數(shù)字信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以計算和通信兩大方向為標(biāo)志，由此又衍生出許多新興市場，數(shù)字視頻監(jiān)控正是其中極有生氣、極具活力的應(yīng)用領(lǐng)域。那么在這一領(lǐng)域中，廠商決勝的關(guān)鍵又是什么呢？
縱觀數(shù)字視頻監(jiān)控各個發(fā)展階段，技術(shù)創(chuàng)新是其最顯著的特征，而推動數(shù)字視頻監(jiān)控發(fā)展的動力則在于數(shù)字視頻技術(shù)與處理平臺相輔相承的不斷超越。從數(shù)字信號處理器（DSP）到數(shù)字媒體處理器，再到數(shù)字媒體單片系統(tǒng)（SOC）平臺，每一次超越都為更新的技術(shù)提供了更大的空間。面向未來數(shù)字視頻監(jiān)控的創(chuàng)新和競爭，更強(qiáng)大的技術(shù)手段的運用將是致勝的關(guān)鍵。
數(shù)字化的必由之路
數(shù)字視頻監(jiān)控與傳統(tǒng)模擬閉路電視系統(tǒng)在多年前的首度交鋒也許并未鋒芒畢露，但至少對模擬系統(tǒng)的地位有所動搖。如果說模擬閉路電視系統(tǒng)曾是視頻監(jiān)控的代名詞，那么這種看似直觀又簡單的系統(tǒng)，其實在功能上難免流于有“監(jiān)”而無“控”之實，因為一方面攝像機(jī)所拍影像是以順序記錄下來的，要去查看就非要倒帶不可；另一方面，點對點同軸線纜式的結(jié)構(gòu)特點也決定了傳輸方式的單一，以及網(wǎng)絡(luò)連接能力的不足。最早應(yīng)用的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)基于MPEG1數(shù)字視頻技術(shù)，雖然圖像質(zhì)量和實時性上差強(qiáng)人意，但數(shù)字化所帶來的益處顯而易見，比如數(shù)字存儲方式易于查詢和索引，而數(shù)字傳輸方式可以充分利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，也堪稱是一種突破。早期的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要借助于一些數(shù)字媒體芯片，MPEG1視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般采用專用視頻編碼器和通用音頻編碼器的組合方案，價錢雖然較為昂貴，但數(shù)字化的萌芽昭示了視頻監(jiān)控局面必將改觀。
在短短幾年后，當(dāng)數(shù)字視頻監(jiān)控與傳統(tǒng)模擬閉路電視系統(tǒng)全面交鋒時，模擬系統(tǒng)的根基被動搖了。采用MJPEG或MPEG4的數(shù)字系統(tǒng)所顯示出的圖像的分辨率和實時性已經(jīng)接近模擬電視系統(tǒng)的效果，而其綜合的優(yōu)勢更是得以充分釋放，這不僅表現(xiàn)在靈活的組網(wǎng)性能，還表現(xiàn)在智能處理或識別跟蹤方面上的能力。當(dāng)數(shù)字視頻監(jiān)控在真正意義上具有可“監(jiān)”可“控”的實力時，模擬系統(tǒng)的地位就已經(jīng)被徹底顛覆了。此時借助數(shù)字視頻處理平臺的壯大和豐富，數(shù)字視頻監(jiān)控的核心既可采用通用處理平臺，也可采用專用音視頻編解碼器。不僅整體性能得到很大的提升，系統(tǒng)的價格也不升反降，這也就奠定了數(shù)字視頻監(jiān)控在市場的主流地位。
