想象這樣一個場景：您在東京機場候機，從衣袋里掏出手機，打開Web瀏覽器，輸入一個簡單的域名，再輸入一個密碼，這時手機屏幕上出現了上海家中的清晰畫面。您甚至可以很方便地瀏覽各個房間……
這是新一代的視頻監控技術的一個應用。業界普遍認為，新一代的視頻監控系統將朝著數字化、網絡化以及智能化的方向發展。數字化簡化了視頻內容的存儲、傳輸和調用，便于進行加密提高安全性；網絡化克服了以VCR/DVR為代表的傳統監控系統無法從網絡獲取信息的弱點，有助于以較低的成本實現信息共享和集中化管理；智能化借助于先進的視頻分析算法和高性能視頻IC，盡量將智能應用集成到前端設備中，有效降低對后端設備的性能要求，從而大大降低了整個系統的成本。
IP Camera (網絡攝像機)將是新一代的視頻監控系統的重要組件，它集成了視頻采集、圖像處理、視頻壓縮和網絡傳輸等功能，結合無處不在的互聯網絡，有助于以低成本構造大規模、分布式的視頻監控網絡。隨著系統總體成本的下降，視頻監視將不僅局限于邊境，銀行，電信、交通、零售網點這些傳統應用領域，而且會迅速擴大到學校、醫院甚至家庭應用領域中。如下圖所示，IP Camera的出貨量在今后數年內會呈現快速增長。
資料來源: iSupply
據iSuppli公司的市場研究報告，2005年IP Camera的銷售收入比2004年增長了一倍，而且從2004到2010年，該市場的年均復合增長率將達到87.9%，從而達到39億美金的市場規模。從上圖可以看出，基于IP的視頻監控系統將超過模擬CCTV系統，成為監控市場的主要構成部分。IP Camera市場的蓬勃發展將刺激未來數年內對負責視頻壓縮和圖像處理的核心芯片的需求。2010年相關半導體產品的銷售額將達到6億美金，其中，核心芯片的銷售額將達到約3億美金，是該市場中增長潛力的半導體器件。
上海杰得微電子的Z228多媒體應用處理器是杰得針對IP Camera市場推出的代芯片，集成度高，多媒體功能強大。基于Z228的IP Camera解決方案具有低成本、高畫質、易于開發等特點，以下我們將作詳細的介紹。
Z228芯片及IP Camera方案介紹
Z228多媒體處理器是一款0.13微米工藝的低功耗SoC芯片，其模塊框圖如圖2所示。Z228內含ARM926EJ處理器內核和支持MPEG-4格式的全硬件編解碼器，還集成了豐富的外設接口用于系統擴展。Z228采用了17mm x 17mm的400-pin TFBGA無鉛封裝，符合RoHS標準，工作溫度為-40 ~ +85oC。
下面將結合Z228的特點，具體描述以Z228為基礎的IP Camera的硬件部分和軟件部分。
硬件部分
圖2 Z228框圖
Z228核心模塊
不同于一些廠商雙芯片方案（主控CPU加編碼芯片）， Z228單芯片包含了ARM926EJ CPU和MPEG-4硬件編碼器，不僅降低了系統成本，而且減少了系統復雜度。ARM926EJ的主頻可達266MHz，具有16KB 指令緩存和16KB數據緩存，另有16KB TCM緊密耦合內存。內置MMC，可支持Linux, WinCE等嵌入式操作系統。ARM926EJ還集成MOVE協處理器，提供快速SAD運算，可用于加速視頻監控中的運動偵測。
高性能的MPEG-4硬件編碼器提供VGA@30fps的實時編碼，能在較低碼率下（CIF@15fps, 64kbps）實現良好的編碼質量，一般的MJPEG無法達到這樣的編碼效率。
由于采用了全硬件編碼的策略，IP Camera的開發人員只需進行簡單的配置，無須進行復雜的軟件編程，可有效縮短開發時間。此外，該編碼器支持VBR(可變碼率)、CBR(固定碼率)、VFR(可變幀率)、CFR(固定幀率)等多種碼率控制模式。考慮到無線等帶寬有限的應用，該編碼器對防錯進行了在專門優化，支持條帶重同步、可逆VLC等防錯功能。它還有一種低延遲模式，使端到端的延遲小于100ms, 適合于車載攝像頭等特殊應用。
在編碼器之前，Z228具有一個圖像/視頻預處理模塊，實現了圖像縮放、白平衡、Gamma校正、邊緣增強、亮度/飽和度/對比度調節、字幕/水印疊加等功能。此模塊還實現了先進的降噪算法，能有效地去除圖像上的噪點，改善IP Camera在低光照下的視頻質量。
視頻接口
Z228提供兩種數字視頻輸入接口：Camera接口和ITU656/601接口。 對于輸出RGB Bayer, RGB和YCbCr的CCD/CMOS照相模組，可直接連接到Z228的Camera接口。市面上主流廠商，如Micron，ST，Omnivision，Pixelplus，Sharp，Sony，Panasonic等的照相模組均可支持。對于復合視頻或S-Video輸入，需要通過一個外部的TV解碼器連接到Z228的ITU656/601接口。在圖3的方案中，使用了TI的XXX芯片。
圖3 基于Z228的IP Camera電路板
系統存儲接口
整個系統的存儲結構相當簡單，由XXXMB的Nor Flash和16MB的SDRAM構成。在圖3中，使用了一片ST的M29W640DB和兩片Micron的XM x Xbit 的XXXXXX構成。用戶可根據自己的需要選擇合適的存儲器件。
外部存儲接口
