根據Omdia估計，2023年全球安防攝像頭市場（高清模擬攝像頭、網絡攝像頭、防爆攝像頭和熱成像攝像頭）總體發貨量約為1.9億臺，預計到2028年，總體發貨量將達到2.6億臺。2023年，中國的發貨量占據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全球安防攝像頭發貨量（來源Omdia）

根據中國安全防范產品行業協會組織編制的《中國安防行業"十四五"發展規劃（2021-2025年）》提示，"十三五"期間，據中安協初步統計：到2020年底我國安防企業達到3萬余家，從業人員170多萬人；2020年安防行業總產值約達到7950億元，實現增加值約為2650億元，"十三五"期間年均增長率達到了10%以上。在行業總產值中，視頻監控約占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展階段：

2019年以前，以“安全“為驅動力，在公共服務事業領域呈現指數級增長，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）結合硬件（芯片），從高清攝像頭向智能攝像頭升級，商用和家用產品市場份額持續攀升。

圖2：各類外形和功能的網絡攝像頭

網絡攝像頭（IP Camera，簡稱IPC）是將視頻信號經過數字化處理后，通過網絡進行傳輸，實現遠程監控的設備。近年來，網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存的快速啟動待機技術，AOV成功實現了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低功耗IPC在PIR傳感器未觸發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，適合在一定區域范圍內進行重點追蹤監控；球型攝像頭可以通過云臺的旋轉和移動來360°調整視角，監控范圍更加廣闊；而槍球一體聯動雙攝攝像頭，顧名思義，是結合槍型攝像頭和球型攝像頭的優勢特點，一臺設備兼顧全景和細節。

兆易創新IPC解決方案

作為網絡攝像頭產業上游關鍵力量，芯片供應商在IPC解決方案中發揮了舉足輕重的作用。其中，兆易創新在存儲、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，還為下一代產品創新提供堅實有力的支撐。

圖3. 網絡攝像頭電源樹結構（Power Tree）

依據實際的監控場景，網絡攝像頭通常有四類供電方式：

◆ 電池供電

該方式依賴內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

通過一根以太網線就能同時完成數據傳輸和電力供應，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，穩定性好，廣泛適用于各類電源規格的設備。

◆ 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，以此為網絡攝像頭提供持久且穩定的電力供應，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域場景。

網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鋰電池或者是雙節鋰電池，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的多種穩定輸出電壓。隨后，進一步經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（低壓差線性穩壓器）芯片，以實現更為精細的電壓調節，最終輸出更低的電壓等級，包括1.2V、1.5V和2.8V，以滿足網絡攝像頭內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

?支持寬電壓輸入范圍4.2-18V/25V，最低支持輸出電壓為0.6V

?輸出電流為1A/2A/3A

?轉換效率高達95%

?支持FCCM 和Pulse-Skip Mode模式切換

?支持過流、過壓、過溫和Hic-cup短路保護

?采用恒定接通時間（COT）架構，實現高壓降壓應用中的快速瞬態響應

GD30DC110X系列DC-DC高效同步降壓轉換器芯片

?支持輸入電壓范圍2.5-6V，輸出電壓為0.6V-Vin

?輸出電流為1A/1.2A/2A

?轉換效率高達95%

?最高開關頻率達到1.5MHz，duty cycle 可達100%

?支持FCCM 和Pulse-Skip Mode 模式切換

?支持過流、過壓、過溫和Hic-cup短路保護

GD30DC2301 DC-DC高頻異步升壓轉換器芯片

?支持寬電壓輸入范圍2.5-18V，最高輸出電壓可達36V

?支持最大輸出電流為2A

?轉換效率高達95%

?1MHz固定開關頻率

?內部集成150mΩ Power MOSFET，輸出恒定電流驅動多路LED燈

GD30LD2010 高PSRR、低壓差線性穩壓器芯片

?支持輸入電壓范圍1.5-7V，輸出電壓范圍為0.8-5V

?支持最大500mA的輸出電流

?輕負載條件下靜態電流僅為40uA

?高電源電壓抑制比（PSRR）：80dB@f =1KHz

?低輸入輸出電壓差：520mV@500mA@VOUT=1.8V

?熱關斷保護，電流限流保護

圖4. 有線PTZ IP Camera 經典系統框圖

以一臺有線PTZ網絡攝像頭為例，通常來說它的硬件架構系統涵蓋了多個關鍵組件，包括鏡頭、圖像傳感器、環境感知傳感器、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，實現監控畫面的全方位移動和細節放大，以便更細致地觀察監控區域的細節。這一功能在需要大范圍監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，可在實現光圈控制（IRIS）功能的同時，實現變焦（Zoom）和對焦（Focus）功能：

?調節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整畫面清晰度, 例如調成近焦（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整角度，從而實現覆蓋更廣闊的監控區域的監控。對于槍型攝像機等監控角度和位置相對固定的機型，也可以采用GD30DR380X來實現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。內部電荷泵產生柵極驅動電壓。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馬達驅動芯片協同工作，能夠實現對鏡頭以及多路電機的統一高效控制。

內置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。使系統能夠針對鎖定的目標執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，系統還能靈活調控鏡頭的變焦功能，從而捕獲高分辨率的視頻圖像，進一步提升監控與追蹤的精準度與細節表現力。

2. 環境感知

在市場需求的持續推動下，網絡攝像頭的智能化進程正在持續深度演進，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，監測并分析其運行環境中的每一個細微變化與動態信息，為后續的智能化處理與決策提供堅實的數據支撐。主要傳感器模塊包括：

?光線傳感器

光線傳感器來測量環境光照強度的變化，自動調節圖像傳感器的參數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

實時監測周遭環境的溫濕度的變化，可以在監控視頻上顯示溫度和濕度數據，也可以上傳至云端，還可以根據實際條件設置觸發警報。GD30TS100N/112N為高精度、低功耗的本地數字溫度傳感器，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

低功耗網絡攝像頭平時處于低功耗的休眠狀態以延長電池壽命或降低能耗。一旦有物體在攝像頭的監控范圍內移動，被動紅外（PIR，Passive Infra-Red）傳感器會立即感知并觸發攝像頭從休眠中喚醒，迅速啟動錄像或警報功能，實現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），經過光/電轉換后，再進行模擬信號到數字信號的轉換。隨后，依據MPEG4、H.263、H.264、H.265或M-JPEG等視頻編碼標準，對數字信號進行高效的視頻編碼與壓縮處理。完成這些步驟后，視頻數據即可打包經由網絡通信上傳至指定存儲位置。

網絡攝像頭自帶麥克風收音和揚聲器外放，既可捕捉周圍環境中的聲音，也可以播放語音指令和警告信息，實現遠程監控人員與被監控區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實現模/數和數/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的控制和調度重任。當前網絡攝像頭的主控方案趨于采用SoC（系統級芯片）/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，并靈活應對各類攝像機場景需求。

兆易創新NOR/NAND Flash與DRAM產品系列憑借其全面的規格覆蓋、出色的性能表現、低功耗設計理念、卓越的產品質量以及高度的可靠性，成為了網絡攝像頭設備值得信賴的選擇。