監控影像時事與知識分享

常常會看到DVR有下面的縮寫或是規格 壓縮規格: H.264、MPEG4、MJPEG、JPEG200、Wavelet、MPEG2。 如果在行銷上面的規格或DM，有所謂advanced H.264來強調他們的產品超越一般的H.264，或是modified MJPEG來強調本地端是清晰的錄影，網路端是改良過的 modified MJPEG like MPEG4傳輸，你相不相信? 是不是標準的壓縮在監控裡面只是一個標籤(Label)的問題。 CCTV是封閉的迴路，在保密的要求下也必須要是封閉的迴路，所以影像壓縮標準不會是個問題，重點是壓縮的影像是不是能夠有高品質同時具有高壓縮比、低bitrate。如果MPEG2可以壓縮出DVD的品質同時資料在2Mb(Bit)/sec以下，那你要欺騙客戶說這個是H.264++，客戶也會樂於接受。至於說到備份的問題，不標準就不能夠播放?其實這個跟在PC上電影一樣，只要你加入軟體codec，包准你可以看盡網路上所有可以下載的電影。 話說回來，這麼多專家學者研究出來的標準規範*，其實就是提供給壓縮演算法的一個原則、方法跟技巧，不是這麼容易就可以被打破的，所以在壓縮晶片上還是多有符合上面的方法，只不過監控為了要符合監控多CH(multi-channel)、更低的靜態壓縮比(High Compression Ratio in Fixed-camera)、CIF(or SIF or QVGA)解析等特性，而來調整壓縮演算法來適應監控的壓縮特性。 在目前監控所用的壓縮如果要容易網路傳輸的，還是要多考慮MPEG4、H.264的壓縮；至於有人說如果影像要好，要選擇JPEG2000，我的想法是，現在MPEG4、H.264做出來的不見得就比較差，實在是要多方比較看看。至於市面上這麼多喜歡在演算法前面加上形容詞的怎麼辦? 很簡單，通通排一排來實測。 還有，系統穩定最重要。 *Image compressing architecture: ME/MC (Motion Estimation/Motion Compensation), DCT/IDCT (Discrete Cosine Transform/Inverse Discrete Cosine Transform), Q/IQ (Quantization/Inverse Quantization), VLC/V

在監控影像的規格裡常常出現下面幾種: CIF、SIF、2CIF、 4CIF、 D1、VGA、QVGA到底怎樣才能夠分辨的清楚呢? SIF的是source (or standard) input format的縮寫，MPEG1的定義裡要先把704x480i or 704x576i的輸入影像只取odd(1st) field 再對水平方向來壓縮成352x240p or 352x288p來有利於傳輸跟儲存，等到解壓縮時候再還原。所以SIF會訂定成352x288(後面是i or p要看用途跟處理) or 352x240，QSIF為176x144 or 176x120。可是PC都希望影像都是長方形的，所以影像配合PC修改成SIF:320x240、QSIF :160x120 CIF是 Common Interface(or Image) Format的縮寫。標準的PAL、NTSC在analog TV 系統定義是720x480 和 720x576 為active resolution。可是一般數位影像處理的時候，人們往往懶的處理最後的16bits，為了這樣情況後來變成最前面跟最後面8bits都去除。在video conference用352x288、352x240也就是CIF，在手機上面用176x144、176x120也就是QCIF。再回頭過去定義704x480、704x576為4CIF。704x240、704x288為2CIF。 VGA是 Video Graphics Adaptor的縮寫。 VGA定為640x480，而QVGA定成320x240，CIF和SIF後面為了PC的長方形要求也變成了320x240，遇到PC大家都要乖乖聽話。尤其在PC capture card上面，有的PC capture card不管在PAL或是NTSC有320x240的規格，這個規格會尤其明顯。 至於某些用DSP壓縮的DVR上面有一些比較”特別”的錄影解析，其實是因應DSP壓縮能力所改出來的。有機會再來討論一些SDTV、EDTV比較特別，會運用到16:9、不是13.5MHz sample rate的例子。 上面說明DVR在壓縮時候的錄影規格，下面跟大家分享DVR在顯示的時候會有哪些顯示規格? 其實有很多影像規格既不是4:3也不是16:9，蠻有趣的。目前比較熱門的VGA chip PT8528、MDI

