【安防知識(shí)網(wǎng)】視頻處理芯片技術(shù)作為數(shù)字監(jiān)控的動(dòng)力之源，其技術(shù)創(chuàng)新的每個(gè)步伐都在行業(yè)內(nèi)掀起一次熱潮。百萬像素時(shí)代，芯片技術(shù)的發(fā)展和突破開始引領(lǐng)新一輪應(yīng)用風(fēng)暴。以SoC為代表的單片系統(tǒng)憑借耗電量低、體積小、低成本等優(yōu)勢(shì)，在數(shù)字監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域格外活躍。隨著芯片廠商越來越重視用戶對(duì)更高清晰的追求，市面上采用SoC芯片方案的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、DVR、DVS、混合式DVR等產(chǎn)品越來越多。本文重點(diǎn)關(guān)注SoC芯片方案如何滿足百萬像素時(shí)代的需求，目前主流的SoC芯片方案，及其可以提升網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、DVR產(chǎn)品的哪些效能。

　　隨著數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的日臻成熟和完善，以及逐步向IP、高清、智能方向發(fā)展，其中SoC單片系統(tǒng)在核心芯片技術(shù)領(lǐng)域扮演的角色越來越受到重視，尤其在通往百萬像素的道路上，被眾多安防設(shè)備商賦予了厚望。在我們本期產(chǎn)品新視野專欄中，根據(jù)調(diào)查顯示2011年，從數(shù)量上百萬像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)約占網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)總臺(tái)數(shù)的33%，金額上約占網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)整體市場(chǎng)規(guī)模的36%，可見，百萬像素正逐漸成為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)市場(chǎng)的頂梁柱。

　　以升邁、海思等為代表的芯片廠商，基于DSP或ASIC芯片開發(fā)出集成度更高的單片系統(tǒng)SoC芯片方案，TI、NXP等DSP芯片商也推出了SoC芯片方案。從某種程度說，SoC將進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)字監(jiān)控領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，并讓技術(shù)創(chuàng)新更容易付諸現(xiàn)實(shí)。從海思2006年推出H.264 SoC芯片方案，到TI推出的“達(dá)芬奇”DM644x系列，集成了ARM9、DSP和VPSS的SoC平臺(tái)等等，加入SoC陣營的芯片商也越來越多，硬件廠商也開發(fā)出越來越多基于SoC平臺(tái)的產(chǎn)品，如波?？萍脊煞萦邢薰镜陌偃f像素?cái)z像機(jī)采用的就是TI達(dá)芬奇系列芯片。而具備更高集成度、更高處理能力和運(yùn)算速度的SoC芯片方案同時(shí)兼具了ASIC和DSP的優(yōu)點(diǎn)。既具備ASIC體積小、低功耗、低成本、高可靠性的特征，又降低了開發(fā)的復(fù)雜度，保證了靈活性的特點(diǎn)，解決了DSP高成本的難題。

　　百萬像素時(shí)代SoC芯片方案的關(guān)注點(diǎn)

　　那么，基于SoC芯片的解決方案如何去適應(yīng)百萬像素時(shí)代的發(fā)展需求，我們將從以下三個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)探討：能夠支持的高清路數(shù)、能夠輸出的碼流有幾種、本地輸出界面和遠(yuǎn)端輸出界面包括哪些。

　　可以支持的高清路數(shù)

　　在視頻核心器件領(lǐng)域，無論是前端解碼芯片還是后端壓縮處理芯片領(lǐng)域，各個(gè)芯片廠商一直在追求產(chǎn)品集成度的提升，而以后端壓縮處理芯片的發(fā)展過程來看，其芯片的集成度和運(yùn)算能力一直在進(jìn)步，單芯片處理的路數(shù)也一直在增加，從以前一顆單芯片只能實(shí)現(xiàn)1路視頻輸入，慢慢發(fā)展到一顆芯片可以實(shí)現(xiàn)2路、4路、8路、16路甚至更多路的視頻輸入，可以支持的高清路數(shù)也在提升。

