数字可视对讲技术探讨

    引言
    20世纪60年代,电视改变了人们的生活,出现了“电视一代”;80年代,电脑改变了人们的工作方式,促成了“电脑一代”;90年代,互联网改变了人们获取信息的方式,诞生了“网络一代”。进入21世纪,数字化的生活方式将无处不再,最终会全面进入每个人的家庭,数字家庭的浪潮已经汹涌澎湃。  
    传统的数字家庭中心之争:PC中心论、TV中心论及SetBox中心论,其优势和劣势都很明显,就单一产品而言都难以独自承担数字家庭的重任。近年来市场上出现了另一产品逐渐承担了数字家庭越来越多的功能和责任,这就是数字可视对讲。传统的楼宇可视对讲产品逐渐往数字化,网络化、智能化的方向发展,可视对讲产品除了担当可视对讲、遥控开锁、报警等功能外,还实现了远程视频监控、异动报警、门禁、三表抄送、信息发布、智能家居控制、上网及视频点播甚至手机联动等增值服务。这类产品大多内置了性能强大的Soc处理器和触摸TFT显示屏,尤其标配的网络功能,给产品带来了更多的想象空间,将越来越多的融合PVR、DPF数码相框、可视电话、媒体播放器等数字媒体功能。数字可视对讲悄悄地充当了数字家庭另一中心的角色。

    可视对讲发展趋势
    可视对讲经历了从模拟黑白、彩色到数字化的历程,向着网络化和智能化的方向发展,并逐渐融合多种媒体功能。模拟可视对讲(黑白、彩色),音视频通过同轴电缆传输,控制信号通过单片机总线传输,其技术特点决定着产品有着先天的缺点,而数字化网络传输带来的不仅仅是通过将音视频及所有控制信息均通过一根网络线传输克服了模拟传输带来的弊端,更为重要的是为用户增添了更为实用的增值业务。下表所示为模拟对讲与数字对讲的对比。
    今后数字可视对讲的发展更多的是融合了智能家居控制,逐渐成为智能家居的控制中心,同时也会将越来越多的附加功能加入其中。


数字可视对讲Roadmap plan 


    数字可视对讲技术原理及框图
    数字可视对讲系统的构成,一般包含这么几个模块:室内机,梯口机、交换机、管理机等。如下图所示。


数字可视对讲系统框图 


    访客来访,通过梯口机拨号呼叫指定的室内机,梯口机通过将访客的影音信息数字化后编码压缩传送给指定的室内机,室内机接收到网络传输过来的影音信号进行解压缩显示,确定访客身份后,按动开锁键开启梯口的门锁。同时,梯口机和室内机之间还实现了VoIP,两个终端可实现双向语音对讲,为业主辨别来客身份提供进一步沟通、确认之需要。

    在两个室内机或室内机与管理机之间,系统则提供了双向的视频及语音传输功能。在功能实现上,梯口机、管理机都可以归结为室内机。室内机的功能最为全面,实现音视频的压缩传输、接收解压缩显示和回声抵消功能,同时可作为各项网络增值业务的实现终端。本文以海思半导体的多用途媒体网络处理芯片Hi3510为例介绍室内机的构成。Hi3510是海思半导体针对媒体压缩/解压缩处理、网络传输、VoIP多功能混合应用市场开发的处理芯片,已广泛应用于可视电话、网络摄像机、网络视频服务器及数字可视对讲等产品上。从Hi3510应用于数字可视对讲的系统框图中,我们可以看出完整的信号处理元素和流程。


Hi3510数字可视对讲最小系统框图 

    以Hi3510为核心,配备图像传感器作为影像输入源,视频信号通过ITU656接口输送给Hi3510,Hi3510对数字视频进行压缩处理,经过PHY将数据以TCP/IP包传输到目的地;同时,Hi3510对通过PHY传送的TCP/IP包进行解码、缩放,通过RGB888接口送至TFT Module显示;为方便用户进行选择操作,可通过SPI接口及GPIO实现触摸屏和按键功能;语音数据则通过一颗音频Codec进行AD编码后通过I2S总线送往Hi3510处理,Hi3510不仅仅需要对语音作压缩处理以备传输,而且还需要实现双向语音传输所需的回声抵消功能、唇音同步以及按键的双音多频DTMF等。多达两个的USB1.1接口提供了丰富的个人存贮界面,各种影音即可通过网络传输也可通过USB及USB转SD存贮至本地,以便需要时播放。若需扩展WIFI无线传输,另一个USB1.1接口可提供成本低且易实现的USB转Wi-Fi方案。 

