DV200;進(jìn)而實(shí)現(xiàn)4路最高720P 30Hz視頻輸入。這樣，DVR的設(shè)計(jì)上，就可以單片Hi3520DV200實(shí)現(xiàn)4路720P視頻輸入，這就極大程度節(jié)省了4路DVR的生產(chǎn)成本。

　　
圖2以Hi3521為核心的4路720P@30fps輸入DVR

　　Hi3521有4個(gè)8bit-bt656的視頻接口，并且時(shí)鐘頻率可以支持到148.5MHz，因而，每個(gè)8bit接口外接一片NS2521，既可以通過上面所述的復(fù)用方式，實(shí)現(xiàn)8路720P@30fps視頻輸入，也可實(shí)現(xiàn)4路更高質(zhì)量的720P@60fps視頻輸入，甚至是二者的結(jié)合。

　　
圖3以Hi3531為核心的4路720P@30fps輸入DVR

　　如果選擇接口資源更豐富的Hi3531為核心，Hi3531與NS2521/2531芯片之間的視頻通道可以擴(kuò)展為16bit的寬度，從而在時(shí)鐘頻率一致的情況下，單位時(shí)間內(nèi)可交換的數(shù)據(jù)量也增加一倍，因而可以實(shí)現(xiàn)更高級的應(yīng)用。首先，可以接NS2531，實(shí)現(xiàn)1080P60全高清視頻輸入。也可通道復(fù)用，參與復(fù)用的兩路視頻，同樣來自基于NS2520的AVT前端。需要說明的是，前端傳過來的視頻，可以是同樣格式(例如2路輸入都是720P@60fps)，也可以是相同帶寬(例如1路720P@60fps和1路1080P@30fps)，甚至可以帶寬格式均不相同(例如1路720P@60fps和1路720P@30fps)，NS2521都能支持。

　　上述兩種方案應(yīng)用中，除視頻之外，還可以同時(shí)支持雙向音頻和雙向數(shù)據(jù);其中NS2520/2530支持2路音頻輸入輸出(共4聲道);NS2521/2531支持4路音頻輸入輸出(共8聲道);雙向數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)控制信號的交互，這樣就能在不增加其他控制信號線的前提下，實(shí)現(xiàn)對攝像機(jī)或云臺、紅外燈等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制等功能，非常實(shí)用。

　　總結(jié)

　　基于AVT技術(shù)的方案具有成本低、傳輸距離遠(yuǎn)、無延遲、視頻無損、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，AVT方案與傳統(tǒng)的標(biāo)清模擬監(jiān)控系統(tǒng)使用相同的傳輸線，這一點(diǎn)尤其在舊系統(tǒng)升級的時(shí)候很有意義，可省去布線工作，簡化施工流程，減少輔材成本，而且對施工人員的技術(shù)能力要求也降低了。因此，基于AVT技術(shù)的數(shù)字高清視頻傳輸具有廣闊的應(yīng)用前景。