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  • 《安全自動化A&S》發表AVT技術文章《數字高清傳輸芯片在高清視頻系統中的應用》

    發布時間:2015-12-29

    引言
    第十五屆中國國際社會公共安全博覽會無疑又是一次引人矚目的數字視頻監控領域的空前盛會,作為一位連續十余年沒有缺席的安防老兵感慨頗多!曾經的新興應用市場,如今卻支撐著一個強大的支柱型產業,并且推進了許多創新的激情和浪潮。雖然個人的背景有所改變,但芯片供應商的身份沒變,因此仍關注視頻監控行業相關芯片市場的變遷和演進,對新形勢下所存在的環境及挑戰,其中自然不乏新的機遇與前景展望。從去年北京的安防展,到今年深圳的安博會,一種數字高清視頻傳輸技術(Advanced Video Transport,簡稱AVT)脫穎而出,成為不可忽視的亮點,由此可以擴展和推進到各種各樣的應用場景,從而影響數字視頻監控系統的方方面面。下面將圍繞有關數字高清視頻延長和傳輸的應用展開探討,以期對新技術的導入和發展有更全面的認識。
        數字高清傳輸擴展視頻監控應用
    任何監控的任務都是要防范于未然,追求的都是身臨其境的感受,因此對視頻影像就盡可能地要求無損和實時。然而市面的數字視頻壓縮芯片大多屬于有損壓縮,無論是H.264還是H.265,都無法避免由于壓縮所帶來的原始視頻信息的丟失。于是,提升高清視頻傳輸性能便成為主要問題,為此模擬高清技術有了一定的發展,便有所謂的模擬高清(AHD)技術、同軸高清視頻傳輸(HD TVI)技術、高清復合視頻接口(HD CVI)技術。然而,這些技術主要是針對高清監控攝像機應用,采用的仍然是受制于模擬同軸電纜傳輸手段,無法實現完善的雙向透傳功能,難以進行擴展應用,突破這個技術瓶頸的將是數字同軸高清傳輸技術的推出。
    去年AVT技術首度在北京安防展上亮相,基于FPGA的數字同軸高清視頻的傳輸性能就表現出視覺無損和極低時延的效果,引起業內人士的重視。今年AVT芯片在深圳的安博會成功展示,實實在在地達到了預期的效果:同軸線纜傳輸1080P或720P視頻達到300至500米,高清視頻大于30倍視覺無損壓縮,且傳輸延時低于3毫秒。此次推出的AVT系列不僅包括兩個檔次的AVT發送器NS2530/2520,以及 AVT接收器NS2531/2521,還包括成系列的AVT視頻交換矩陣NS2580和AVT中繼器NS2539,前者可實現8X8多路視頻流的交換,并通過I2C口進行控制,將AVT視頻分為多路,而后者通過中繼實現距離加倍,支持雙向音頻與控制延長。
        除AVT的前端高清視頻傳輸芯片外,后端高清顯示傳輸也有HDMI延長芯片,就是HDMI發送器NS5530和HDMI接收器NS5531。對于HDMI延長,高清1080P60視頻傳輸達100米以上,可以采用Cat5以上的普通雙絞線即可,而無須采用昂貴的HDMI線纜。無論是AVT還是HDMI的傳輸,NS25xx和NS55xx系列收發器都支持雙絞線應用,并且每傳輸一路數字高清視頻,僅占用一對差分線,因此對于一根八芯的雙絞線,均可順暢地傳輸四路數字高清視頻,且分別有反向透傳通路。
        如圖1所示為NS25xx和NS55xx系列芯片在數字高清視頻系統中的應用。

     

    圖2、安博會上展示的車載全景高清AVT傳輸前端解決方案

     

