攝像頭行業(yè)發(fā)展與產(chǎn)品創(chuàng)新
根據(jù)Omdia估計，2023年全球安防攝像頭市場（高清模擬攝像頭、網(wǎng)絡攝像頭、防爆攝像頭和熱成像攝像頭）總體發(fā)貨量約為1.9億臺，預計到2028年，總體發(fā)貨量將達到2.6億臺。2023年，中國的發(fā)貨量占據(jù)了全球攝像頭市場的近56%。隨著市場的不斷擴張，預計到2028年，中國市場的發(fā)貨量將增長至約1.5億臺，年均復合增長率達到7.0%。
圖1：2023-2028全球安防攝像頭發(fā)貨量（來源Omdia）根據(jù)中國安全防范產(chǎn)品行業(yè)協(xié)會組織編制的《中國安防行業(yè)"十四五"發(fā)展規(guī)劃（2021-2025年）》提示，"十三五"期間，據(jù)中安協(xié)初步統(tǒng)計：到2020年底我國安防企業(yè)達到3萬余家，從業(yè)人員170多萬人；2020年安防行業(yè)總產(chǎn)值約達到7950億元，實現(xiàn)增加值約為2650億元，"十三五"期間年均增長率達到了10%以上。在行業(yè)總產(chǎn)值中，視頻監(jiān)控約占55%。"十四五"期間安防市場年均增長率達到7%左右，2025年全行業(yè)市場總額達到1萬億元以上。
我國安防攝像頭的技術演進以及發(fā)展階段：
2019年以前，以“安全“為驅動力，在公共服務事業(yè)領域呈現(xiàn)指數(shù)級增長，但目前該領域市場滲透率趨近飽和。
2019年之后，以“連接“和”計算“為驅動力，軟件（算法和系統(tǒng)）結合硬件（芯片），從高清攝像頭向智能攝像頭升級，商用和家用產(chǎn)品市場份額持續(xù)攀升。
網(wǎng)絡攝像頭（IP Camera，簡稱IPC）是將視頻信號經(jīng)過數(shù)字化處理后，通過網(wǎng)絡進行傳輸，實現(xiàn)遠程監(jiān)控的設備。近年來，網(wǎng)絡攝像頭領域備受矚目的幾大核心功能趨勢包括：
1. AOV（Always on Video）
采用基于超低功耗內(nèi)存的快速啟動待機技術，AOV成功實現(xiàn)了7×24小時不間斷的全天候錄像能力。這一技術有效彌補了傳統(tǒng)低功耗IPC在PIR傳感器未觸發(fā)期間無法記錄影像的缺陷，在保持極低能耗的同時，能夠更接近常規(guī)電源設備的使用體驗。
2. 黑光
基于高感光度圖像傳感器，結合AI-ISP成像體系，能夠在低至0.0005 Lux（照度計量單位）的極端微弱光線環(huán)境中，依然保持圖像的全彩顯示，無需額外補光設備。從“星光”到“超星光”的跨越，再到如今“黑光”技術的問世，標志著在復雜光照條件下對圖像解析力、質量和穩(wěn)定性的不斷追求和突破。
3. 槍球一體
槍型攝像頭一般具有較為固定的視角范圍，適合在一定區(qū)域范圍內(nèi)進行重點追蹤監(jiān)控；球型攝像頭可以通過云臺的旋轉和移動來360°調(diào)整視角，監(jiān)控范圍更加廣闊；而槍球一體聯(lián)動雙攝攝像頭，顧名思義，是結合槍型攝像頭和球型攝像頭的優(yōu)勢特點，一臺設備兼顧全景和細節(jié)。
兆易創(chuàng)新IPC解決方案
作為網(wǎng)絡攝像頭產(chǎn)業(yè)上游關鍵力量，芯片供應商在IPC解決方案中發(fā)揮了舉足輕重的作用。其中，兆易創(chuàng)新在存儲、MCU，以及模擬芯片有著多年深厚技術積淀，不僅滿足了當前主流網(wǎng)絡攝像頭設備的功能性能，以及可靠性和安全性等方面的多維度需求，還為下一代產(chǎn)品創(chuàng)新提供堅實有力的支撐。
