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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、連接性和通過人工智能進行視頻分析等方面取得了巨大進步。大多數(shù)攝像頭都使用移動行業(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升級攝像頭。圖 1 展示了組成視頻監(jiān)控攝像頭系統(tǒng)的各種元件。

圖 1：基本互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 監(jiān)控攝像頭

  人們對高分辨率圖像和視頻的持續(xù)需求推動了圖像傳感器的改進和創(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，增幅約達十倍。像素數(shù)的增加也意味著需要通過 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，但是通過以太網(wǎng)以這種速率傳輸數(shù)據(jù)和存儲未壓縮的高分辨率視頻在經(jīng)濟上不可行(需要龐大的存儲空間)。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。當圖像傳感器公司試圖制造更高分辨率的傳感器時，國際電工委員會、國際標準化組織和國際電信聯(lián)盟等標準機構(gòu)正在研究視頻壓縮算法，從而在某些工作場景下將通過以太網(wǎng)的視頻數(shù)據(jù)速率限制在 10Mbps 以下。

  IP 攝像頭中的標準以太網(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)可以將最小電纜長度增加到 1,000m。IP 攝像頭到網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機的距離可以是 1km 或更長，而通過標準以太網(wǎng)在上述距離實現(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) 來達到更長的距離，但這需要使用無源適配器將以太網(wǎng)信號從 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準以太網(wǎng)電纜的成本。

  最近，電氣和電子工程師協(xié)會 (IEEE) 定義了一項新的以太網(wǎng)標準 IEEE 802.3cg，通過單對平衡導體實現(xiàn) 10Mbps 的運行以及相關(guān)的電力輸送。更具體地說 10BASE-T1L: IEEE 802.3 PHY 規(guī)范適用于通過單對平衡導體的 10Mbps 以太網(wǎng)局域網(wǎng)，電纜傳輸距離至少為 1,000m(使用 18 AWG 導線進行點對點連接可實現(xiàn)長傳輸距離)。由于單線對電纜現(xiàn)可同時支持數(shù)據(jù)傳輸和電力輸送，所以采用 IEEE 802.3cg 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 在單對平衡導體上使用全雙工通信，每個方向同時具有 10Mbps 的有效數(shù)據(jù)速率。10BASE-T1L PHY 使用三級脈沖振幅調(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 個二進制對應(yīng) 3 個三進制)對 MII 傳輸數(shù)據(jù) (TXD<3:0>) 進行編碼，使傳輸?shù)?PAM3 符號的運行平均值(直流基準)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現(xiàn)更長的通信距離。

  DP83TD510E 是一款符合 IEEE 802.3cg 10Base-T1L 規(guī)范的超長傳輸距離 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)，可支持長達 2,000m 的電纜長度。該器件提供媒體獨立接口 (MII)、簡化 MII、簡化千兆位 MII 和 RMII 低功耗 5MHz 主模式與處理器的 MAC 相連。DP83TD510E 診斷工具包括時域反射法 (TDR)、主動鏈路電纜診斷 (ALCD)、信號質(zhì)量指標 (SQI)、多個環(huán)回接口和集成 PRBS 數(shù)據(jù)包發(fā)生器，簡化了開發(fā)過程中的調(diào)試和現(xiàn)場故障情況檢測。

  單線對以太網(wǎng) (SPE) 網(wǎng)絡(luò)還支持通過視頻監(jiān)控應(yīng)用中的低通濾波器沿著同一根單線對電纜進行數(shù)據(jù)線供電 (PoDL)，如圖 2 所示。

圖 2：視頻監(jiān)控中的 PoDL 示例

  表 1 列出了 IEEE 802.3cg 標準支持的各種功率等級?？上蜇撦d提供的最大功率為 52W，定義為 15 級。IEEE 802.3bu 涵蓋了低于 10 的功率等級。

  表 1：IEEE 802.3cg 標準支持的功率等級

  來源：IEEE 以太網(wǎng)標準

  8 和 9 級(48V 穩(wěn)壓電源設(shè)備)或 14 和 15 級(最大 50V 至 58V)可支持 IP 攝像頭所需的功率等級，該攝像頭可能需要高達 52W 的功率才能運行。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。對于需要升級的建筑物，中間解決方案可使用標準以太網(wǎng)至 SPE 轉(zhuǎn)換器。圖 3 提供了 IP 攝像頭系統(tǒng)的連接示例。

圖 3：IP 網(wǎng)絡(luò)攝像頭連接

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