高清雙雄的崛起

　　說數字高清不能不提HD-SDI，在模擬監(jiān)控一統(tǒng)江湖的時代，這個從廣電領域跨界而來的高端技術可以實時傳輸最高1080P@60fps的高清視頻，而且就畫質和實時性而言，SDI設備具有即使是當今大紅大紫的IPC和模擬高清也無法撼動的優(yōu)勢。然而高昂的設備和互聯成本，嚴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，并轉向了IPC。其實SDI剛興起時，關于IPC和SDI誰更有前景的討論，就有兩種不同的聲音。但雙方似乎都認為，模擬視頻設備在未來很長一段時間內依舊是市場主流。然而2013年以來，IPC迎來了爆炸式的增長，高清晰畫質，集成且配套化的系統(tǒng)組成，智能技術的應用，不僅是IPC戰(zhàn)勝模擬方案的法寶，也代表了當今安防市場對視頻監(jiān)控基本功能的需求。

　　與此同時，模擬高清也悄悄登陸市場并開始擴張勢力，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，以及相對低廉的價格，極大地降低了工程成本。2014年，模擬高清相機的出貨量從2013年的100萬臺增至400萬臺，雖然這個數字，讓模擬高清與IPC并稱“雙雄”還很牽強，但事實上，很多人對模擬高清在2015年的表現還是充滿期待的。

　　數字高清的逆襲

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

　　AVT技術具有全數字架構和數字信號傳輸的優(yōu)點。為了克服由于數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技術采用了新一代數字視頻壓縮算法。這種算法比標準的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，可以認為就是實時的。不僅如此，創(chuàng)新的速率自適應傳輸技術，根據傳輸的距離和信號的衰減，傳輸芯片可以自適應調整數字壓縮比例，以達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，而且也利于未來產品的升級換代。

　　基于AVT技術，設計了發(fā)射器芯片NS2520和雙路接收器芯片NS2521。 NS2520作為對攝像機ISP輸出的并行信號進行串行編碼的芯片，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，而且可同時接收兩路NS2520。為了滿足高端市場的需求，同時設計了發(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，上述芯片主要技術參數見表1。

表1 各型芯片視頻輸入輸出參數表

　　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鐘恢復電路，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方案設計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DC-DC和3個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也可通用于各種標準的高清攝像頭，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產品，可幫助客戶提高集成度，降低硬件設計復雜度和系統(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，運動DV, 無人機DV等新興市場。

　　綜上所述，在芯片設計時，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，給產品設計和生產提供了實實在在的方便。

　　AVT的優(yōu)勢

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

　　此外，AVT還實現了雙向音頻和雙向數據的傳輸，方便有更多功能需求的客戶開發(fā)。

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

表2 四種方案優(yōu)缺點對比表

　　關于傳輸距離，沒有必要跟風炒作，有的模擬攝像機宣傳的500m、600m傳輸距離等數據，并不是工程實踐中普遍測試的結果，圖像究竟失真多少也不得而知，而且工程實踐中，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據比較方案的優(yōu)劣并不嚴謹。而AVT方案的實際意義體現在，可以在75-3同軸線纜的有效傳輸的距離內，保證視頻沒有失真和傳輸延遲。而且視頻質量不受環(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，相比網絡攝像機系統(tǒng)，AVT技術具有更低的功耗和系統(tǒng)復雜度，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換代，這些都是AVT方案的優(yōu)勢所在。

　　典型設計方案

　　基于AVT傳輸技術的最典型應用就是由DVR和攝像機組成的監(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，面向高級的應用。

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

　　Hi3520DV200有2個8bit-656接口，并可通過字節(jié)間插模式，從每個8bit接口輸入2路視頻，而NS2521支持視頻輸出通道復用，因此，Hi3520DV200每個8bit-BT656接口可以與一片NS2521對接，每片NS2521接收來自兩個不同前端的視頻數據，并將其通過1個8bit接口傳輸給Hi3520DV200;進而實現4路最高720P 30Hz視頻輸入。這樣，DVR的設計上，就可以單片Hi3520DV200實現4路720P視頻輸入，這就極大程度節(jié)省了4路DVR的生產成本。

　　
圖2以Hi3521為核心的4路720P@30fps輸入DVR

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

　　
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展為16bit的寬度，從而在時鐘頻率一致的情況下，單位時間內可交換的數據量也增加一倍，因而可以實現更高級的應用。首先，可以接NS2531，實現1080P60全高清視頻輸入。也可通道復用，參與復用的兩路視頻，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。

　　上述兩種方案應用中，除視頻之外，還可以同時支持雙向音頻和雙向數據;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);雙向數據的應用可以實現控制信號的交互，這樣就能在不增加其他控制信號線的前提下，實現對攝像機或云臺、紅外燈等設備的遠程控制等功能，非常實用。

　　總結

　　基于AVT技術的方案具有成本低、傳輸距離遠、無延遲、視頻無損、抗干擾性強等優(yōu)點。在實際工程應用中，AVT方案與傳統(tǒng)的標清模擬監(jiān)控系統(tǒng)使用相同的傳輸線，這一點尤其在舊系統(tǒng)升級的時候很有意義，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能力要求也降低了。因此，基于AVT技術的數字高清視頻傳輸具有廣闊的應用前景。