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在視頻監(jiān)控應(yīng)用中利用單線(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:TI ? 作者:TI ? 2023-03-20 10:27 ? 次閱讀

為幫助更大限度地提高安全性,工業(yè)、辦公室和住宅建筑的監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)施正在穩(wěn)步增加。在過(guò)去十年中,攝像頭技術(shù)在圖像傳感器視頻處理、連接性和通過(guò)人工智能進(jìn)行視頻分析等方面取得了巨大進(jìn)步。大多數(shù)攝像頭都使用移動(dòng)行業(yè)處理器接口(MIPI)將圖像傳感器連接到視頻處理器,從而使用各種分辨率的圖像傳感器來(lái)升級(jí)攝像頭。圖1展示了組成視頻監(jiān)控?cái)z像頭系統(tǒng)的各種元件。

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圖1:基本互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)監(jiān)控?cái)z像頭

人們對(duì)高分辨率圖像和視頻的持續(xù)需求推動(dòng)了圖像傳感器的改進(jìn)和創(chuàng)新,使分辨率從320 x 240像素提升至4,096 x 2,160像素甚至更高,增幅約達(dá)十倍。像素?cái)?shù)的增加也意味著需要通過(guò)MIPI接口將更多數(shù)據(jù)從圖像傳感器傳輸?shù)揭曨l處理器。為了支持高質(zhì)量的視頻傳輸,IP攝像頭中的以太網(wǎng)物理層(PHY)也需要從10Mbps提高到1Gbps。正因如此,視頻處理器運(yùn)行視頻壓縮算法的能力變得很重要,它可以更大限度地減少通過(guò)以太網(wǎng)電纜傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

幀率為30fps的4K分辨率圖像傳感器產(chǎn)生的未壓縮視頻的數(shù)據(jù)速率為9.56Gbps。盡管MIPI旨在支持如此高或甚至更高的速率,但是通過(guò)以太網(wǎng)以這種速率傳輸數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)未壓縮的高分辨率視頻在經(jīng)濟(jì)上不可行(需要龐大的存儲(chǔ)空間)。利用H.265等高效視頻壓縮算法,即使是使用4K圖像傳感器壓縮到中等質(zhì)量,數(shù)據(jù)速率要求也可降至低于10Mbps。當(dāng)圖像傳感器公司試圖制造更高分辨率的傳感器時(shí),國(guó)際電工委員會(huì)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際電信聯(lián)盟等標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在研究視頻壓縮算法,從而在某些工作場(chǎng)景下將通過(guò)以太網(wǎng)的視頻數(shù)據(jù)速率限制在10Mbps以下。

IP攝像頭中的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口受規(guī)范所限制,僅支持100m的電纜傳輸距離;然而,有一種新技術(shù)可以將最小電纜長(zhǎng)度增加到1,000m。IP攝像頭到網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)的距離可以是1km或更長(zhǎng),而通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)在上述距離實(shí)現(xiàn)連接需要用到中繼器或光纖電纜。一種替代方法是使用同軸電纜(RG-59)來(lái)達(dá)到更長(zhǎng)的距離,但這需要使用無(wú)源適配器將以太網(wǎng)信號(hào)從CAT 5e轉(zhuǎn)換到同軸電纜,反之亦然。每100m同軸電纜的成本往往高于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜的成本。

最近,電氣電子工程師協(xié)會(huì) (IEEE) 定義了一項(xiàng)新的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3.cg,通過(guò)單對(duì)平衡導(dǎo)體實(shí)現(xiàn) 10Mbps 的運(yùn)行以及相關(guān)的電力輸送。更具體地說(shuō)&10BASE-T1L: IEEE 802.3 PHY規(guī)范適用于通過(guò)單對(duì)平衡導(dǎo)體的10Mbps以太網(wǎng)局域網(wǎng),電纜傳輸距離至少為1,000m(使用18 AWG導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)傳輸距離)。由于單線(xiàn)對(duì)電纜現(xiàn)可同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸和電力輸送,所以采用IEEE 802.3.cg可顯著節(jié)約成本,并且在視頻監(jiān)控應(yīng)用中更容易安裝。

