IP-камера - де знайти просте рішення?

  1. Про компанію Texas Instruments

Золоте правило інженерів говорить: «Якщо система працює, то її краще не чіпати»

Золоте правило інженерів говорить: «Якщо система працює, то її краще не чіпати». Це в повній мірі відноситься і до ринку систем відеоспостереження, який є відносно інертним, особливо якщо мова йде про внесення будь-яких істотних змін у систему. Проте, прогрес в галузі технологій цифрової обробки зображень і повсюдне поширення IP-мереж не могли не позначитися на перспективах галузі. В даний час на ринку систем відеоспостереження можна відзначити наступні тенденції:

  • Все більш широке використання IP-мереж як для віддаленого моніторингу та управління, так і для безпосередньої передачі зображення;
  • Системи відеореєстрації на базі відеомагнітофонів практично повністю поступилися місцем багатоканального цифрового відео-рекордер (DVR), які можуть працювати як з аналоговими, так і з цифровими камерами;
  • IP-камери поступово приходять на зміну аналоговим CCTV-камер.

Основна перевага впровадження IP-технологій в системи відеоспостереження - можливість будувати децентралізовані розподілені системи, особливо на великих об'єктах. Крім того, перехід від аналогового формату до цифрового забезпечує найширші можливості аналітичної обробки зображень: від найпростіших функцій з детектування умов зміни освітлення до розпізнавання об'єктів, осіб і траєкторії їх пересування.

Якщо говорити про IP-камери, то можна виділити наступні моменти:

  • Зростає потреба у високій роздільній здатності, аж до HD і навіть вище;
  • З'являється все більше модифікацій IP-камер, не тільки в різних форм-факторах, а й враховують специфіку застосування в тій чи іншій області;
  • Поряд з MJPEG все більшого поширення набувають камери з підтримкою MPEG4 і H.264, що забезпечують більш високу ступінь стиснення;
  • Підвищена увага до інтелектуальних функцій камер.

В даний час на ринку IP-камер можна кілька сегментів відповідно до їх можливостями, вони зведені в таблицю 1.

Таблиця 1. Сегменти ринку IP-камер

Недорогі рішення Рішення середнього класу High-end камери Дозвіл / кадри в сек CIF-D1, 30 fps Основний потік D1 30fps Вторинний потік CIF 15 fps Основний потік 720p - 1080p 30-60 fps Вторинний - D1 15-30 fps Додатково CIF 15-30 fps Алгоритм стиснення (кодек) MJPEG, MPEG4, опціонально H.264 BP MJPEG, MPEG4 H.264 BP кодеки власної розробки MJPEG, MPEG4 H.264 HP / MP кодеки собст. розробки, AVS-S, SVC Обрабтка відеосигналу На базі CCD або CMOS-датчика. де-інтерлейсінг, фільтрація, AE, AF, AWB * На базі CCD або CMOS-датчика. де-інтерлейсінг, фільтрація, AE, AF, AWB * AE, AF, AWB *, фільтрація шумів при низькій освітленості, стабілізація зображення Аналітична обробка зображення Прості алгоритми визначення руху або зміни умов освітлення Складні алгоритми детектування і стеження за рухом, виявлення спроб «підставки »помилкового зображення (зміна відстані фокусування) Вбудовані додатки з аналітичної обробки (запобігання крадіжок, відстеження траєкторії пересування, підрахунок і аналіз відвідувачів) IP 10/100 Мбіт / с 10/100 Мбіт / с, допо ково підтримка SRTP 10/100/1000 Мбіт / с, підтримка SRTP Аудіокодеки, аудіоаналітіка Немає G.711 Немає G.711, G.726, G.729ab, AAC-LD розпізнавання звуків, дуплексная передача аудіо Інше Панорама / нахил / зуммирование, харчування через Ethernet, підтримка Home Plug і SIP Панорама / нахил / зуммирование, харчування через Ethernet, підтримка Home Plug і SIP, підтримка карт пам'яті, WiFi, USB Віртуальне панорамування / нахил / зуммирование, харчування через Ethernet, підтримка карт пам'яті, WiFi, USB , датчики з широким динамічним діапазоном WDR

