《安全自动化A&S》发表AVT技术文章《数字高清传输芯片在高清视频系统中的应用》
发布时间:2015-12-29

引言
第十五届中国国际社会公共安全博览会无疑又是一次引人瞩目的数字视频监控领域的空前盛会,作为一位连续十余年没有缺席的安防老兵感慨颇多!曾经的新兴应用市场,如今却支撑着一个强大的支柱型产业,并且推进了许多创新的激情和浪潮。虽然个人的背景有所改变,但芯片供应商的身份没变,因此仍关注视频监控行业相关芯片市场的变迁和演进,对新形势下所存在的环境及挑战,其中自然不乏新的机遇与前景展望。从去年北京的安防展,到今年深圳的安博会,一种数字高清视频传输技术(Advanced Video Transport,简称AVT)脱颖而出,成为不可忽视的亮点,由此可以扩展和推进到各种各样的应用场景,从而影响数字视频监控系统的方方面面。下面将围绕有关数字高清视频延长和传输的应用展开探讨,以期对新技术的导入和发展有更全面的认识。
    数字高清传输扩展视频监控应用
任何监控的任务都是要防范于未然,追求的都是身临其境的感受,因此对视频影像就尽可能地要求无损和实时。然而市面的数字视频压缩芯片大多属于有损压缩,无论是H.264还是H.265,都无法避免由于压缩所带来的原始视频信息的丢失。于是,提升高清视频传输性能便成为主要问题,为此模拟高清技术有了一定的发展,便有所谓的模拟高清(AHD)技术、同轴高清视频传输(HD TVI)技术、高清复合视频接口(HD CVI)技术。然而,这些技术主要是针对高清监控摄像机应用,采用的仍然是受制于模拟同轴电缆传输手段,无法实现完善的双向透传功能,难以进行扩展应用,突破这个技术瓶颈的将是数字同轴高清传输技术的推出。
去年AVT技术首度在北京安防展上亮相,基于FPGA的数字同轴高清视频的传输性能就表现出视觉无损和极低时延的效果,引起业内人士的重视。今年AVT芯片在深圳的安博会成功展示,实实在在地达到了预期的效果:同轴线缆传输1080P或720P视频达到300至500米,高清视频大于30倍视觉无损压缩,且传输延时低于3毫秒。此次推出的AVT系列不仅包括两个档次的AVT发送器NS2530/2520,以及 AVT接收器NS2531/2521,还包括成系列的AVT视频交换矩阵NS2580和AVT中继器NS2539,前者可实现8X8多路视频流的交换,并通过I2C口进行控制,将AVT视频分为多路,而后者通过中继实现距离加倍,支持双向音频与控制延长。
    除AVT的前端高清视频传输芯片外,后端高清显示传输也有HDMI延长芯片,就是HDMI发送器NS5530和HDMI接收器NS5531。对于HDMI延长,高清1080P60视频传输达100米以上,可以采用Cat5以上的普通双绞线即可,而无须采用昂贵的HDMI线缆。无论是AVT还是HDMI的传输,NS25xx和NS55xx系列收发器都支持双绞线应用,并且每传输一路数字高清视频,仅占用一对差分线,因此对于一根八芯的双绞线,均可顺畅地传输四路数字高清视频,且分别有反向透传通路。
    如图1所示为NS25xx和NS55xx系列芯片在数字高清视频系统中的应用。

 

图2、安博会上展示的车载全景高清AVT传输前端解决方案

 

