HaaS低功耗IP Camera解决方案

Posted 2021-08-03 HaaS技术社区

1. 背景

根据艾瑞咨询测算，2020年中国家用智能视觉产品市场规模为331亿元，伴随着智能视觉与智能家居产品的进一步融合，预计在2020年到2025年间的年复合增长率为21%，而家用IP Camera市场率先步入成熟期，2020年中国家用IP Camera出货量达4,040万台，预计未来五年的年复合增长率为15.1%；全球2020年家用IP Camera出货量为8,889万台，约为中国市场的2.2倍，未来五年全球市场的年复合增长率为19.3%，预计2025年全球家用摄像头出货量将突破2亿台，如图1-1所示。

图1-1全球智能家居摄像头（包括可视门铃）出货量和预测

这么大的市场有众多的品牌商和白牌厂商，目前这些品牌商和白牌厂商大多采用Linux系统来搭建智能视觉的解决方案，如图1-2所示。但是随着长供电产品竞争的白热化，以及市场对低功耗IP Camera的需求，再加上低功耗IP Camera无需任何外接电源和线路，一直是一种比较理想的产品形态。因此，当前各厂商都在陆续设计和开发相应的低功耗IP Camera解决方案。

图1-2 基于Linux搭建的视频解决方案

2. 常见低功耗IP Camera方案

低功耗IP Camera解决方案多采用电池供电，因此电池待机时长将决定低功耗IP Camera能否产品化的先决条件，因此低功耗IP Camera相较于长供电解决方案需要进行以下2方面的优化：

1） 主控芯片不需要工作时进入低功耗模式，甚至掉电模式，降低平均功耗；

另外，主控需要工作时可以快速启动，以满足业务需求，尽最大可能降低启动过程的功耗开销；

2） 通信模块更换为低功耗通信模块，降低通信过程的中功耗；

基于Linux的视频解决方案，系统从上电到应用视频业务出图的时间将长达几十秒钟，即使经过深度优化的Linux系统，上述过程的耗时也将长达2~3秒，况且大多厂商还不具备深度优化Linux系统的能力。因此，在低功耗IP Camera产品形态下，Linux系统很难满足低功耗和系统启动速度方面的技术要求。而以FreeRTOS为代表的的RTOS系统具有的启动速度快和资源消耗少的特性，可以很好地解决Linux系统面临的问题。但是这些RTOS系统的弱生态使它对应用和驱动的支持不是非常友好，导致厂商采用RTOS方案的难度较大。针对厂商面临的这些问题，HaaS创新积木重要一员的IP Camera解决方案针对RTOS系统的弱生态问题，通过使用Alios Things和芯片原厂深度合作软硬件一体的解决方案，很好地解决了上述问题，充分体现了HaaS物联网开发框架在IP Camera领域的优势。

低功耗通信模块大多是硬件支持低功耗模式，分成低功耗Wi-Fi和4G Cat1通信模组，低功耗Wi-Fi可以选择海思Hi3861L、芯之联低功耗无线MCU XR871GT等，这些低功耗Wi-Fi在低功耗Wi-Fi保活情况下的功耗可以低至uA级别；而4G Cat1模组的选择更为广泛，如移远EC100Y、EC600S、EC600U、EC600N，广和通L610，有方N58、N715等多款模组。

3. HaaS低功耗IP Camera方案

HaaS低功耗IP Camera解决方案是基于AliOS Things的RTOS解决方案。包括2大功能模块，如其架构示意如图3-1所示：

1）主控芯片+ AliOS Things完成Camera和码流相关的业务逻辑

2）低功耗通信和保活唤醒模块

主控芯片 + AliOS Things完成所有的Camera相关的业务处理，包括Camera设置，音视频采集，H264/H265/RTSP/RTMP等处理，如图3-1中的左侧部分；而低功耗通信和保活唤醒模块主要完成低功耗的网络通信（包括基于低功耗Wi-Fi和4G Cat1）和低功耗保活唤醒处理，如图3-1中的右侧部分。

图3-1 HaaS低功耗IP Camera解决方案

主控侧不需要工作时会掉电，以此降低整体的平均功耗。需要唤醒时再通过低功耗解决方案唤醒并恢复主控侧供电，主控恢复供电后快速启动完成相关的音视频操作。对于快速启动部分，AliOS Things通过和芯片原厂合作进行2个方面的深度优化：

• 内核并行化加载引擎技术，采用并行化的思路加速内核的加载速度，确保内核加载耗时小于80 ms；
• 应用程序的分段按需加载技术，采用缺页按需分段加载技术，确保应用程序的加载耗时小于70 ms；

系统从上电uboot启动、内核加载、应用加载，再到业务出图的整体耗时小于250ms，相较于采用深度优化的Linux方案，整体的启动速度降低了1个数量级，可以明显降低启动的功耗开销。

另外，人体红外线感应（PIR：Passive Infrared Detector）的处理也由低功耗通信模块处理，确保主控侧掉电后PIR可以正常工作。

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