依據(jù)實際的監(jiān)控場景，網(wǎng)絡攝像頭通常有四類供電方式：
電池供電
該方式依賴內(nèi)置的鋰電池組提供電力，無需額外連接電源插座，常用于外部供電不便且功耗較低的攝像設備。
POE（Power Over Ethernet）供電
通過一根以太網(wǎng)線就能同時完成數(shù)據(jù)傳輸和電力供應，安裝簡便，布線成本低，設備位置靈活，不受電源插座位置的限制。
電源適配器供電
選用具有適合電壓電流范圍的AC/DC電源適配器進行獨立供電，穩(wěn)定性好，廣泛適用于各類電源規(guī)格的設備。
太陽能設備供電
通過太陽能板高效地將太陽能轉化為電能，并借助最大功率點追蹤（MPPT）技術提高太陽能電板的輸出效率，隨后將電能存儲在電池中，以此為網(wǎng)絡攝像頭提供持久且穩(wěn)定的電力供應，充分利用了可再生能源，減少了碳排放，適用于戶外、野外等有線供電不便的區(qū)域場景。
網(wǎng)絡攝像頭的電源樹結構如圖3所示，電池供電一般采用單節(jié)鋰電池或者是雙節(jié)鋰電池，供電電壓為4.2V或者8.4V，POE、電源適配器和太陽能設備供電的供電電壓為12V，供電電流為2A/3A。首先通過一級升降壓模塊——GD30DC130X/135X系列DC-DC降壓轉換器，或GD30DC2301 DC-DC升壓轉換器，有效地將輸入電壓轉換為3.3V、5V以及6至9V的多種穩(wěn)定輸出電壓。隨后，進一步經(jīng)由二級降壓單元處理，具體包括GD30DC110X系列DC-DC降壓轉換器以及GD30LD2010 LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）芯片，以實現(xiàn)更為精細的電壓調(diào)節(jié)，最終輸出更低的電壓等級，包括1.2V、1.5V和2.8V，以滿足網(wǎng)絡攝像頭內(nèi)部各組件的特定供電需求。
GD30DC130X/ DC135X系列DC-DC高效同步降壓轉換器芯片
GD30DC110X系列DC-DC高效同步降壓轉換器芯片
GD30DC2301 DC-DC高頻異步升壓轉換器芯片
GD30LD2010 高PSRR、低壓差線性穩(wěn)壓器芯片
以一臺有線PTZ網(wǎng)絡攝像頭為例，通常來說它的硬件架構系統(tǒng)涵蓋了多個關鍵組件，包括鏡頭、圖像傳感器、環(huán)境感知傳感器、音頻信號處理、視頻編解碼芯片、主控芯片、云臺控制，以及USB、網(wǎng)絡接口等多種有線接口等。
1. 鏡頭以及云臺控制
鏡頭負責捕捉即時的圖像信息，鏡頭的關鍵參數(shù)包括視角、焦距、光圈等，光圈決定進光量，焦距影響拍攝距離，視角關乎監(jiān)控范圍。
云臺（PTZ，即Pan/Tilt/Zoom-全景/傾斜/縮放）功能允許用戶遠程精確地控制云臺和鏡頭的動作，實現(xiàn)監(jiān)控畫面的全方位移動和細節(jié)放大，以便更細致地觀察監(jiān)控區(qū)域的細節(jié)。這一功能在需要大范圍監(jiān)控和精確追蹤目標的場景中尤為重要。
GD30DR473X系列馬達驅動芯片非常適用于實現(xiàn)鏡頭，IR-CUT雙濾光片，以及PTZ馬達控制的集成電機驅動器解決方案。