    技术核心:视频压缩、语音处理、网络传输
    未来多媒体产品的核心不外乎:音视频压缩,语音处理和网络传输三大部分。无论是从PC娱乐、SetBox,还是Digital TV以及任何多媒体产品都可以看到这三大要素的踪影。作为数字家庭中的新秀,这三要素也是构成数字可视对讲系统的基础。 

    由于历史原因,早期的数字可视对讲的视频编码格式多为H.263,其目的是为了和可视电话兼容。H.264作为H.263的升级版本提供了更大的压缩比和更好的网络适应性。基于此,越来越多的数字可视对讲产品采用H.264标准作为视频压缩的格式。 H.264最大特点是对带宽的要求很低,在同等的还原图像质量的情况下,H.264要比MPEG-4节省50%以上的码率。同时,H.264在设计之初就考虑到了在不同网络资源下的分级编码传输。H.264具有较强的容错能力,在质量不稳定的网络环境中,可以得到比MPEG4编码视频更好的质量。当然,H.264带来的好处不是免费的、更高的压缩比和良好的网络适应性能,而是处理算法的复杂化,对处理器提出了更高的性能要求。为了适应网络传输的特点,语音也需要低带宽、高音质的音频编码标准。日常所常见的MP3、AAC等多媒体音频格式不能很好的适应语音网络通信的要求。语音网络通信使用的更多的是G.7xx和AMR(Adaptive Multi-Rate)语音编码,以便在有限带宽下提供多路数的语音数据业务。例如,G.729是一种高效的压缩编码技术,可将经过采样的64kb/s话音以几乎不失真的质量压缩至8kb/s,非常适合在VoIP系统中使用;AMR主要用于移动设备的音频,压缩比比较大,但相对其他的压缩格式质量比较差,由于多用于人声通话,效果还是很不错的。同时为了支撑双向语音对讲业务,语音处理模块仍要提供对回声抵消、唇音同步、噪声抑制、双音多频DTMF的支持。普通的多媒体处理器往往只能提供单一的语音处理功能,因此应用在数字可视对讲上的处理器需提供更为灵活和强大的语音支持。海思半导体Hi3510芯片灵活的多核架构,满足了视频H.264的复杂编码和音频多种压缩格式的要求,同时内置双MAC,可方便配置带路由功能的网络,降低eBOM。图5为Hi3510内部逻辑图。


Hi3510功能逻辑图

 
    内置的H.264/263 硬件加速器完成视频编解码算法,保障了流畅的视频画面,对H.263的兼容使得采用Hi3510为主芯片的设备可兼容早期的可视电话系统,实现多终端对接。32位的语音DSP,在提供从MP3、WMA到G.7xx,AMR多种语音编码处理的同时,支持回声抵消、噪声抑制、唇音同步等处理需求。主频220MHz的ARM处理器,可实现更多增值业务,IE浏览、数码相框、信息发布均在ARM上完成。Hi3510以ARM+Audio DSP+H.264/263硬件加速的多核处理架构并配备丰富的通信接口,如MAC、UART、USB等。

    结语
    数字可视对讲无论在市场上还是技术上,目前正处于加速发展时期,并越来越成为数字家庭的一个重要角色。其自身具备的三大要素:视频压缩、语音处理、网络传输,使得数字可视对讲与其他家庭多媒体产品互相融合。由此,随着技术的发展,对内置的处理器也提出了更高的要求。

X-10 改进中走向完美

    世界上本没有完美的事物,但是这一次,我们不得不说X-10智能家居系统经过中国的不断改进,逐渐呈现出它的完美。
 
    X-10作为最古老的智能家居技术,1978年诞生于美国和英国,是一个开放性的平台,很多制造商都在开发X10技术的新产品和新技术。现如今,在美国已经有很多大公司生产、销售X-10产品,如Radio Shack、Stanley、Leviton、Honeywell等等;仅在美国就大约有1000多万家庭使用x10产品。最近几年,欧洲版的X-10发展也相当迅速并得到普及,渐渐的,这一技术开始进入亚洲。2000年将X-10技术引进中国,针对中国的具体情况不断改进和发展X-1 0技术,并带动了一大批的企业投身到智能家居行业中。

    X-10电力载波控制系统是利用电力线传输控制信号,对于家庭设备而言,就是无需布线,这就是之所以成为倍受青睐的家居控制系统的主要原因。X-10智能家居控制系统虽然在布线、安装、使用等方面有很大的优势,由于国外的电力环境不同于国内的情况,使得x-10在国内应用曾出现过一些不稳定的现象。例如:系统干扰问题,距离问题、通讯不稳定问题等。现在,经过不断进取,不懈创新,在上述问题中已取得了很大的改进,从而使X-10智能家居控制技术一直处于智能业技术的前列,逐步趋于完美化。