10BASE-T1L PHY在單對(duì)平衡導(dǎo)體上使用全雙工通信,每個(gè)方向同時(shí)具有10Mbps的有效數(shù)據(jù)速率。10BASE-T1L PHY使用三級(jí)脈沖振幅調(diào)制(PAM3),在鏈路段以7.5兆波特的速率傳輸。33位擾頻器可幫助改善電磁兼容性。使用4B3T編碼(即4個(gè)二進(jìn)制對(duì)應(yīng)3個(gè)三進(jìn)制)對(duì)MII傳輸數(shù)據(jù)(TXD<3:0>)進(jìn)行編碼,使傳輸?shù)腜AM3符號(hào)的運(yùn)行平均值(直流基準(zhǔn))不超出范圍。使用管理數(shù)據(jù)輸入/輸出界面將10BASE-T1L PHY的發(fā)送器輸出電壓設(shè)置為1.0Vpp或2.4Vpp差分,有助于在不同電纜上實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的通信距離。

DP83TD510E是一款符合IEEE 802.3cg 10Base-T1L規(guī)范的超長(zhǎng)傳輸距離PHY收發(fā)器。該器件由3.3V單電源供電,并支持IEEE 802.3cg 10Base-T1L規(guī)范定義的2.4V p2p和1V p2p電壓模式。PHY具有噪聲非常低的耦合接收器架構(gòu),可支持長(zhǎng)達(dá)2,000m的電纜長(zhǎng)度。該器件提供媒體獨(dú)立接口(MII)、簡(jiǎn)化MII、簡(jiǎn)化千兆位MII和RMII低功耗5MHz主模式與處理器的MAC相連。DP83TD510E診斷工具包括時(shí)域反射法(TD R)、主動(dòng)鏈路電纜診斷(ALCD)、信號(hào)質(zhì)量指標(biāo)(SQI)、多個(gè)環(huán)回接口和集成PRBS數(shù)據(jù)包發(fā)生器,簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)故障情況檢測(cè)

單線(xiàn)對(duì)以太網(wǎng)(SPE)網(wǎng)絡(luò)還支持通過(guò)視頻監(jiān)控應(yīng)用中的低通濾波器沿著同一根單線(xiàn)對(duì)電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)線(xiàn)供電(PoDL),如圖2所示。

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圖2:視頻監(jiān)控中的PoDL示例

表1列出了IEEE 802.3.cg標(biāo)準(zhǔn)支持的各種功率等級(jí)。可向負(fù)載提供的最大功率為52W,定義為15級(jí)。IEEE 802.3.bu涵蓋了低于10的功率等級(jí)。

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表1:IEEE 802.3.cg標(biāo)準(zhǔn)支持的功率等級(jí)

來(lái)源:IEEE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

8和9級(jí)(48V穩(wěn)壓電源設(shè)備)或14和15級(jí)(最大50V至58V)可支持IP攝像頭所需的功率等級(jí),該攝像頭可能需要高達(dá)52W的功率才能運(yùn)行。此功率足以支持大多數(shù)攝像頭系統(tǒng),即使是帶有內(nèi)置加熱器的攝像頭系統(tǒng)也不例外。對(duì)于需要升級(jí)的建筑物,中間解決方案可使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)至SPE轉(zhuǎn)換器。圖3提供了IP攝像頭系統(tǒng)的連接示例。

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圖3:IP網(wǎng)絡(luò)攝像頭連接

未來(lái)的IP攝像頭產(chǎn)品有望支持SPE,從而更容易安裝,網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)也將提供電源設(shè)備端口。通過(guò)簡(jiǎn)化的SPE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)壓縮率更高的視頻,可以在不增加復(fù)雜性和成本的情況下實(shí)現(xiàn)更好的監(jiān)控。

審核編輯:郭婷

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