Основне кількість випущених на сьогоднішній день камер відноситься до середнього сегменту, проте в Росії більш популярні недорогі рішення. Дорожнеча IP-камер «преміум» -сегмента пояснюється використанням більш чутливих датчиків зображення з високою роздільною здатністю (> 1 Мп) і потужних процесорів, які підтримують весь необхідний функціонал. До недавнього часу такі рішення будувалися на базі багатопроцесорної архітектури: сигнал від датчика зображення спочатку обробляється одним процесором (фільтрація, обробка експозиції, балансу білого, фокусування), потім інший процесор здійснює стиснення і третій процесор вже безпосередньо відправляє стислий відеопотік в мережу. В даний час багато виробників процесорів намагаються інтегрувати всі або кілька зазначених функцій на одному кристалі. Ціна кінцевого рішення істотно залежить і від вартості праці розробників, тому крім апаратної частини важливим фактором є і період часу, необхідний для того, щоб випустити готовий продукт на ринок.

Компанія Texas Instruments у співпраці з Appro Photoelectron представила на ринку рішення, що дозволяє знайти хороший баланс між вимогами кінцевих споживачів (низька вартість, широка функціональність) і розробників систем (високі витрати на розробку, недешеві електронні компоненти). Воно являє собою апаратну платформу у вигляді готової IP-камери, в комплекті з якою йде все необхідне програмне забезпечення для створення закінченого продукту (див. Рис. 1).

Мал. 1. Зовнішній вигляд IP-камери

Вартість електронних компонентів для побудови IP-камери не перевищує 40 доларів, проте по функціональності ця камера набагато перевершує багато камер з середнього сегмента.

Основне завдання пропонованого рішення - маскімально знизити

витрати на розробку. Як показує практика, найбільш трудомісткими завданнями, з якими доводиться стикатися розробникам при створенні IP-камер, є:

  • Реалізація операційної системи і написання драйверів;
  • Реалізація алгоритмів стиснення і їх оптимізація;
  • Написання і налагодження програмного коду безпосередньо самого додатка.

Крім того, треба вирішувати також питання, пов'язані з оптимальною настроюванням одержуваного зображення, забезпечити необхідний препроцессінг. У порівнянні з вищепереліченим, розробка принципової схеми і розводка друкованої плати повчають найменш витратними, але тим не менш цю роботу також потрібно виконати. Якщо ж скористатися вже готовим рішенням, то все трудовитрати зведуться до реалізації додаткових функцій (якщо необхідно), тестування та підготовки виробництва.

Вхідне до складу комплекту IP-камери програмне забезпечення дозволяє скоротити час розробки до чотирьох місяців. У його склад входять наступні компоненти:

  • Операційна система Linux 2.6.10 (MontaVista) з комплектом драйверів в початкових кодах і засоби компіляції;
  • Додаток, що реалізує функціональність камери в початкових кодах;
  • Принципова схема камери і файли розводки друкованих плат.

Для отримання доступу до програмного забезпечення необхідно підписати ліцензійну угоду з компанією Appro Photoelectron. Якщо потрібна реалізація автоекспозиції і авто-балансу білого, то потрібно підписати додаткову угоду про відрахування роялті з кожного процесора.

Розглянемо пропоноване рішення для реалізації IP-камери з апаратної точки зору (структурна схема представлена ​​на рис. 2).

Мал. 2. Структурна схема IP-камери

В серці системи знаходиться медіапроцесор DM355 (рис. 3).