DVR上面常常會有許多讓人看不懂的規格，不光是成品，就是連IC上面也多標示不清考驗你我的認知跟耐力。 多工與否:simplex、duplex 規格沒有註明就是單工(simplex)，錄影(recording)跟回放(playback)之間只可以擇一，甚至連選單(MENU)操作時錄影都要停下來。如果是自己的商店或是住宅那還可以接受，但是如果在有絕對責任的地方回放的時候剛好發生事故.....。 雙工: 錄影跟回放各自獨立稱之為duplex，不會互相干擾。在消費性電子稱之為時光平移(time shit)；三工: triplex，雙工之外加上網路功能，但是還是有人還是習慣稱為雙工；四工、五工、六工: 噱頭，詳細情況可以找黃飛鴻。 基本上分成顯示(live/Display)、錄影(recording/record)、回放(playback/time shift) 基礎的規格有可能會寫成下面: 以Standalone來說的live都是real-time，所以後面會標示成CIF錄影張數/CIF回放張數120/120、240/240、480/480。舉例來說4ch duplex 120/120表示4ch、雙工、錄影CIF120張、回放120張。當然也會有不對稱的錄影/回放的表示方式，例如16ch duplex 480/120所表達出來的是16ch、雙工、錄影CIF480張、回放CIF120張。雖然有不對稱的錄影/回放，但是並不代表這樣的影像品質會比較差，規格上雖然舊了一點，但是這類的產品還是廣為大家所認同且品質可靠。 PC base可以使用硬壓HW compressing也可以做軟壓(影像擷取 capture)方式。 PC card因為live不見得是real-time，所以會標示成三個分別代表live/record/playback。如:480/480/480、480/120/120、120/120/120 以16ch的產品來講 480/480/480的產品表示 live/record/playback都是real-time 480/120/120表示live real-time/錄影CIF 120張/回放CIF 120張 120/120/120表示live/record/playback都是CIF 120張，注意這裡的live就不是real-time。 根據前面幾篇文章所提到的

等這篇文章已經快兩年了。這三四年來其實已經有不少碩士論文做安全監控產業的分析探討，文章讓人期待，所以再第一時間就把它下載來看。 姓名: 練文旭(Wen-Hsu Lien) 畢業系所: 管理學院高階主管企管碩士班(Executive MBA) 論文名稱: 台灣影像監控產業分析與事業經營策略研究 http://thesis.lib.ncu.edu.tw/ETD-db/ETD-search-c/view_etd?URN=93430008 後面我會閱讀這篇論文，把精華整理出來。

產品生命週期 Product Life Cycle 市場導入期 DVR剛剛推出時，產品的需求與應用尚未完全確認，人力資源集中在研發。同時市場尚未普遍接受(或熟悉)產品的應用與價格。行銷方面需切割不同的市場需求，之後集中火力針對有急迫性需要的市場來銷售，訂定出較高的價格來支撐初期研發與行銷的費用。 注重: 研發、銷售 如最早期DVR欲取代VCR時代。 市場成長期 產品已經為市場所接受，規格大致已經確認，此時研發需注重產品的使用介面、增加附加功能、齊全產品線。銷售部份要擴大產品的銷售通路、涵蓋最大的範圍，務必能夠產生最大的市佔率。 注重: 行銷、研發 如現在的IPCAM市場、H.264 DVR 市場成熟期 競爭者眾多產品獲利大幅下降。建立強大的採購能力，生產成本變成關鍵，品質管理需要加強來避免退貨所造成的損失。強調品牌與服務，能夠提供市場一站購足的便利性甚至使用補貼方式來銷售。 注重:採購、生產 市場衰退期 需要龐大的現金、快速的周轉速度，良好的品管採購能力來擊垮其他對手，逼退對手退出市場。利用現有的通路、市場與生產能力來推出下一代的產品。 注重:財務、採購、生產 DVR的世代演進: VCR-->MJPEG DVR-->MPEG4 、JPEG2000 DVR-->H.264 DVR

