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2021-04-17
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作者：John Gabay, Mouser Electronics
强大的处理器
数个先进的处理器系列和架构也伴随视频技术的发展而发展，最新一代设计足以处理智能监控和视频回放。在所有的设计中，都使用了外部总线接口并且大多使用高速外部DRAM。最先进的处理器可以处理几GB内存寻址，支持DDR、SDR等数种同步高速内存接口。设计人员在设计架构系统时需要持续关注内存带宽的大小。
图1：因为分辨率的提升，传输速率和访问延时变得越来越重要。这意味着需要更快的处理器和存储器子系统来捕获和缓冲图像数据，直到它可以被输送到hub或聚合器。
目前存在两种主要的应用，它们的要求不同，也驱动着不同的处理器选择。中心hub和/或聚合器的设计必须需要非常高端的单核甚至是多核处理器、DVR功能，以及一连串易失性和非易失性存储器池。然而，实际的摄像头存在着一组不同的约束条件，包括低功耗、扩展温度范围，以及更小尺寸要求。
意法半导体的STM32F051K4U6TR Cortex M0处理器是一种32位ARM架构，执行单周期指令，频率为48 MHz，其数据路径和总线带宽足以在单次传输中处理整幅图像元素采样。在5mm x 5mm封装下，它的电压可以低至1.8伏，其运行温度范围从-40到 85度。
这种处理器具有硬件直接存储器访问（DMA）功能，可以处理五个信道，包括存储器到存储器、存储器到外围总线传输，以及存储器到最小内存和较低速度下的内置HDMI控制器接口。存在独立于处理器主时钟域的一个特殊的视频时钟域。
当处理器配合ISSI DDR3 IS43TR16256AL-15HBLI这样的高速和密集度存储器件一起使用时，该存储器可以提供单一容量达4G比特（256兆x 16位）、内存带宽为1333 MHz的解决方案。需要注意的是，并不仅是处理器需要访问和操作内存，集成的通信控制器也需要具备同样的功能。
传输和链路
通信需求是下一代监控系统设计的重要挑战之一。有了如此多的数据，传输速率需要同内存需求那样成指数增长。距离因素是另外一个值关注的问题。即使是通用的点对点100兆比特/秒的以太网连接在使用CAT式电缆进行长距离传输时也驱动也其局限性。
图2：即使是较低视频分辨率情况下，使用CAT式双绞线建立的低成本媒体在数据传输时，其速度也会随距离而迅速降低。
这也意味着，像DVI和HDMI这样的短距离数据链路在长距离传输时是无法使用的。许多现代多媒体互连标准，比如S / PDIF和Toslink光纤也同样如此。尽管S / PDIF采用数字方式传输，并且可以通过使用许多标准的驱动器和接收器芯片进行扩展，但所需的数据带宽也会上升，意味着需要更复杂、成本更高的驱动技术来推动向远处传输。
千万级像素分辨率的相机已经出现并在使用中。随着现代社会人们对安全的关注，他们开始期待使用越来越高的分辨率来记录自己在做什么。尽管光纤链路支持更大的带宽，但铜部署起来通常更便宜。因此，下一代远程安全系统正在开发和标准化基于铜的链路技术。
目前出现的满足带宽限制挑战的其中一个有趣技术是CoaXPress标准。 CoaXPress是基于同轴电缆的点对点通信链路标准，速度高达6.25Gbps，传输距离高达130米。多信道并行时可以将数据速率抬升到25Gbps。
在仅使用一根铜轴电缆时，Microchip EQCO62X20（EQCO62R20.3=接收机，EQCO62T20.3=发射机）芯片组可用于组成双向全双工通信信道。使用外部电感器，也可以在同一电缆传输电源。因为采用小型4mm细微间距QFN封装，低功耗（1.2伏时小于70毫瓦）也是一个可以期望的特性。
图3：Microchip Technology的EQCO62X20芯片组与CoaXPress相机V1.0标准兼容。
无线前景如何？
尽管采用无线连接是可能的，但大多数监视应用其距离和带宽限制使这种方式不太适用。此外，无线链路更容易堵塞，导致安防应用易受攻击。
本地聚合器和集线器中使用短跳无线链路是可能的。如果需要基于云的连接，无线链路将很有吸引力。也许可以预期的是，在不久的将来所有人的照相机都将成为物联网（IOT）的一部分。 这意味着，每个人都将有机会访问所有公共监控设备，需要公平的竞争环境，并确保不滥用权力或暴力。
结论
安全监控逐渐成为我们日常生活的一部分。我们被拍照，被录音，并且几乎所有我们所做所为都将被监控。照相机和视频流的数量之多，推动了需要保安人员在旁边观看，并作出裁定。
当前的硬件系统照相机和视频聚合器，正在并将继续使用更高级别的处理能力，甚至需要人工智能来自动进行数据收集和安全性评估。
请保持微笑，因为可能有个相机正在抓拍你...
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