SPE網(wǎng)絡(luò)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

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(guò)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(guò)人工智能進(jìn)行視頻分析等方面取得了巨大進(jìn)步。大多數(shù)攝像頭都使用移動(dòng)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(lái)升級(jí)攝像頭。

人們對(duì)高分辨率圖像和視頻的持續(xù)需求推動(dòng)了圖像傳感器的改進(jìn)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(dá)十倍。像素?cái)?shù)的增加也意味著需要通過(guò) 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(yùn)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(guò)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(guò)以太網(wǎng)以這種速率傳輸數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)未壓縮的高分辨率視頻在經(jīng)濟(jì)上不可行（需要龐大的存儲(chǔ)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(dāng)圖像傳感器公司試圖制造更高分辨率的傳感器時(shí)，國(guó)際電工委員會(huì)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際電信聯(lián)盟等標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在研究視頻壓縮算法，從而在某些工作場(chǎng)景下將通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度增加到 1,000m。IP 攝像頭到網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)的距離可以是 1km 或更長(zhǎng)，而通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)在上述距離實(shí)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(lái)達(dá)到更長(zhǎng)的距離，但這需要使用無(wú)源適配器將以太網(wǎng)信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜的成本。

最近，電氣和電子工程師協(xié)會(huì) (IEEE) 定義了一項(xiàng)新的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3cg，通過(guò)單對(duì)平衡導(dǎo)體實(shí)現(xiàn) 10Mbps 的運(yùn)行以及相關(guān)的電力輸送。更具體地說(shuō) 10BASE-T1L: IEEE 802.3 PHY 規(guī)范適用于通過(guò)單對(duì)平衡導(dǎo)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(dǎo)線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)傳輸距離）。由于單線對(duì)電纜現(xiàn)可同時(shí)支持?jǐn)?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(duì)平衡導(dǎo)體上使用全雙工通信，每個(gè)方向同時(shí)具有 10Mbps 的有效數(shù)據(jù)速率。10BASE-T1L PHY 使用三級(jí)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(gè)二進(jìn)制對(duì)應(yīng) 3 個(gè)三進(jìn)制）對(duì) MII 傳輸數(shù)據(jù) (TXD<3:0>) 進(jìn)行編碼，使傳輸?shù)?PAM3 符號(hào)的運(yùn)行平均值（直流基準(zhǔn)）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(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的通信距離。

DP83TD510E是一款符合 IEEE 802.3cg 10Base-T1L 規(guī)范的超長(zhǎng)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(zhǎng)達(dá) 2,000m 的電纜長(zhǎng)度。該器件提供媒體獨(dú)立接口 (MII)、簡(jiǎn)化 MII、簡(jiǎn)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(shí)域反射法 (TDR)、主動(dòng)鏈路電纜診斷 (ALCD)、信號(hào)質(zhì)量指標(biāo) (SQI)、多個(gè)環(huán)回接口和集成 PRBS 數(shù)據(jù)包發(fā)生器，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)故障情況檢測(cè)。

單線對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 網(wǎng)絡(luò)還支持通過(guò)視頻監(jiān)控應(yīng)用中的低通濾波器沿著同一根單線對(duì)電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)線供電 (PoDL)。

列出了 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)支持的各種功率等級(jí)?？上蜇?fù)載提供的最大功率為 52W，定義為 15 級(jí)。IEEE 802.3bu 涵蓋了低于 10 的功率等級(jí)。

8 和 9 級(jí)（48V 穩(wěn)壓電源設(shè)備）或 14 和 15 級(jí)（最大 50V 至 58V）可支持 IP 攝像頭所需的功率等級(jí)，該攝像頭可能需要高達(dá) 52W 的功率才能運(yùn)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(duì)于需要升級(jí)的建筑物，中間解決方案可使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)至 SPE 轉(zhuǎn)換器。

未來(lái)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(jī)也將提供電源設(shè)備端口。通過(guò)簡(jiǎn)化的 SPE 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)壓縮率更高的視頻，可以在不增加復(fù)雜性和成本的情況下實(shí)現(xiàn)更好的監(jiān)控。

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原文標(biāo)題：技術(shù)干貨｜在視頻監(jiān)控應(yīng)用中利用單線對(duì)以太網(wǎng)

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審核編輯:湯梓紅