　　目前，TI在今年首季推出新一代達(dá)芬奇視訊SoC，在DM646x的基礎(chǔ)上，將CPU由ARM9最高的500MHZ主頻提升到1GHz主頻的Cortex A8，用于視頻壓縮的HD-VICP視頻協(xié)處理器由兩個(gè)V1.0單元增加到三個(gè)并提高為V2.0,處理能力也由1路H.264格式的1080P@60fps增加了三倍，同時(shí)，單芯片DM8168可以實(shí)現(xiàn)支持H.264格式16路D1視頻編碼，同時(shí)支持混合配置8路D1視頻解碼。在高清方面，單芯片DM8168可支持3路H.264格式的1080p@60，或6路1080p@30或12路720p，這也是單芯片在多路通道高清支持方面取得的一個(gè)突破。

　　另外，海思的Hi3520是具有2路高清編解碼能力的SoC解決方案，集成了高清視頻級(jí)聯(lián)通道，可以快速構(gòu)建多片級(jí)聯(lián)的百萬像素編碼器或者解碼器，而且在高清解碼或者編碼時(shí)可達(dá)到1080p@30fps。另據(jù)富瀚微電子的市場(chǎng)銷售部產(chǎn)品經(jīng)理張克非介紹，該公司早前推出的FH8735和FH8736高清視頻編碼解決方案也支持1路1080p@30fps或2路720p@60fps格式的高清視頻實(shí)時(shí)編碼。

[nextpage]　　多碼流輸出

　　壓縮算法不斷升級(jí)、壓縮比的不斷提升，使得高清之下的畫質(zhì)和實(shí)時(shí)性有了更佳的表現(xiàn)，例如目前市場(chǎng)上H.264已是毋庸置疑的主流壓縮格式，也已經(jīng)出現(xiàn)基于H.264的SoC芯片方案?！叭欢?，實(shí)際應(yīng)用中，由于帶寬的限制和用戶使用成本的考慮，高清雖然能帶來更多的細(xì)節(jié)信息判讀，但是不能在目前的成本下通過高碼流來實(shí)現(xiàn)，因此，在不同的需求和帶寬環(huán)境之下，對(duì)可以支持的碼流輸出亦有更多的需求?！迸_(tái)灣升邁科技股份有限公司的產(chǎn)品與市場(chǎng)經(jīng)理鄭順發(fā)表示。

　　據(jù)TI通用DSP業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理鄭小龍介紹，TI今年主推的DM8168就捆綁了多種多樣的壓縮格式，包含H.264、MPEG4、MPEG-2、M-JPEG,同時(shí)還支持VC1和AVS等，某種程度上有助于解決視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)多種視頻格式兼容性的難題。而升邁早在07年就推出了集成MPEG-4/JPEG的SoC解決方案，隨后更是推出了高度集成H.264、MPEG-4、JPEG的SoC解決方案，實(shí)現(xiàn)在H.264格式下實(shí)時(shí)1280×720@30fps或者1280×960@22.5fps等多碼流輸出。

　　海思則從Hi3510開始，就對(duì)監(jiān)控專用的視頻壓縮技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究。在使用H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)下考慮到視頻的時(shí)延性和打包的方便性，推出了2M帶寬的720P實(shí)時(shí)Hi3512高清解決方案,Hi3515芯片方案在此基礎(chǔ)上將性能提升到了1080P@30fps，強(qiáng)化細(xì)節(jié)效果等等。

　　在高清方面，大部分的SoC芯片方案并沒有產(chǎn)生延時(shí)的情形。在SoC架構(gòu)的改良下，延時(shí)與碼流控制獲得更好的解決方案。

　　豐富的界面設(shè)計(jì)

　　在視頻監(jiān)控領(lǐng)域除了追求畫質(zhì)的高清晰、多通道和多碼流輸出外，SoC的界面設(shè)計(jì)所能支持的功能也受到關(guān)注，這也是SoC集成度更高的表現(xiàn)，比如存儲(chǔ)、管理、顯示、供電配置等等。

