大彩网走势图首页-智能门铃规划二三事:视频、音频及电源技能

出于安全意图,住所,商业和工业设备正在广泛运用视频门铃技能,以替代传统的高价的闭路电视网络,无需经过同轴电缆或许以太网等传输前言,本文研讨了与视频门铃相关的一些规划难题,并围绕着视频、音频及电源技能,给相关嵌入式开发者一点参阅。

无缝的用户体会

传统的视频门铃体系触及按键,麦克风和摄像机。这些体系一般被硬衔接到电源上,视频被路由到特定的监督器。IoT的视频门铃架构相似,但完成办法却大不相同。运动传感器可检测到走到门口的访客,并经过云将视频撒播输到智能手机或云端存储。与访问者的通讯经过使用程序中运转的双向IP音频流和双向视频流进行。这些门铃的基本功用能够与完好的安全体系集成在一同,该体系能够长途启用/禁用无钥匙锁,触发警报或依据特定输入供给自动反响。

视频门铃的前期版别常常遭到视频和音频问题的困扰,例如过错的铃声和不连贯的音频,可是比如云备份,运动检测,视频流和双向通讯之类的要害功用需求无缝衔接才会有商业价值。这些要求,再加上曾经的硬连线功率约束,给现代视频门铃子体系带来了一系列本身的硬件应战。

过错动作事情

可视门铃中常用的热电(又称无源红外)传感器简略犯错,例如对白日行进的车辆发作的眩光做出过错的反响,阵阵暖风,虫子,动物以及各式各样的其他物体。根据热量的活动,并在此过程中触发用户手机上令人讨厌的过错警报音和告诉。由于用户最终将彻底疏忽警报,乃至使门铃脱机,这极大地下降了视频门铃的安全性。此外,PIR传感器频频发作的虚伪运动检测事情会大大缩短电池寿数。

一种相对简略的处理方案是运用两个PIR传感器,它们的掩盖规模略有堆叠,以创立更大的运动检测区域(图1)。由于双传感器仅生成较大物体的告诉,因而较小的物体(例如臭虫和宠物)将不会被发现。将PIR传感器与其他光传感器和温度/湿度传感器一同运用可防止因温度或光的快速改变而引起的误触发。这种多方式传感办法减少了过错警报的或许性,一起还减少了总功耗,然后延伸电池寿数。

图1冗余的PIR传感器前进了人体运动检测的准确性,

由于有必要触发多个光束才干将其视为运动事情。

别的也能够运用嵌入式MCU和某些固件来完成根据算法的运动检测,以前进准确性。有多种办法能够完成根据视觉运动的检测,可是最常见的办法之一是将当时帧与参阅图画进行比较,并逐像素盯梢差异。这种类型的图画处理有必要满足智能,以将来自风车和树木的运动作为布景的一部分来大彩网走势图首页-智能门铃规划二三事:视频、音频及电源技能处理,以防止发作误报,而这种才干需求相当大的处理才干。

这些过滤使命中的一些能够转移到根据云的算法上,该算法能够微调特定客户的图画数据。但这需求相对较大的根底架构来供给支撑和杰出的Wi-Fi衔接,而且依然会是高功耗。因而,电池供电的智能门铃不是一个正确挑选——至少现在是这样。虽然能够依托外部供电减少了门铃的方位挑选,但也不需求充电或替换电池。

图画传感器和处理器接口问题

视频门铃中的图画处理需求图画传感器、数字多媒体处理器,而且在大多数状况下,需求一些外围设备。挑选图画传感器时,需求考虑几件事,其间最重要的是分辨率、帧速率、像素巨细、像素结构和快门时刻。除了各个组件的许多考虑要素之外,图画传感器和数字媒体处理器之间常常存在接口问题。

除非特别留意,不然您或许会发现自己的设备因其输入/输出(I/O)接口格局不匹配而无法相互通讯。由于I/O接口(I2C,并行,通用I/O)存在许多差异,因而这样的过错比人们幻想得多许多。为了防止这种不愉快的状况发作,规划人员有必要保证图画传感器支撑的I/O接口与数字媒体处理器的I/O兼容。

当两个设备具有不同的作业电压和逻辑信号电平常,或许会呈现相似的问题。走运的是,电压转化器能够经过规模介于0.6至5.5 V的双向电压转化轻松处理这种不匹配问题,虽然它们为产品的BOM增加了很小的本钱,但电压转化设备经过为规划人员供给规模更广的传感器来补偿这一投入,曩昔传感器和MCU有必要要运用相同的配套电压才干够。

简略发作噪音的环境

现代视频门铃所需的全双工通讯增加了其他杂乱性,要求规划有必要处理因用户将扬声器/麦克风增益调理得过高而导致的不稳定反响。例如,接纳音频的人需求在扬声器上获得相对较大的增益才干充沛区分远端正在说什么,可是麦克风的近间隔很简略检大彩网走势图首页-智能门铃规划二三事:视频、音频及电源技能测到声响并常常将其扩大,然后导致不良回声(图2)。曩昔,半双工通讯经过明显下降扬声器接纳信号时麦克风的增益来减轻这种回声。

