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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)控基礎設施正在穩(wěn)步增加。在過去十年中，攝像頭技術在圖像傳感器、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：基本互聯網協議 (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。像素數的增加也意味著需要通過 MIPI 接口將更多數據從圖像傳感器傳輸到視頻處理器。為了支持高質量的視頻傳輸，IP 攝像頭中的以太網物理層 (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電纜傳輸的數據。

  幀率為 30fps 的 4K 分辨率圖像傳感器產生的未壓縮視頻的數據速率為 9.56Gbps。盡管 MIPI 旨在支持如此高或甚至更高的速率，但是通過以太網以這種速率傳輸數據和存儲未壓縮的高分辨率視頻在經濟上不可行(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量，數據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盟等標準機構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的視頻數據速率限制在 10Mbps 以下。

  IP 攝像頭中的標準以太網接口受規(guī)范所限制，僅支持 100m 的電纜傳輸距離;然而，有一種新技術可以將最小電纜長度增加到 1,000m。IP 攝像頭到網絡視頻錄像機的距離可以是 1km 或更長，而通過標準以太網在上述距離實現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信號從 CAT 5e 轉換到同軸電纜，反之亦然。每 100m 同軸電纜的成本往往高于標準以太網電纜的成本。

  最近，電氣和電子工程師協會 (IEEE) 定義了一項新的以太網標準 IEEE 802.3cg，通過單對平衡導體實現 10Mbps 的運行以及相關的電力輸送。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 以太網局域網，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長傳輸距離)。由于單線對電纜現可同時支持數據傳輸和電力輸送，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 的有效數據速率。10BASE-T1L PHY 使用三級脈沖振幅調制 (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 3 個三進制)對 MII 傳輸數據 (TXD<3:0>) 進行編碼，使傳輸的 PAM3 符號的運行平均值(直流基準)不超出范圍。使用管理數據輸入/輸出界面將 10BASE-T1L PHY 的發(fā)送器輸出電壓設置為 1.0Vpp 或 2.4Vpp 差分，有助于在不同電纜上實現更長的通信距離。

  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，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)、信號質量指標 (SQI)、多個環(huán)回接口和集成 PRBS 數據包發(fā)生器，簡化了開發(fā)過程中的調試和現場故障情況檢測。

  單線對以太網 (SPE) 網絡還支持通過視頻監(jiān)控應用中的低通濾波器沿著同一根單線對電纜進行數據線供電 (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 以太網標準

  8 和 9 級(48V 穩(wěn)壓電源設備)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攝像頭系統(tǒng)，即使是帶有內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至 SPE 轉換器。圖 3 提供了 IP 攝像頭系統(tǒng)的連接示例。

圖 3：IP 網絡攝像頭連接

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