針對DVR chip的五力分析。 供應商議價能力: IP & Foundry ( tsmc, UMC, Faraday, Globalunichip....) .....(恕刪).. 客戶的議價能力: ( AVtech, Everfocus, Dynacolor, Hikvision....) .....(恕刪).. 潛在者的進入障礙: TI( TI, ADI, NXP...) .....(恕刪).. 替代威脅:IPCAM, Video Sever( Davicom, novatek, prolific, ISSC) .....(恕刪).. 現有競爭者:關鍵成功因素、現有競爭態勢(壓力?) .....(恕刪).. 實際情況不能夠公佈，但是下面是wiki的解說，還請大家發揮想像力。 來自消費者的議價能力 消費者集中度 談判槓桿（bargaining leverage） 消費者購買數量 消費者相對於廠商的轉換成本 消費者獲取資訊的能力 消費者 垂直整合 （bargaining leverage，backward integrate）的程度或可能性 現存替代品 消費者價格敏感度 總消費金額 來自供應商的議價能力 供應商相對於廠商的轉換成本 投入原料的差異化程度 現存的替代原料 供應商集中度 供應商 垂直整合 （bargaining leverage，forward integrate）的程度或可能性 原料價格佔產品售價的比例 來自潛在進入者的威脅 進入障礙 規模經濟 品牌權益 轉換成本 強大的資本需求 掌控通路能力 絕對成本優勢（absolute cost advantages） 學習曲線 政策 來自替代品的威脅 消費者對替代品的偏好傾向 替代品相對的價格效用比 消費者的轉換成本 消費者認知的品牌差異 來自現有競爭者的威脅 消費者的力量 供應商的力量 來自潛在競爭者的威脅 來自替代品的威脅 現有競爭者的數目 產業成長率 產業存在超額產能的情況 退出障礙 競爭者的多樣性 資訊的複雜度和不對稱 品牌權益 每單位附加價值攤提到的固定資產 大量廣告的需求 關鍵字: DVR，五力分析，IPCAM

要設計一款DVR或通路商要選擇新的產品線代理，需要考量幾個因素，我其中我認為比較重要的因素，用魚骨圖表達出來 當然，這裡的考量的面比選擇IC來的多了。

這是OOAD/UML(物件導向分析設計)套用在DVR上面的案例(實際上我只做到分析) 由於轉換的關係，有很多表格不能夠顯示，所以只能夠提供精簡版，大家抓到幾個OO的重點就好了，如果google文件可以和MS word互通，我再把完整的拿上來。 OOAD for Digital Video Recorder. Contents 1 Requirement document ……………………………………………………… 3 1.1 Change History …………………………………………………… 3 1.2 Problem statement …………………………………………………… 3 1.3 System context diagram …………………………………………… 4 1.4 Summary of system features ……………………………………… 4 1.5 Use cases ……………………………………………………………… 6 1.5.1 use case diagram ……………………………………………… 6 1.5.2 use case description ………………………………………… 6 1.6 Non-functional requirements and constraints ………………… 9 1.6.1 Supplementary specification……………………………… 9 1.6.2 Data dictionary……………………………………………… 10 1.7 Software environments ……………………………………………… 11 2 Domain class model ………………………………………………………… 11 2.1 Domain class diagram showing only concepts…………………… 12 2.2 Add associations…………………………………………………………. 13 2.3 Add attributes……………………………………………………………. 13 3 System sequence diagram…………………………………………………… 14 3.1 system sequence diagram…………