此解决方案为38*38的前端摄像头模组,包含CMOS传感器板和视频处理主板,通过FPC线缆连接。主板中的GW4300为eWARP®专用全景影像处理器,具有180度或360度鱼眼矫正功能,而NS2530发送器支持高速音视频信号在汽车内部的串行传输,可采用同轴线缆,也可采用双绞线。在安博会上采用的是近百米的同轴线,展示的效果非常理想,而且系统时钟稳定可靠,受到业界人士的好评。
基于AVT方案的切入点,首先表现在数字高清,图像稳定且是数字化高清视频源;其次,提供双向通讯,实现行车电脑增加图像功能菜单化调节,如AWB和AE等;第三,目前市场还没有成熟的数字高清的传输方案,TI的FPD-Link III虽有应用,但不似AVT对线材无要求,并且具有极好的ESD性能,即接触8KV,非接触15KV。选用普通300ppm的27MHz晶振,温度范围宽。可搭配的多个厂商所提供的主控处理平台,如Rockchip、Mstar、MTK、Allwinner、Freescale。
AVT应用的产品形态可以分为,RX用于后端车载DVD导航一体机,可搭配如Rockchip、Mstar、MTK、Allwinner、Freescale等多个厂商所提供的处理器。TX 则用于前端车载视频源,包括汽车后视摄像头或360全景泊车等视频产品,支持TI、Fujitsu、Freescale等主控处理平台。前端视频源通过TX将视频格式(BT.656/1120)发送到车载DVD导航一体机,再经过RX接收送入车机主控SOC做图像分析、提取等处理后送车机屏上显示出来。由此可以将汽车后视摄像头,360度全景泊车等视频源由目前的标清,升级到百万高清,由此提升图像清晰度,带给客户极致的视觉体验。AVT作为数字高清传输技术,其优势在于支持数字视频的拼接及多功能图文显示。AVT针对汽车应用的温度范围将满足-40℃到+125℃度的车规要求。如图3所示为AVT芯片在车载监控系统中的应用系统框图。

图3 AVT芯片在车载监控系统中的应用系统框图

数字高清传输在轨道交通的应用
数字视频监控的又一个重要的行业应用,就是轨道交通,其中包括地面和
地下的铁路交通。中国的轨道交通已成为城市客流交通的主力运输手段,为最大限度确保乘客出行与轨道交通安全,营造安全祥和的客运环境以及稳定可靠的安防系统建设特别重要。
车厢是轨道交通一个基本单元,其中包含视频监控系统和信息发布系统,而传输是关键技术手段。由于人流量密集、人员流动量大、环境复杂等特点,安全性和可靠性是轨道交通运营管理需要重点保障。目前,连接车厢之间高速信号的有效途径还是同轴电缆,并且对高清视频和音频传输,以及双向控制的要求已迫在眉睫。AVT技术支持双向数据通道,包含双向内嵌音频,其正向音频具有四通道96K采样率,接口是I2S/SPDIF,反向音频则是单通道8K采样率,正好可以满足这个需求。如图4所示为AVT芯片所支持的轨道交通高清视频传输应用。

 

        图4AVT芯片所支持的轨道交通高清视频传输应用

AVT的发送器芯片NS2520/2530的视频输入接口兼容8/16比特位,且具有BT656/1120、CEA-861、CPI、DVP等多种视频格式,最大支持1080P@60fps,同时支持SPDIF/I2S音频嵌入;此外,还可工作在非压缩模式,兼容HD-SDI格式视频输入输出,能够具有 1.5G到 3Gbps的传输能力。NS2521/2531作为接收器芯片配对使用,不仅全面支持上述格式,而且可同时接收两路视频输入。
AVT有可以采用两种级连方案,一种为无损级连,需要加中继芯片与Tx芯片输出到BNC,这样级连没有多次压缩损耗,信号抖动也不会变坏。如果级连次数不多,直接接一个Tx芯片就可以了。直接连接Tx芯片来级连,每次级连有约0.3db的图像质量损耗,但信号抖动也不会变坏。如果压缩倍数不高,这样最简单,级连十次之内没问题。采用无损压缩,低延时,压缩率不要求很高。
借助于AVT视觉无损压缩和3毫秒级以内的延时,可以支持前端的先进视频分析技术确保预警效果,如跨越候车黄线报警、不明弃物检测报警、人群流密度报警等功能,未来的大场景内的人体面部识别技术经不断完善也将投入实用。
结语
本届安博会上的热点在于H.265以及4K和智能应用等,而模拟同轴又都是AHD、TVI和CVI的天下,然而,着眼于数字高清视频传输的未来发展,AVT将有更为广阔的视野。既然是延续SDI大容量高速传输特性,并且兼容HD-SDI,AVT只能不断挖掘它自身的优势,必将能够超越模拟并树立正确的产品定位,胜任的新型的市场,从中为客户创造价值。明年AVT将实现4Kx2K的突破,并将在数字视频监控领域促成更多创新应用,从而引领数字高清视频传输和延长市场的潮流