為了支持外部存儲，Z228提供了兩個SD控制器和一個CF/PCMCIA控制器。通過SD接口，Z228可支持高達XGB的SD/Mini SD卡，讀寫速度分別是XMB/s和XMB/s；通過將CF/PCMCIA控制器配置成True IDE模式，可外接高達XGB的IDE硬盤，讀寫速度分別是XMB/s和XMB/s。
在圖3的電路板上，有一個SD的卡座。警前錄像的功能
網絡接口
Z228可通過M68K接口外擴SMSC的LAN91C96/95芯片，提供10/100M自適應的以太網接口；另外，通過將SD控制器設置為SDIO模式, Z228可外接SDIO接口的802.11模組，提供高達54Mbps的無線連接，實現無線視頻監控。
Marvell音頻接口
Z228具有I2S和AC97兩種音頻接口，可方便地連接市面上主流的音頻編解碼器，實現雙向語音通信。圖3的方案中采用了XX的XX芯片。
其它接口
Z228提供了X個GPIO接口，可外接一些模擬開關量，實現諸如溫度、濕度、煙霧等的采集和檢測；此外，Z228還提供了4個UART接口，UART2和UART3可配置成紅外接口，實現IP Camera的紅外遙控。
軟件部分
如下圖所示，基于Z228的IP Camera的軟件自下而上分為四層，分別是設備驅動層、OS層、中間層（多媒體庫和網絡）和應用層。
圖4 基于Z228的IP Camera的軟件架構
在OS方面采用了自行裁減和優化的嵌入式Linux，內核版本2.6.15，內核小于XXX字節，啟動代碼小于XXX字節。在設備驅動程序方面，提供802.3以太網、I2S/AC97、SD/CF/PCMCIA存儲、SDIO、USB-OTG、視頻輸入設備、通用I/O、LCD顯示控制器等驅動程序。
在多媒體處理方面，支持MPEG -4/H.263/JPEG/MP3/WMA/AAC/CAT/G.711/G.723等格式，其中CAT是杰得自主研發的音頻格式，還提供了的音視頻同步機制。
在網絡協議方面，支持TCP/IP，UDP，SMTP，HTTP，FTP，Telnet，DHCP，NTP，DNS，DDNS，PPPOE 和UPnP等。音視頻數據的傳輸采用了RTP/RTCP協議，符合RFC的相關標準。
在應用層，支持區域和靈敏度可配置的運動偵測功能，如圖5所示。用戶可選定多個偵測區域，這些區域的形狀可以是不規則的，實現對特定區域的重點監控。用戶可靈敏度(Sensitivity)來調整運動的閾值，控制報警信號的觸發。
圖5 區域和靈敏度可配置的運動偵測
在偵測到運動目標、需要報警時，進行錄像并保存到存儲介質中，同時可把當時的圖片傳送到郵件服務器或文件服務器。
基于Z228的IP Camera的主機界面如圖6所示，通過普通的網絡瀏覽器，如IE，連接到IP Camera后，可直接觀看到監控畫面。用戶可以在Setup頁面對IP Camera進行配置，比如網絡設置、視頻參數、運動偵測設置、管理員密碼等。
圖6 基于Z228的IP Camera的Webserver截圖
基于Z228單芯片的IP Camera方案包含完整的硬件和軟件設計，具有集成度高、系統簡單、成本低、開發簡單、易于使用的特點，幫助用戶在很短的時間內推出具有競爭力的IP Camera產品。
IP Camera技術路線圖
Z228是杰得推出的款適用于IP Camera的芯片。針對IP Camera這個快速增長的市場，杰得將推出一系列的SoC芯片，以滿足用戶的需求。以下將對技術路線圖進行簡單的介紹。
對更先進的視頻壓縮格式的支持
H.264是ITU與ISO/IEC推出的視頻編碼標準，在壓縮效率和視頻質量方面取得了巨大突破，一般情況下可達到 MPEG-2 及 MPEG-4 簡化類壓縮效率的 2到3 倍。但其系統結構和算法復雜度也急劇增加，其3倍于MPEG-4的計算復雜度超過了一般CPU或DSP的處理能力。在下一代IP Camera芯片中，杰得將以硬件方式支持1路D1或4路CIF的H.264實時編碼，自主專利的VST/VMD（可變搜索技術/可變模式選擇）和ASRC（基于應用的碼率控制）技術將以較小的硅片面積提供了高壓縮率和低功耗的H.264編碼能力。
集成更先進的智能化監控技術
針對未來的監控系統日益智能化的趨勢，杰得將在未來的IP Camera芯片中引入更多、更先進的圖像處理和視頻分析技術，諸如圖像增強、目標識別（人臉、車牌等）、運動跟蹤等，幫助構建智能化視頻監控系統。
與CCD/CMOS Sensor廠商合作推動全數字IP Camera方案
圖7 兩種視頻接口對比
如圖7所示，目前主流的IP Camera采用了(a)方式，視頻信號經歷了D/A和A/D轉換，而(b)方式，從Camera模組出來的數字信號直接進入核心芯片的Camera接口，沒有任何的D/A或A/D轉換。(b)方式的優勢在于：1. 成本較低；2. 視頻信號不會因為D/A或A/D轉換招致損失。
由于未來的CCD/CMOS Sensor一般都會含有一個DSP，因此通過(b)方式，甚至可將后面的核心芯片的部分或全部功能轉移到Camera模組中。這就是全數字的IP Camera方案。
成本更低、更靈活的監控網絡
在很多特定的環境下，比如一些專用監控網絡，布線很困難，而且不需要復雜的網絡協議，希望系統的擴展性好，新增或除去某個節點的成本低。如下圖所示的網絡就可滿足以上的要求。整個監控系統由單線構成一個環，易于布線和資源互享。網絡帶寬可達200Mbps，并能提供良好的QoS。
圖8 一種特殊的監控網絡