流媒体技术基础-摄像头接口与标准

一、摄像头接口概括

摄像头按接口分类如下

• 主板直接接的专用接口

  • SPI接口：串行传输、速度慢。常用用于MCU

  • DVP接口：并口传输，速度较慢，传输的带宽低。

  • MIPI接口：手机平台标准接口，差分串口传输，速度快，抗干扰。与LVDS类似，但更省电，目前普及趋势明显常用于智能手机，1080P以下。

  • LVDS接口：中高端平板和笔记本中广泛使用，1024768*及以上

• 通用接口

  • USB接口：常用于电脑

  • 网口：网络摄像头

  • SDI接口：专业视频接口，采用同轴电缆的，走数字信号，现在有18GHz带宽的产品，可以满足8K视频传输。

  • RGB：模拟视频接口，采用同轴电缆的，走模拟信号，720x576标清信号以下。

  • eDP接口：比较新的规范，在笔记本行业将广泛用于取代LVDS，支持超高分辨率，支持1080P以上

  • HDMI接口

二、MIPI摄像头

MIPI联盟的全称为Mobile Industry Processor Interface Alliance（移动产业处理器接口联盟），它是由移动通讯和娱乐电子产品行业中的应用或硬件制造商组建而成的行业联盟。

MIPI摄像头在其他嵌入式产品中，比如行车记录仪、执法仪、高清微型相机、网络监控相机等得到广泛应用。

按照协议可以分为DSI和CSI-2两种接口。

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1.MIPI DSI【用于显示设备】

针对移动电话的显示器串行接口规范(Display Serial Interface Specification，DSI)。DSI基于MIPI的高速、低功率可扩展串行互联的D-PHY物理层规范。基于SLVS的物理层支持高达1Gbps的数据速率，同时产生极小的噪声。

DSI接口的层级定义图

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• Application Layer：应用层，描述了在高层协议中对数据流里的数据进行编码和解码的方式。

• Protocol Layer

• Lane Management：lane管理层，lane是指一对差分对。

• PHY Layer：物理层，用来指定传输媒介。

2.MIPI CSI-2【用于输入设备】

• MIPI CSI-2标准中描述了信号传输（D-PHY或C-PHY）的物理层以及用于图像数据传输的协议CSI，该协议是以CSI-2为基础拟定的。

  • 通过C-PHY进行传输的物理图像数据

    • 在C-PHY中，一个通道由三个导体组成，可实现带有嵌入式时钟的3相编码编号，每个通道的理论传输速率可达5.7 GBit/s。

  • 通过D-PHY进行传输的物理图像数据

    • D-PHY的结构更为简单，其数据流是通过两个导体进行差分传输的，并且所有通道可以共享一个外部时钟线，最高仅支持2.5 GBit/s。

• 该标准还指定了一种基于I2C总线的相机配置接口，即CCI（Camera Control Interface，相机控制接口）。

  • 双向连接，兼容I2C协议。该接口主要用来访问camera中的寄存器，以便对其进行配置和控制。通常使用host的I2C host控制器，而camera则作为I2C slave device。

CSI-2接口包含的两种连接: CSI和CCI

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CSI-2由应用层、协议层、物理层组成。

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三、IPC网络摄像头

网络摄像机又叫IP CAMERA（简称IPC），由网络编码模块和模拟摄像机组合而成。IP-CAMERA网络摄像机一般有内置Web服务的数字摄像机和录音设备，直接与以太网（有线、无线）相连。用户可通过标准Web浏览器观看和收听网络摄像机传送过来的视频和声音。

• 网络编码模块将模拟摄像机采集到的模拟视频信号编码压缩成数字信号，从而可以直接接入网络交换及路由设备。

• 网络摄像机内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。

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1.网络摄像头行业标准

网络摄像头常用标准有ONVIF标准、PSIA标准、HDCCTV标准和GB/T28181标准

1）ONVIF标准

• ONVIF的形成：ONVIF原意为开放型网络视频接口论坛，即Open Network Video Interface Forum；是安讯士、博世、索尼等多家公司在2008年共同成立的一个国际性开放型网络视频产品标准网络接口的开发论坛，后来由这个技术开发论坛共同制定的开放性行业标准，习惯性简称为ONVIF协议。

• ONVIF协议：ONVIF规范包括像网络配置，查找设备，设备管理，PTZ摄像机控制，和视频分析等。这些规格都被写入到ONVIF配置文件（ONVIF Profiles）。 其中Profile C专门为网络门禁控制系统的协议标准， Profile G用于视频存储、搜索和重放管理；而Profile S应用于网络视频监控系统。

• ONVIF的作用：ONVIF标准将为网络视频设备之间的信息交换定义通用协议，包括装置搜寻、实时视频、音频、元数据和控制信息等。解决了不同厂商之间开发的各类设备不能接入使用的难题，即最终能够通过ONVIF这个标准化的平台实现不同产品之间的集成。

• ONVIF的实现机制：ONVIF协议中规定，服务端和客户端之间采用soap协议进行交互，而视频流的传输与控制采用rtsp协议。

ONVIF规范中设备管理和控制部分所定义的接口均以Web Services的形式提供，设备作为服务提供者为服务端。ONVIF规范涵盖了完全的基于XML及WSDL的定义。每一个支持ONVIF规范的终端设备均须提供与功能相应的Web Service。服务端与客户端的数据交互采用SOAP协议。ONVIF中的其他部分比如音视频流则通过RTP/RTSP进行 。

2）PSIA标准

• PSIA (Physical Security Interoperability Alliance)物理实体安防互操作性联盟，是一个由65个以上的安防厂商和系统集成商组成的全球性联盟，致力推动整个安防生态系统及以后的IP功能的安全设备和系统的互操作性，成立于2008年8月。该联盟的目标是为实体安防系统的硬件和软件平台创立一种标准化的接口。该联盟致力于使基于IP网路的不同安防系统具有兼容性。

• PSIA联盟董事会成员成员：Inovonics、思科、泰科、海康威视、大华、Honeywell等知名品牌。

3）HDCCTV标准

• HDcctv系统是一种视频监控系统，与广播行业兼容的高清晰度(HDTV)视频信号可以经由传统的CCTV媒介进行数字化传输而不需要打包，并且不会出现人眼可感知的压缩延迟。在HDcctv中的串行数字传输链路是从为专业广播市场开发的SDI基本技术派生而来的。

• HDcctv的成员包括：Comart、CSST(中国安防，中国大陆)、EverFocus（慧友，中国台湾）、Gennum、OVi和Stretch等。

4）GB/T28181标准

• GB/T28181-2011 《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》是由公安部科技信息化局提出，由全国安全防范报警系统标准化技术委员会（SAC/TC100)归口，公安部一所等多家单位共同起草的一部国家标准。

• GB/T28181作为国标，却也存在多个缺陷，如协议复杂、过程繁琐，应用上也是颇不方便，而公安部为其开发的检验程序，更如天书般复杂，加上GB/T28181仅是大陆的标准，注定其难以与ONVIF相抗衡，全球化更是难上加难。