我產業分析所作的SOC選擇要素魚骨圖。 一家公司如果要研發自己的DVR或IC設計公司想要推出新IC來打入這個市場，需要考慮下面的因素。當然，魚骨圖沒有完美的，我只有列出幾個我認為比較重要的因素。隨著時間的不同、客戶的要求不同、對手的情況不同、應用層面不同，魚骨圖都需要加以修改。 IP: MJPEG, JPEG2000, H.264, MPEG4, ARM, MIPS, PowerPC, audio codec Interface: PCI, IDE, SATA, USB, GPIO, I2C Component: video decoder, video encoder, VGA controller, Flash, SDRAM, memory Software: OS, Kernel, device driver Functions: QUAD, MUX 一開始當然是選擇影像需要做的影像壓縮格式，要有哪些影像處理器、周邊、BOM、OS的考量。 但是當中的重點是:權重在哪裡? 各家IC的優缺點在哪裡?對手的情況如何?我不能寫，這是秘密。 關鍵字: DVR, IPCAM, Video server, Fishbone

這是在2007年所做的IC Layout。實在是做的蠻簡單的，如果我早一點懂混波或許我就可以加入電容架構來對ADC、DAC做sample and hold模擬，這樣才更有意思。如果還加上後期的FPGA實體繞線，不知道可以多有趣? 以下是2007年所作的4 bit mux， 原本是想要做9 bit switch for 656 format。但是因為pad不夠所以只有做出4bit，不過還是跟其他同學做的有不同的地方。 MUX多工器一直是SOC上必要的零組件，在數位影像IC內經常需要MUX來切換數位影像訊號 ( 656 format )，656輸入訊號由8個data與一個clock組成。 在這樣的實做過程中還要住要DRC & LVS & Hspice訊號模擬，最後加上PAD與外部輸出入結合。 1) 因為PAD提供輸出入不足，所以僅做4位元2組輸入MUX做為樣板。 2) 比較觀察其他同學，我的layout優點是我使用了poly當作Sel訊號線，Sel訊號貫穿MUX同時有兩組正反訊號，所以在初期就避免使用M2來使圖面更為簡單，同時也都通過DRC、LVS驗證表示可行。 3) 在成本的考量上來說，少用M2可以使公司省下大量製造成本，由於我的訊號線已經由poly傳輸，目前圖面上還是使用少量M2，若有足夠時間，可望可以用ploy&M1搭配方式下，省掉M2製程。 關鍵字:VLSI、DRC、LVS、BT.656

了解ADC、DAC的架構。從最基礎的sample and hold、Switched-capacitor circuits、Nyquist-rate D/A Converters到後面的實際應用，讓我對於video decoder的構造原理更有感覺。 下面是我閱讀的幾篇混波積體電路相關文章 主要資料 1) A CMOS 16-bit 20MSPS Analog front end for scanner/MFP Application. By Seung-Bin You, Jae-Whui Kim, Suki Kim. IEEE senior Member IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol 49, No.3, August 2003. 2) Design of high-speed Analog-to-digital converter Base-on pipeline architecture 次要資料 3) Selecting an Analog Front-End for Imaging Applications By Kevin Buckley, Analog Device. 前言 這篇文章使用16-bit AFE for CCD/CIS scanner and multi-function peripheral (MFP) ，使用3個channel 的高解析度雙取樣(correlated double sampler, CDS)、一個PGA(programmable gain amplifier)、一個參考電壓。這篇文章使用三星Samsung 0.35um CMOS 製程。晶片面積8mm，在3V電源供應之下功率消耗300mW。在CDS-PGA-ADC的通道傳輸之間，沒有missing code，且DNL在+1.3~-0.92LSB, INL在+6.7~-16.6LSB。 CCD、CIS目前再消費性電子已經是非常實用且受歡迎的產品，因此人們更需要更高解析度的AFE，但是大部分12~14bit接析度AFE只有在5V，15MSPS。這篇論文會提出16bit 20MSPS在3V且低功率消耗的AFE。第一，需要全差動的設計來降低雜訊的干擾同時能夠符合高動態訊號輸出；第二，在CDS的輸出訊號要注意在black