GD30DR4732是一款鏡頭電機驅動器芯片，通過電壓驅動方式以及扭矩紋波修正技術，實現(xiàn)了超低噪聲256細分微步驅動。最大驅動電流150mA，結合邏輯電路對驅動電路控制，可在實現(xiàn)光圈控制（IRIS）功能的同時，實現(xiàn)變焦（Zoom）和對焦（Focus）功能：
?調(diào)節(jié)光圈的大小可以直接影響圖像的亮度和對比度，獲得合適的曝光度，以適應不同的光線條件。
?變焦是通過改變焦距，從而改變視角大小，通過拉近（Zoom In）和推遠（Zoom Out），來獲得畫面的放大和縮小。
?對焦是通過改變焦點位置與拍攝物體的距離來調(diào)整畫面清晰度, 例如調(diào)成近焦（Focus Near）或遠焦（Focus Far）。
GD30DR4730/4731是多通道電機驅動芯片，具備五路H橋驅動器，可驅動兩個步進電機和一個直流有刷電機。其中步進電機驅動器支持整步進、1/2步進以及32/64/256細分微步進，可提供高達0.5A的驅動電流，具有多保護功能，欠壓鎖定 (UVLO)，過流保護 (OCP) 和熱關斷 (TSD)，典型的應用方案為：
?一路直流有刷電機驅動器用于IR-CUT雙濾光片切換：白天切換為紅外截止濾光片，畫面圖像不偏色。夜晚切換成全光譜濾光片，支持紅外補光，提升了夜視清晰度。
?兩路步進電機驅動器用于云臺馬達控制：通過正交SPWM模式來控制云臺馬達的上下以及左右方向的平穩(wěn)移動和旋轉。
GD30DR4730/4731比較適用于球型攝像機頭等需要多軸旋轉和調(diào)整角度，從而實現(xiàn)覆蓋更廣闊的監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控。對于槍型攝像機等監(jiān)控角度和位置相對固定的機型，也可以采用GD30DR380X來實現(xiàn)水平和垂直移動控制。
GD30DR380X直流馬達驅動芯片包含一路H橋驅動器，可驅動一個直流電機或螺線管等其他器件。輸出驅動器塊由配置為H橋的N溝道功率MOSFET組成，用于驅動電機繞組。內(nèi)部電荷泵產(chǎn)生柵極驅動電壓。該系列芯片具有PWM（IN/IN）輸入接口，可提供高達1A的輸出電流，可在0V至11V的電機電源電壓下工作，控制邏輯可在1.6V至7V的電壓軌上工作，提供過流保護、短路保護、欠壓鎖定保護和過溫保護。
GD32F303Vx微控制器基于ARM® Cortex®-M4內(nèi)核，工作頻率高達120MHz，集成了多類外設功能，并采用LQFP100封裝形式。當與GD30DR4730/4731，GD30DR380X馬達驅動芯片協(xié)同工作，能夠實現(xiàn)對鏡頭以及多路電機的統(tǒng)一高效控制。
內(nèi)置48至96KB的SRAM以及256KB至3MB的Flash大容量片上存儲器，為運行PTZ跟蹤與控制算法提供了充足的資源。使系統(tǒng)能夠針對鎖定的目標執(zhí)行視覺導向自動跟蹤任務，通過精確控制云臺的方位旋轉，確保目標始終位于鏡頭視野的中心位置。此外，系統(tǒng)還能靈活調(diào)控鏡頭的變焦功能，從而捕獲高分辨率的視頻圖像，進一步提升監(jiān)控與追蹤的精準度與細節(jié)表現(xiàn)力。
2. 環(huán)境感知
在市場需求的持續(xù)推動下，網(wǎng)絡攝像頭的智能化進程正在持續(xù)深度演進，智能化的基石在于打造一個全方位的感知體系，通過一系列傳感器，監(jiān)測并分析其運行環(huán)境中的每一個細微變化與動態(tài)信息，為后續(xù)的智能化處理與決策提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。主要傳感器模塊包括：