　　以TI新推出的DM8168為例，與上一代的DM6467相比較，除了體積變小之外，還進(jìn)行了低耗設(shè)計(jì)，所以其只有原來單芯片1/5空間大小，1/3電力消耗及1/2成本。此外，DM8168還集成了2D/3D的圖形加速器、高級(jí)顯示子系統(tǒng)，在Cortex A8的支持下，新一代DVR界面還將全面實(shí)現(xiàn)三維圖形菜單顯示，另外還集成了SATA串行高速硬盤接口、PCle增強(qiáng)高速外設(shè)接口、GMII千兆以太網(wǎng)接口等等。

　　海思推出的SoC方案也考慮到了工程的實(shí)際需求。其Hi3515內(nèi)置CVBS輸出，用戶可以直接用傳統(tǒng)模擬顯示器看到網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)內(nèi)部的各種參數(shù);其Hi3520具備靈活的編解碼策略，很容易均衡DVR性能，配合DHCP可對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行管理，同時(shí)采用高清級(jí)聯(lián)通道，以及高清VGA/HDMI的輸出接口，可在一臺(tái)設(shè)備里管理多個(gè)百萬像素?cái)z像機(jī)。

　　富瀚微電子發(fā)布的FH8735和FH8736則支持HDMI、DVI、YPbPr、VGA、SDI等多種高清視頻接收器的視頻輸入，支持對(duì)輸入視頻進(jìn)行去隔行、去噪聲、多個(gè)文本和圖形OSD疊加、圖像畫面縮小、移動(dòng)偵測(cè)等多種圖像處理功能，功能考慮周全。

　　豐富的界面設(shè)計(jì)，為廠商針對(duì)不同的應(yīng)用需求和應(yīng)用環(huán)境開發(fā)出符合行業(yè)需求、差異化的產(chǎn)品提供了多種選擇，如滿足多用戶訪問、雙向語音對(duì)講、移動(dòng)檢測(cè)等特殊的業(yè)務(wù)需求。

[nextpage]　　基于SoC的高清主流解決方案

　　芯片廠商對(duì)視頻監(jiān)控需求的認(rèn)識(shí)越來越清晰，以TI、海思、升邁、富瀚微、NXP、ADI等為代表的芯片廠商，都紛紛專門針對(duì)視頻監(jiān)控推出了SoC芯片解決方案。

　　TI作為芯片技術(shù)領(lǐng)域的佼佼者，一舉一動(dòng)都受到行業(yè)關(guān)注。截止目前，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)推出達(dá)芬奇系列十多款芯片。其早期推出的達(dá)芬奇DM644x系列便可作為H.264的中低端DVR或DVS的處理核心，而無需另加CPU，也可以實(shí)現(xiàn)高端H.264分辨率D1的智能IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。DM6467系統(tǒng)芯片作為達(dá)芬奇系列芯片的一個(gè)高峰，可以滿足DVR和DVS對(duì)更高清晰度的需求。TI今年主打的DM8168，可支持高達(dá)16路的H.264高規(guī)格的D1編碼和8路的D1解碼，大大降低了DVR的制造成本。

　　升邁除了在07年開發(fā)出GM8120的DVR高清解決方案，此后陸續(xù)推出的GM8180、GM8161、GM8181等芯片都在DVR和IP Camera產(chǎn)品領(lǐng)域有所作為。GM8180主要應(yīng)用在IP Camera、DVS、DVR，單芯片能夠?qū)崿F(xiàn)H.264 D1 75fps的編解碼，適用于4路、8路、16路H.264 DVR。其最新推出的芯片GM8126主要是應(yīng)用在高清IP Camera。

　　海思近年來也大展身手。從最初推出標(biāo)Hi3510芯片開始，又陸續(xù)發(fā)布了升級(jí)版Hi3512的720p網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)解決方案，緊接著在去年又發(fā)布了第三代監(jiān)控解決方案Hi3515和Hi3520高清DVR解決方案。

　　為適應(yīng)DVR的高清化趨勢(shì)，富瀚微電子在2009年推出了FH8735多通道H.264編碼芯片;同時(shí)在新一代的DVR 產(chǎn)品方案中，引進(jìn)和使用Sigma Design公司的最新專業(yè)級(jí)高清播放器芯片SMP8655。該方案支持8路同時(shí)回放，具有顯示處理功能，支持HDMI和VGA豐富的接口，已在視頻安防監(jiān)控、視頻會(huì)議、高清視頻游戲、遠(yuǎn)程機(jī)房控制、遠(yuǎn)程教育和遠(yuǎn)程醫(yī)療等得到應(yīng)用。