图2双向音频通讯在回响的语音和回声方面要细心考虑

自动调整麦克风和扬声器增益的体系或许会在环境噪声水平相对较低的环境中为全双工通讯纠正此问题。不幸的是,这在具有不行猜测的环境噪声源(例如经过的公共汽车或其他交通)的环境中作用欠安。有几种能够处理此问题的数字信号处理(DSP)技能,包含回声消除(AEC)和自适应频谱降噪(ASNR)。AEC创立了自适应滤波器,可经过开始辨认传输的信号并在某个时刻窗口内从头呈现该信号时将其消除来有用消除回声。ASNR运用频域从音频信号中去除环境噪声和有害噪声重量,然后去除布景噪声和宽带噪声。AGC则旨在改进免提通讯的低频语音信号。比如此类的音频算法经过坚持麦克风和扬声器的增益而不会发作不必要的反响和回声或诉诸语音切换,然后供给了杰出的音频体会。

最大极限地运用扬声器

虽然杂乱的DSP算法有助于完成全双工音频通讯,但它们一般无法最大程度地发挥体系音频扬声器的悉数功用。由于扬声器音圈中的过多热量和超出其偏移极限会导致快速损坏和音锥吹响,因而音频工程师一般会对扩大等级施加硬性约束,使其远低于扬声器的实践功用。与扩大器串联运用的软件算法能够实时监控扬声器的温度和偏移,该反响可完成更精密的声压级和更高的音频明晰度。

语音指令和语音辨认

未来的视频门铃或许会根据语音激活和语音辨认技能完成免提操控。这些语音用户界面再次从一系列麦克风和DSP算法接纳指令时,又增加了另一层杂乱性。虽然与大彩网走势图首页-智能门铃规划二三事:视频、音频及电源技能接纳麦克风的间隔相对较大,但这些门铃很或许会运用波束成形算法将所需的音频信号与布景噪声分隔。已经有可用的麦克风板完成了波束构成算法,该算法能够扩大来自扬声器方向的语音信号,以便从喧闹的环境中获得明晰的语音和音频。

在真实有用的视频门铃产品中,重要的是这些高档功用不需求额定的电源,而且能够对本地麦克风输入信号起作用。咱们正在寻觅一种规划战略,以使产品更简略,低功耗,小尺度。

功耗预算应战

有用的视频门铃能够经过以下办法之一供电:运用可充电电池,答应其从房子现有的低压门铃布线中获取电能,或为其装备以太网供电(PoE)接口。这些电源选项各有利弊(表1)。如前所述,电池供电单元所供给的灵敏放置办法使装置愈加简略,而门铃线则具有保护本钱低的优势。

节能是电池供电的视频门铃的首要关注点,许多上述算法将需求更多的功耗密集型处理。高度特定的SoC规划,例如德州仪器(TI)CC3120 / CC3220,可经过较少的片外业务(片上RAM和/或闪存)完成更高等级的并行处理(唤醒/睡觉触发器,网络衔接),然后下降体系总功耗。此外,专为电池供电而规划的MCU具有多种电源方式,包含关机,休眠,睡觉,待机和活动方式,精心的开发人员能够运用它们进一步下降能耗。

规划用于运用家庭现有门铃电源的任何产品的首要考虑要素是,交流电源中没有针对这些产品的规范输出电压,交流电源开始是为运用8 V至24 V AC之间的电压为电铃供电而规划的。为了最大程度地下降产品的功用下降,重要的是要细心留意一些参数,例如输出电压精度,电压纹波,满负载下的体系功率和散热。关于特别灵敏的组件,例如常常在视频门铃中运用的CMOS图画传感器,特别如此。这些组件对噪声源特别灵敏,例如电源动摇,电磁搅扰和温度改变。

为了完成最佳功用,视频门铃需求一个电源,该电源能够承受各种低电压转化器,并为其各个子体系(传感器,I/O,音频,内存,UI等)发作洁净,稳压杰出的直流电,也有必要小型化以便放入紧凑型外壳中。如图3所示,这一般触及多个降压转化器,最好是采用在重负载下供给高功率的同步降压转化器。在这种需求宽电压规模或许多分立电源的规划中,能够运用excited单个降压稳压器为多个线性稳压器供电。

图三:可视门铃电源架构示意图

关于电池供电的使用,满负荷和轻负荷下的体系功率都是必需的,关于在密闭包装,通风很少或没有通风的状况下运转的产品,也是如此。关于视频门铃,有必要细心完成比如用户界面,无线通讯监督和运动检测之类的功用,以最大程度地前进电源功率。有必要相同留意待机电流,例如电源的静态电流和关断电流,由于它们会严重影响电池寿数。低静态电流能够大大延伸电池的运用寿数,由于视频门铃将其大部分时刻都花费在睡觉/休眠方式下。此外,同步转化器具有从其脉宽调制方式到省电方式的无缝过渡,使其在满负载和轻负载下均坚持相对高效。

视频门铃是具有严厉尺度约束(有时乃至是功率约束)的几种IoT产品之一,而且有必要在处理器功耗高的算法与有限的功率资源之间获得平衡。这些约束导致了一些共同的规划应战,现在技能上的前进使得战胜这些应战成为或许。自然地,跟着人工智能以语音,声响和面部辨认的方式成为住所安全体系的必备功用,这些应战将持续变得越来越杂乱。

本文作者:Srinivasan Iyer,德州仪器(TI)楼宇自动化部分体系工程师,专大彩网走势图首页-智能门铃规划二三事:视频、音频及电源技能心于视频监控,HVAC,电梯和自动扶梯等工业。