?光線傳感器
光線傳感器來測量環(huán)境光照強度的變化，自動調(diào)節(jié)圖像傳感器的參數(shù)或切換到不同的工作模式，以確保在不同光照條件下都能獲得高質量的圖像。
?溫濕度傳感器
實時監(jiān)測周遭環(huán)境的溫濕度的變化，可以在監(jiān)控視頻上顯示溫度和濕度數(shù)據(jù)，也可以上傳至云端，還可以根據(jù)實際條件設置觸發(fā)警報。GD30TS100N/112N為高精度、低功耗的本地數(shù)字溫度傳感器，I2C控制接口，分辨率為12bit，測量精度為±0.5°C (–40°C to +125°C)，工作電壓為2.7-5.5V/1.4-5.5V，關斷態(tài)電流低至0.3μA/1μA。
GD30TSHT30是一款本地溫濕度傳感器，I2C控制接口，分辨率為16bit，溫度測量精度為±0.5°C (–40°C to +125°C)，相對濕度精度為+3%RH，工作電壓為2.2-5.5V。
?PIR傳感器
低功耗網(wǎng)絡攝像頭平時處于低功耗的休眠狀態(tài)以延長電池壽命或降低能耗。一旦有物體在攝像頭的監(jiān)控范圍內(nèi)移動，被動紅外（PIR，Passive Infra-Red）傳感器會立即感知并觸發(fā)攝像頭從休眠中喚醒，迅速啟動錄像或警報功能，實現(xiàn)對安全事件的即時響應。
3. 視頻音頻處理
將鏡頭采集到的光信號傳給圖像傳感器（CCD/CMOS），經(jīng)過光/電轉換后，再進行模擬信號到數(shù)字信號的轉換。隨后，依據(jù)MPEG4、H.263、H.264、H.265或M-JPEG等視頻編碼標準，對數(shù)字信號進行高效的視頻編碼與壓縮處理。完成這些步驟后，視頻數(shù)據(jù)即可打包經(jīng)由網(wǎng)絡通信上傳至指定存儲位置。
網(wǎng)絡攝像頭自帶麥克風收音和揚聲器外放，既可捕捉周圍環(huán)境中的聲音，也可以播放語音指令和警告信息，實現(xiàn)遠程監(jiān)控人員與被監(jiān)控區(qū)域之間的全雙工語音通訊。音頻通信模塊包含麥克風運算放大器和揚聲器運算放大器，通過ADC和DAC實現(xiàn)模/數(shù)和數(shù)/模信號轉換，搭載DSP單元進行信號處理。特別值得一提的是，GD30AP72x系列1/2/4-ch低噪聲運算放大器，憑借其低至1.8V至5.5V的寬泛工作電壓范圍，以及僅為8nV/√Hz@1KHz的超低輸入電壓噪聲密度，為網(wǎng)絡攝像頭的音頻通信質量提供了堅實的保障。
4. 主控芯片以及存儲方案
主控芯片肩負著整個系統(tǒng)的控制和調(diào)度重任。當前網(wǎng)絡攝像頭的主控方案趨于采用SoC（系統(tǒng)級芯片）/MPU（微處理器單元），不僅具備強大的運算，存儲和控制能力，還高度集成了各類專用模塊，如內(nèi)置了ISP（圖像信號處理）和視頻編碼等核心功能等，能夠簡化開發(fā)，并靈活應對各類攝像機場景需求。
兆易創(chuàng)新NOR/NAND Flash與DRAM產(chǎn)品系列憑借其全面的規(guī)格覆蓋、出色的性能表現(xiàn)、低功耗設計理念、卓越的產(chǎn)品質量以及高度的可靠性，成為了網(wǎng)絡攝像頭設備值得信賴的選擇。
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