    随着现代生活方式的改变,信息技术、网络技术的进一步提高,智能化住宅的开发正逐渐走出炒作的时代,智能化家居正逐步走进人们的生活。智能家居系统,已经进军中国智能家居的市场。不难想象,中国的家庭用户将可以在有选择地将不同搭配的智能家居系统带回家。这种模块化的方式可以根据用户的实际需求任意搭配,不仅可满足不同层次用户的需要,而且可以节约成本,也能节约不必要的端口模块的浪费。

    因为它有以下优势:
    (1)无需布线,安装方便:它利用现有的电力线网络,无需重新布线,不会破坏原装修结构,成本低,安装简便、快速。这一点是其它系统很难做到的。
    (2)价廉物美,经济实用:X-10控制系统相对于其它控制系统而言,更价廉物美,一般中产阶级都有能力接收。
    (3)品种齐全,无所不包:X-10系统中的产品种类众多,触及到生活的方方面面,从家用照明、电器到安全防范,从无线遥控到电话远程以及电脑控制,无所不包,充分满足不同消费层次和不同功能需要。
    (4)使用简单、控制灵活:它使用简单而且控制方式灵活多变,得心应手、老少皆宜。
    (5)按需选配,升级空间:系统没有主机,中心总控制台,组建系统就像搭积木,可以按照用户的需要量体裁衣选配产品,它的可以不断的扩展升级的特点可以让用户分阶段的将系统的功能完善,不断提升生活的档次,而不用担心一次性的投入过大。
    (6)兼容性好,互不冲突:它与建筑内现有的系统兼容性比较好,互不冲突,可以于其它系统在同一家庭建筑体中并存。
    (7)标准协议,高级控制:X-10是一个开放、标准的协议,因此可以和很多高级设备接入,实现更高级的智能家居控制方式。

    总之,选择X-10智能家居系统,您就选择了完美的生活环境。它会使您的生活更加舒适、便利和安全。                                    

家庭综合布线全攻略

    不少消费者在购买新房之后,都要对其进行装修改造,而春秋两季因为比较干燥,所以成为最适合装修的季节。除了首要关注的装修问题外,家庭布线也是应该精心考虑的,特别是对于家中有两台电脑以上的情况,考虑计算机网络和普通家电的线缆安排,将关系到日后是否方便使用。
    完善的家庭网络规划,可以方便安装,降低成本,利于新业务的规模推广,使得运营商有更大的收益空间;而冗乱的家庭组网,可能增加运营商的业务推广成本,影响家庭用户的装修计划,增大家庭无效通信费用,消弱家庭用户对宽带新业务的接受程度。

    家庭布线是一个不大不小的工程。说不大,是因为这类工程对于网络公司来说太小了,一般不愿意接这样的工程,除非是工程量很大的小区整体综合布线;说不小,是因为对于一般的家庭装修工程中的电线布线,又是非常专业和复杂的工程。除非是小区在建造过程中已经对布线进行了完善的布置,否则普通的新居在装修工程中遇到的网络布线都是由房主自己来解决。

    由于电话用的室内平行线在长距离时线路质量衰减较大,如果房子面积较大,过多的使用室内线的话,线路质量势必受到影响,尤其是在利用电话线加装ADSL时,由于ADSL对线路要求较高,上网质量会有很大下降。而且,由于已经将线封闭在墙中,如果遇到任何线路的问题,解决起来也很麻烦。所以,提前规划是非常重要的。

确定网络布线设计草图
    在进行网络布线前,首先应该了解自己的居室环境及各房间的用途,什么地方可以开槽埋线,什么地方不可以?同时要了解家庭的网络需求,什么地方要上网?什么地方要看电视?自己心里要有数。

    然后根据房间的电源配电箱、有线电视进线口和电话线、网线入户口的位置,确定配电箱及分线器的位置。一般配电箱不要轻易移动;电话线及网络线的配线箱应选一个既不影响美观又方便操作的地方,考虑到要放路由器和交换机,所以应设计一个较大的配线箱;有线电视则在进线口设计一个能摆放两只电视分配器的盒子。