    此解決方案為38*38的前端攝像頭模組,包含CMOS傳感器板和視頻處理主板,通過FPC線纜連接。主板中的GW4300為eWARP?專用全景影像處理器,具有180度或360度魚眼矯正功能,而NS2530發送器支持高速音視頻信號在汽車內部的串行傳輸,可采用同軸線纜,也可采用雙絞線。在安博會上采用的是近百米的同軸線,展示的效果非常理想,而且系統時鐘穩定可靠,受到業界人士的好評。
    基于AVT方案的切入點,首先表現在數字高清,圖像穩定且是數字化高清視頻源;其次,提供雙向通訊,實現行車電腦增加圖像功能菜單化調節,如AWB和AE等;第三,目前市場還沒有成熟的數字高清的傳輸方案,TI的FPD-Link III雖有應用,但不似AVT對線材無要求,并且具有極好的ESD性能,即接觸8KV,非接觸15KV。選用普通300ppm的27MHz晶振,溫度范圍寬??纱钆涞亩鄠€廠商所提供的主控處理平臺,如Rockchip、Mstar、MTK、Allwinner、Freescale。
    AVT應用的產品形態可以分為,RX用于后端車載DVD導航一體機,可搭配如Rockchip、Mstar、MTK、Allwinner、Freescale等多個廠商所提供的處理器。TX 則用于前端車載視頻源,包括汽車后視攝像頭或360全景泊車等視頻產品,支持TI、Fujitsu、Freescale等主控處理平臺。前端視頻源通過TX將視頻格式(BT.656/1120)發送到車載DVD導航一體機,再經過RX接收送入車機主控SOC做圖像分析、提取等處理后送車機屏上顯示出來。由此可以將汽車后視攝像頭,360度全景泊車等視頻源由目前的標清,升級到百萬高清,由此提升圖像清晰度,帶給客戶極致的視覺體驗。AVT作為數字高清傳輸技術,其優勢在于支持數字視頻的拼接及多功能圖文顯示。AVT針對汽車應用的溫度范圍將滿足-40℃到+125℃度的車規要求。如圖3所示為AVT芯片在車載監控系統中的應用系統框圖。

    圖3 AVT芯片在車載監控系統中的應用系統框圖

    數字高清傳輸在軌道交通的應用
    數字視頻監控的又一個重要的行業應用,就是軌道交通,其中包括地面和
    地下的鐵路交通。中國的軌道交通已成為城市客流交通的主力運輸手段,為最大限度確保乘客出行與軌道交通安全,營造安全祥和的客運環境以及穩定可靠的安防系統建設特別重要。
    車廂是軌道交通一個基本單元,其中包含視頻監控系統和信息發布系統,而傳輸是關鍵技術手段。由于人流量密集、人員流動量大、環境復雜等特點,安全性和可靠性是軌道交通運營管理需要重點保障。目前,連接車廂之間高速信號的有效途徑還是同軸電纜,并且對高清視頻和音頻傳輸,以及雙向控制的要求已迫在眉睫。AVT技術支持雙向數據通道,包含雙向內嵌音頻,其正向音頻具有四通道96K采樣率,接口是I2S/SPDIF,反向音頻則是單通道8K采樣率,正好可以滿足這個需求。如圖4所示為AVT芯片所支持的軌道交通高清視頻傳輸應用。

     

            圖4AVT芯片所支持的軌道交通高清視頻傳輸應用

    AVT的發送器芯片NS2520/2530的視頻輸入接口兼容8/16比特位,且具有BT656/1120、CEA-861、CPI、DVP等多種視頻格式,最大支持1080P@60fps,同時支持SPDIF/I2S音頻嵌入;此外,還可工作在非壓縮模式,兼容HD-SDI格式視頻輸入輸出,能夠具有 1.5G到 3Gbps的傳輸能力。NS2521/2531作為接收器芯片配對使用,不僅全面支持上述格式,而且可同時接收兩路視頻輸入。
    AVT有可以采用兩種級連方案,一種為無損級連,需要加中繼芯片與Tx芯片輸出到BNC,這樣級連沒有多次壓縮損耗,信號抖動也不會變壞。如果級連次數不多,直接接一個Tx芯片就可以了。直接連接Tx芯片來級連,每次級連有約0.3db的圖像質量損耗,但信號抖動也不會變壞。如果壓縮倍數不高,這樣最簡單,級連十次之內沒問題。采用無損壓縮,低延時,壓縮率不要求很高。
    借助于AVT視覺無損壓縮和3毫秒級以內的延時,可以支持前端的先進視頻分析技術確保預警效果,如跨越候車黃線報警、不明棄物檢測報警、人群流密度報警等功能,未來的大場景內的人體面部識別技術經不斷完善也將投入實用。
    結語
    本屆安博會上的熱點在于H.265以及4K和智能應用等,而模擬同軸又都是AHD、TVI和CVI的天下,然而,著眼于數字高清視頻傳輸的未來發展,AVT將有更為廣闊的視野。既然是延續SDI大容量高速傳輸特性,并且兼容HD-SDI,AVT只能不斷挖掘它自身的優勢,必將能夠超越模擬并樹立正確的產品定位,勝任的新型的市場,從中為客戶創造價值。明年AVT將實現4Kx2K的突破,并將在數字視頻監控領域促成更多創新應用,從而引領數字高清視頻傳輸和延長市場的潮流


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