機器視覺中處理器和系統(tǒng)傳輸分析

數(shù)個先進的處理器系列和架構(gòu)也伴隨視頻技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，最新一代設(shè)計足以處理智能監(jiān)控和視頻回放。在所有的設(shè)計中，都使用了外部總線接口并且大多使用高速外部DRAM。最先進的處理器可以處理幾GB內(nèi)存尋址，支持DDR、SDR等數(shù)種同步高速內(nèi)存接口。設(shè)計人員在設(shè)計架構(gòu)系統(tǒng)時需要持續(xù)關(guān)注內(nèi)存帶寬的大小。

圖1：因為分辨率的提升，傳輸速率和訪問延時變得越來越重要。這意味著需要更快的處理器和存儲器子系統(tǒng)來捕獲和緩沖圖像數(shù)據(jù)，直到它可以被輸送到hub或聚合器。

目前存在兩種主要的應(yīng)用，它們的要求不同，也驅(qū)動著不同的處理器選擇。中心hub和/或聚合器的設(shè)計必須需要非常高端的單核甚至是多核處理器、DVR功能，以及一連串易失性和非易失性存儲器池。然而，實際的攝像頭存在著一組不同的約束條件，包括低功耗、擴展溫度范圍，以及更小尺寸要求。

意法半導(dǎo)體的STM32F051K4U6TR Cortex M0處理器是一種32位ARM架構(gòu)，執(zhí)行單周期指令，頻率為48 MHz，其數(shù)據(jù)路徑和總線帶寬足以在單次傳輸中處理整幅圖像元素采樣。在5mm x 5mm封裝下，它的電壓可以低至1.8伏，其運行溫度范圍從-40到+85度。

這種處理器具有硬件直接存儲器訪問（DMA）功能，可以處理五個信道，包括存儲器到存儲器、存儲器到外圍總線傳輸，以及存儲器到最小內(nèi)存和較低速度下的內(nèi)置HDMI控制器接口。存在獨立于處理器主時鐘域的一個特殊的視頻時鐘域。

當處理器配合ISSI DDR3 IS43TR16256AL-15HBLI這樣的高速和密集度存儲器件一起使用時，該存儲器可以提供單一容量達4G比特（256兆x 16位）、內(nèi)存帶寬為1333 MHz的解決方案。需要注意的是，并不僅是處理器需要訪問和操作內(nèi)存，集成的通信控制器也需要具備同樣的功能。

傳輸和鏈路

通信需求是下一代監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的重要挑戰(zhàn)之一。有了如此多的數(shù)據(jù)，傳輸速率需要同內(nèi)存需求那樣成指數(shù)增長。距離因素是另外一個值關(guān)注的問題。即使是通用的點對點100兆比特/秒的以太網(wǎng)連接在使用CAT式電纜進行長距離傳輸時也驅(qū)動也其局限性。

圖2：即使是較低視頻分辨率情況下，使用CAT式雙絞線建立的低成本媒體在數(shù)據(jù)傳輸時，其速度也會隨距離而迅速降低。

這也意味著，像DVI和HDMI這樣的短距離數(shù)據(jù)鏈路在長距離傳輸時是無法使用的。許多現(xiàn)代多媒體互連標準，比如S / PDIF和Toslink光纖也同樣如此。盡管S / PDIF采用數(shù)字方式傳輸，并且可以通過使用許多標準的驅(qū)動器和接收器芯片進行擴展，但所需的數(shù)據(jù)帶寬也會上升，意味著需要更復(fù)雜、成本更高的驅(qū)動技術(shù)來推動向遠處傳輸。

千萬級像素分辨率的相機已經(jīng)出現(xiàn)并在使用中。隨著現(xiàn)代社會人們對安全的關(guān)注，他們開始期待使用越來越高的分辨率來記錄自己在做什么。盡管光纖鏈路支持更大的帶寬，但銅部署起來通常更便宜。因此，下一代遠程安全系統(tǒng)正在開發(fā)和標準化基于銅的鏈路技術(shù)。

目前出現(xiàn)的滿足帶寬限制挑戰(zhàn)的其中一個有趣技術(shù)是CoaXPress標準。 CoaXPress是基于同軸電纜的點對點通信鏈路標準，速度高達6.25Gbps，傳輸距離高達130米。多信道并行時可以將數(shù)據(jù)速率抬升到25Gbps。

在僅使用一根銅軸電纜時，Microchip EQCO62X20（EQCO62R20.3=接收機，EQCO62T20.3=發(fā)射機）芯片組可用于組成雙向全雙工通信信道。使用外部電感器，也可以在同一電纜傳輸電源。因為采用小型4mm細微間距QFN封裝，低功耗（1.2伏時小于70毫瓦）也是一個可以期望的特性。

圖3：Microchip Technology的EQCO62X20芯片組與CoaXPress相機V1.0標準兼容。

無線前景如何？

盡管采用無線連接是可能的，但大多數(shù)監(jiān)視應(yīng)用其距離和帶寬限制使這種方式不太適用。此外，無線鏈路更容易堵塞，導(dǎo)致安防應(yīng)用易受攻擊。

本地聚合器和集線器中使用短跳無線鏈路是可能的。如果需要基于云的連接，無線鏈路將很有吸引力。也許可以預(yù)期的是，在不久的將來所有人的照相機都將成為物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的一部分。 這意味著，每個人都將有機會訪問所有公共監(jiān)控設(shè)備，需要公平的競爭環(huán)境，并確保不濫用權(quán)力或暴力。

結(jié)論

安全監(jiān)控逐漸成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧Ｎ覀儽慌恼?，被錄音，并且?guī)缀跛形覀兯鏊鶠槎紝⒈槐O(jiān)控。照相機和視頻流的數(shù)量之多，推動了需要保安人員在旁邊觀看，并作出裁定。

當前的硬件系統(tǒng)照相機和視頻聚合器，正在并將繼續(xù)使用更高級別的處理能力，甚至需要人工智能來自動進行數(shù)據(jù)收集和安全性評估。

請保持微笑，因為可能有個相機正在抓拍你...