    再根据自己的设想来画出设计草图,哪怕是再需要更改,在图上表现的也非常清晰,在施工过程中也不会有任何影响。

电脑、电话布线
    在家庭布线中有些装潢公司和水电工不太清楚各种布线的功能及作用,或者还停留在几年前纯电话线布线的水平上。他们在布电话和网线时,往往采用一根4芯或8芯线串联方式,这样虽然所有房间的电话都能通话,上宽带(ADSL)也没有问题。但是,这样家中只能使用一个电话号码,且各房间的电话是串联的,通话不是很方便。同时,随着网络的发展,家中有2—3台电脑也是很正常的,如果多台电脑同时上网这种布线方式就无法满足了。

    所以建议大家采用的是并联布线方式,并且电话线和网线分别采用4芯和8芯(五类线)线,为了方便,电话线和网络线穿在同一根PVC管内(理论上电话线和网络线应分开布线,间距10cm以避免相互干扰),考虑到家庭电话和网络同时使用的时间很短,不会造成大的干扰。

    如果有多台电脑要同时上网时,只要在总配线处加一个宽带路由器或交换机即可,目前可供选择的家用路由器有很多,价格也就在200元左右。

有线电视布线
    有线电视的布线在家庭装修中也是影响比较大的,但是多数人在装修时都采用进线经一分二的分配器分成两路后再分别进行一分二,这样电视信号经过两次分配器的衰减,电视机的信号就很差了,图像自然就不清晰了。

    外线进户后,建议用户根据房间的多少,直接用一只(一分三或一分四)分配器经分配后接入各房间。如果进户有两路线的话,建议一路直接接客厅,这样客厅电视机的清晰度会更好;另一路经分配器接各房间。总之,根据具体情况具体对待,另外布线应采用质量较好的双层屏蔽的宽频视频线。

电力布线
    说到家庭网络布线,人们首先想到的是网线的布设是否规范。网线的规范布设固然很重要,但电力线的布设也不容忽视,因为电源的稳定是保证电脑、网络稳定运行的根本,所以也是需要用户注意的地方。

施工开始
    按照设计的草图,将所有需要准备的线材购置回来进行分类,然后在线材的两端贴上相应的标签(这很重要)。之后将走在一个路线上的线材进行分类,之后你就会得到简简单单的几捆线,并按照你的计划将它们安排好就行了。至于把综合布线管理系统放置在家中哪个位置,那就根据实际情况来安置了,安置在书房中也可以,或者隐蔽在客厅的角落中也行。在这里特意提醒大家,布线的时候难免要在墙上、地上打孔凿槽,但是为了您和他人的安全,这项工作最好按照物业部门的规定进行。要注意,卫生间里的电话线出口一定要靠近马桶,不然就没有意义了。

    穿线前一定要检查线材的连通状况,穿进去才发现不通就麻烦了。另外还有一点需要注意,最好所有的接头都在最后制作,很多特种接头,在穿线之前最多只能做出一个头,如果两个都做出来就穿不过去了。像计算机的网络线等专业线材的接头制作,最好请专业人士帮忙。

    如果您的地面是铺地砖,布线最好要预埋线管。线管的作用不光是保护电线,它还具有方便换线的功能。因此,预埋线管的中间首先不能有直角死弯,要解决拐弯问题,使电线可以在线管里自如伸动。其次线管最好用塑料盘管(一种半硬、半透明、正规建筑施工普遍采用的那种),使线管中间没有接头,这样穿线时不会卡线。如果中间必须有接头,也要用大小头的方法插接,并且要方向一致。另外施工期间线管在装修工程完成后,可以进行各种设备的连接,我们需要准备的工具除了钳子改锥之外还要有安装电话线水晶头的专业线钳、安装网线水晶头的专业线钳。在每个房间安装一部电话,并在交换机上进行设置。 

    下面就是一些典型的房间设计图,图上标明了房间的名称,以及综合布线的走向,让大家能更直观的看到房间布线的情况。

家用综合布线面临的主要问题
    1.缺乏相关标准。家用综合布线管理系统是一种新的概念,因为缺乏相关标准,所以各生产厂家也是各自为政,以自己对综合布线的理解生产产品,结果各不相同,由此造成了部分人群对该类产品认识上的偏差,并且家用综合布线管理系统是一种直接面对消费者的产品,所以产品质量至关重要,缺乏标准会使一些技术力量薄弱的生产厂粗制滥造,给消费者带来损失。