Мал. 3. Медіапроцесор DM355

Перевагою його використання є низька вартість, інтегрований апаратний прискорювач для підтримки алгоритмів стиснення MJPEG / MPEG4 у форматі HD, спеціалізований відеопорт для прямого підключення датчика зображення і виведення відео на монітор. Вартість кодеків JPEG і MPEG4 вже включена в ціну процесора, тому замовнику не потрібно проводити ніяких додаткових платежів в сторонні організації. Високий ступінь інтеграції периферійних вузлів дозволяє отримати повністю однокристальні рішення. Особливо потрібно відзначити той факт, що попередня обробка зображення також реалізована на самому процесорі: завдяки потужній відеопідсистемі такі функції, як автоекспозиція, автобаланс білого, фільтрація шумів і перетворення колірного простору RGB в YUV підтримуються на апаратному рівні.

Оскільки стиснення кодеків забезпечується окремим апаратним прискорювачем MJCP, процесора на базі ядра ARM926 повністю вистачає на реалізацію функцій операційної системи і самого додатка.

«Оком» IP-камери є 5-Мп CMOS-датчик компанії Aptina (раніше Micron). Завдяки технології Біннінг ( «об'єднання» кількох пікселів в один) можливо на його базі отримати більш широкий динамічний діапазон, що дозволяє отримувати гарне зображення навіть при поганих умовах освітлення. Датчик має цифровий паралельний вихід і підключається безпосередньо до відеопорт DM355.

«Вуха» IP-камери - мікрофон, підключений до кодеку TLV320AIC26, що забезпечує полнодуплексную передачу аудіо-інформації з зовнішнього світу до процесора і назад.

Харчування IP-камери можливо як від зовнішнього джерела, так і через мережу Ethernet за допомогою мікросхем DC / DC-перетворювача TPS5430 і контролера PoE TPS23750. Виробляється ними напруга +5 подається на мікросхему TPS65053, яка вже формує необхідні рівні напруги для процесора і периферії.

Відео-та аудіо-потоки крім передачі в мережу можуть також зберігатися на SD-карту або у внутрішню пам'ять камери.

Для конфігурації і управління роботою камери використовується вбудований web-сервер.

Нижче наведений перелік основних функціональних особливостей, які реалізовані в рішенні:

  • Відмінна якість зображення у форматі HD 720p (1280х720 пікселів);
  • 5-Мп датчик зображення за допомогою функції Біннінг дозволяє поліпшити чутливість при поганому освітленні;
  • Має вбудовані функції автоматичного управління автоекспозицією і балансом білого;
  • Забезпечує стиснення і передачу відеопотоку у форматах MJPEG і MPEG4, для стиснення аудіо використовується кодек G.711;
  • Одночасна передача зображення і аудіо-інформації в декількох форматах:

- MPEG4 720P + MJPEG + G.711:
- MPEG4 720P + MPEG4 CIF + G.711;

  • Вбудований web-сервер (HTTP, FTP);
  • SMTP-клієнт, DHCP-клієнт; UPnP-клієнт;
  • Підтримка RTP / RTSP;
  • Вбудовані функції відео-аналітики (призначення області інтересу, детектування руху, зміни умов освітлення);
  • Можливість запису відео на SD-карту або віддалений FTP-сервер за розкладом, по події або по зовнішньому сигналу;
  • Підключення до системи безпеки (RS-485, передача сигналів тривоги);
  • Харчування +12 В / PoE;
  • Енергоспоживання менш 3 Вт.

Вартість всього рішення становить 795 доларів США, більш детальну інформацію можна знайти на сайті www.appropho.com і www.ti.com/dm355 .

Відповідальний за напрям в Компел - Марія Рудяк

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка -
e-mail: [email protected]

Про компанію Texas Instruments

В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown. (Як відомо, Burr-Brown увійшла до складу TI так само, як і компанії Unitrode, Power Trend і Klixon). З цього часу компанія КОМПЕЛ отримала доступ до постачання всієї номенклатури вироблених компанією TI компонентів, технологій та налагоджувальних засобів, а також ... читати далі