　　此外還有更多芯片商在開發(fā)符合高清需求的SoC芯片，在此就不一一例舉。值得關(guān)注的是，芯片方案的增加，也帶出了另一個(gè)值得關(guān)注的議題，如何照顧到標(biāo)準(zhǔn)化的需要。目前比較有影響力的三大標(biāo)準(zhǔn)——ONVIF、PSIA、HDcctv，也是芯片商在朝高清、智能方向發(fā)展需要特別關(guān)注的。

　　SoC：安防設(shè)備的變革引領(lǐng)者

　　對(duì)于設(shè)備廠商而言，SoC芯片方案對(duì)于IP攝像機(jī)、DVR、DVS等核心監(jiān)控設(shè)備而言的確帶來了效能提升。

　　以網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)應(yīng)用為例，以往需要視頻傳感器搭配視頻前端處理器，以及視頻編碼器和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理器，而SoC可以將視頻編碼器和系統(tǒng)處理器集成，并且在可編程的SoC中集成視頻前端處理器，而且SoC中豐富的擴(kuò)展接口還可以與傳感器網(wǎng)絡(luò)共同應(yīng)用，具有多種形式連接，將互通、結(jié)合和融合應(yīng)用到不同的場(chǎng)景。

　　另外，由于其具有集成度高和可靠性高的優(yōu)勢(shì)，SoC芯片極大地降低了DVR等監(jiān)控設(shè)備開發(fā)門檻，這對(duì)最終用戶來說是很關(guān)鍵的?；赟oC可以在較短時(shí)間設(shè)計(jì)出產(chǎn)品，縮短產(chǎn)品的上市周期，這是SoC的主要價(jià)值所在。在SoC體系架構(gòu)上，DVR的存儲(chǔ)容量和后端顯示上都有了明顯的進(jìn)步，比如在高清編解碼芯片的支持下，監(jiān)控分辨率從D1逐漸向HD或百萬高清的方向發(fā)展，錄像分辨率也從CIF開始走向720P、1080P，編碼也走向更高壓縮效率的H.264。

　　除此以外，SoC在智能化方面也逐漸展露出發(fā)展勢(shì)頭，芯片商在智能方面都有做出努力。如TI針對(duì)智能化網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)市場(chǎng)，今年初推出了DMVA1，集H.264格式D1分辨率視頻壓縮和基礎(chǔ)智能功能為一體的單芯片解決方案，其中基礎(chǔ)智能功能為目標(biāo)物體統(tǒng)計(jì)、警戒區(qū)檢測(cè)、智能移動(dòng)檢測(cè)、攝像頭防攻擊和遮擋，還有影像目標(biāo)實(shí)時(shí)提取跟蹤處理等。而升邁的SoC芯片也可以應(yīng)用到智能分析監(jiān)控中，比如臉部分析或者物體的探測(cè)等。不過智能的實(shí)現(xiàn)還仰賴于芯片判讀準(zhǔn)確度的提升，“目前無論對(duì)于芯片廠商還是設(shè)備廠商而言，最首要的是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高清監(jiān)控，如何提升芯片的集成度、高清編碼的性能是芯片商關(guān)注的焦點(diǎn)，藉此來滿足智能視頻分析的需求，”升邁鄭順發(fā)強(qiáng)調(diào)。

　　應(yīng)該說在高清智能化的趨勢(shì)之下，芯片已經(jīng)開始向更高集成度、更高性能的方向發(fā)展。以設(shè)備廠商的角度而言，芯片商應(yīng)該結(jié)合市場(chǎng)發(fā)展需求，如同波粒智能的毛忠彪所言，芯片廠商不應(yīng)該局限于安防產(chǎn)品本身，而應(yīng)更多與終端應(yīng)用市場(chǎng)進(jìn)行接觸，使得芯片的研發(fā)更加貼近市場(chǎng)本身。