    2.有些业主包括部分房地产商及装修公司对产品不了解。这些人们在建房或装修时仍按照传统的观念,只专注于外观的设计,而对于家庭网络——住房中的“神经系统”却没有合理的规划,只是草草布置了事,可以预见不久的将来必然会造成诸多不便,而且一旦发现问题,却又将是无法弥补的局面。这种情况一是因为家用综合布线管理系统本身是个新概念,需要时间作进一步推广,二是家庭采用综合布线比传统布线会多投入一些,在人们还未完全理解之前也造成了推广上的一些困难,因此这就需要相关单位多做宣传,让用户认识到综合布线在家居生活中的重要地位,不仅是为了现在,更是为了将来。

    3.缺乏经过正规培训,有经验的施工队伍。业主在装修时,弱电的布线往往是由装修公司的水电工完成,而装修公司几乎都没有专门的弱电工程师,因此,施工质量很难得到保证。所以装修公司这类相关单位应尽快掌握家庭综合布线的相关知识,而技术合格的施工队伍对于家庭综合布线的推广也是非常有利的。 [Page]

    4.与家庭综合布线相配套如宽带接入、网络综合业务、VOD视频点播等网上服务还相对滞后,也使得有些家庭意识不到综合布线的必要性及迫切性。

    最后,需要大家注意的是,综合布线工程可是一项永久工程,在您的装修完成后可是不容易改动的。综合布线的使用寿命为15年,也许现在家庭拥有的计算机数量较少,但是没有人能够预测将来的家用电器会发展到什么程度,或许不需要几年的时间,所有的家用电器都可以借助于Internet进行管理。所以,适当的冗余是非常有必要的。

总  结
    笔者给大家介绍的这些,也是希望大家在今后的装修房屋的时候,能够合理的安排整个房间的线路布局,不必再为后续增加电器设备而苦恼走线的问题,使自己将来的生活更加舒适、安逸。

摄像机四大关键参数图解

    信噪比:

    就是摄像机抵抗影像干扰的能力,信噪比越大约好。目前主流摄像机的信噪比是52DB,最大的可以到60DB


    超宽动态:
 
    超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。具有280:1的超宽动态范围,比传统摄像机只具有的3:1动态范围超出了90倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面,室内照度为100Lux,而外面风景的照度可能是10,000Lux,对比就是10,000/100=100:1。这个对比人眼能很容易地看到,因为人眼能处理1000:1的对比度,然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题,传统摄像机只有3:1的对比性能,它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光,但是室外的影像会被清除掉(全白);或者换种方法摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光,但是室内的影像会被清除(全黑)。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。



    背光补偿:
  
    背光补偿提供在非常强的背景光线前面目标的理想的曝光。
  
    一个不具有背光补偿的普通摄像机,当一个主要目标后面的非常亮的背景或一个点光源是不可避免的,摄像机将取得所有近来光线的平均值并决定曝光的等级,这并不是一个好的方法,因为当快门速度增加的时候,光圈会被关闭导致主要目标变得太黑而不被看见。为了克服这个问题,一种称为背光补偿的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上。影像首先被分割成7块或6个区域(两个区域是重复的),每个区域都可以独立加权计算曝光等级,例如中间部分就可以加到其余区块的9倍,因此一个在画面中间位置的目标可以被看得非常清晰,因为曝光主要是参照中间区域的光线等级进行计算。然而有一个非常大的缺陷,如果主要目标从中闲移动到画面的上下左右位置,目标会变得非常黑,因为现在它不被区别开来已经不被加权。 解决上面问题的唯一方法就是智能化摄像机,当主要目标移动时相应的加权区域立刻随之移动,这个技术称为超级背光补偿。数字讯号处理器首先将影像分割成320X240( 76,800 )个极微小的区域,每个区域都在不停地扫描寻找主要目标和过度曝光的像素,这些过度曝光的点将首先从计算方案中移除,剩下的灰度等级区域将用来计算曝光的等级。人工智能增强搜索主要目标并给以适当的加权等级以更深层调整到完美的曝光等级。 用户会惊奇地发现数字讯号处理器是如此的快,不管主要目标移动到画面中的任意位置,曝光等级总是能直接跟进并取得清晰的影像。











    无色滚动:
 
    白热灯泡能提供稳定的光线,而日光灯的光线由于交流电的强度和色彩以8.3ms的速度在变换而波动。传统摄像机计算出白平衡需要100~150ms(0.1~0.15),比交流电慢了8.5ms,因此永远不能赶上。对当前影像通过8次循环周期才能清楚地产生色滚动。现在的摄像机配有20百万次超快数字讯号处理器,比传统数字讯号处理器快了200倍,可以仅仅使用3ms就计算出白平衡,因此可以做到完全没有色滚动现象。