隨著人們對數(shù)字視頻監(jiān)控期望值的增加，監(jiān)控系統(tǒng)的形態(tài)和功能也愈趨復(fù)雜，其中在數(shù)字視頻壓縮率和圖像清晰度上也有了更高的要求。因此，H.264作為一種高效的數(shù)字視頻壓縮技術(shù)能夠一舉成名便順理成章。而H.264所具有的高壓縮率一方面可以使數(shù)字視頻存儲量大大降低、數(shù)字視頻在網(wǎng)絡(luò)上傳輸所占用的帶寬減??；另一方面在數(shù)據(jù)率較低的前提下實現(xiàn)大幅清晰圖像的效果，如以往僅支持CIF 或VGA的圖像，而現(xiàn)在加上D1。而此時數(shù)字視頻監(jiān)控的核心往往需要采用高性能的數(shù)字視頻處理平臺，這類平臺在針對數(shù)字媒體處理應(yīng)用的同時也開始兼顧數(shù)字視頻監(jiān)控的特殊應(yīng)用。這種技術(shù)創(chuàng)新并沒有給消費者帶來負(fù)擔(dān)，恰恰相反，從性能價格比上消費者得到的 是更多的實惠。
數(shù)字化的進(jìn)程始終在深化，由此給數(shù)字視頻監(jiān)控帶來的機(jī)遇也是巨大的。這幾年來全球數(shù)字視頻監(jiān)控市場的增長尤為迅猛，在中國每年的平均增長率大約為30%-40%。然而，數(shù)字視頻監(jiān)控所面對的挑戰(zhàn)也是巨大的，因為未來的數(shù)字信息市場充滿了融合的氣氛。
數(shù)字化視頻的核心
其實DSP與數(shù)字視頻監(jiān)控是有不解之緣的，正如DSP在人們的心目中留下的印象就是一種具有高性能的核心引擎，并且總是在不斷地催生最新產(chǎn)品、推進(jìn)新興市場。數(shù)字視頻市場的迅猛發(fā)展就得益于更高速度和性能DSP的不斷更新?lián)Q代，其中DSP幾乎主導(dǎo)了數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品和市場，同時在不同程度上影響到了IP機(jī)頂盒和IP可視電話等市場的進(jìn)程。不僅如此，由DSP而演化出的數(shù)字媒體處理平臺可以全面覆蓋數(shù)字視頻媒體處理產(chǎn)品。
在MPEG1時代，數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品的主流為視頻壓縮卡，一般采用視頻和音頻的組合方案，視頻由一個可以實現(xiàn)MPEG1視頻編解碼的專用集成電路（ASIC）來承擔(dān)，而音頻則大量采用TI的TMS320VC5402，因為這個具有100MIPS，即每秒處理1億條指令的通用DSP在業(yè)界應(yīng)用極廣，在音頻處理方面具有絕對優(yōu)勢。曾經(jīng)有人用它設(shè)計出數(shù)字相機(jī)，雖然其速度和分辨率還有待提高，但這畢竟是一個很好的嘗試。
到了MPEG4時代，數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品除了視頻壓縮卡，還有嵌入硬盤錄像機(jī)（DVR），而可選擇的處理器平臺已經(jīng)有了很多種。當(dāng)時TI的C6x高速通用DSP平臺業(yè)已推出，其處理能力可以達(dá)到1600 MIPS，即每秒處理16億條指令，完全支持MPEG4編解碼。作為C6x系列平臺中的一員，TMS320C6205可在數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品中一顯身手，而其最強(qiáng)勁的對手是PNX1300。兩者均有處理CIF分辨率下MPEG4的編碼能力，前者集成PCI接口，功耗較低而不需要散熱器，最適于視頻壓縮卡；后者集成協(xié)處理器和視頻接口，但功耗較高而必需加散熱器，更適合嵌入式系統(tǒng)，特別是曾成功移植PSOS嵌入式實時操作系統(tǒng)。
當(dāng)一個新興市場崛起之后難免出現(xiàn)群雄割據(jù)的局面，另外的競爭對手來自通用媒體處理器BSP15，還有一些來自韓國的專用MPEG4編解碼器。雖然由于各自有所突顯的優(yōu)勢，因此市場上曾經(jīng)有一些不同的產(chǎn)品推出，但在大市場的環(huán)境下卻始終難成氣候，原因在于：首先，任何一種全新的通用處理器將需要完善的開發(fā)支持體系，如果開始沖勁有余而后又底氣不足，特別是后續(xù)產(chǎn)品難以為繼，那么必然面臨市場的強(qiáng)大阻力；其次，任何數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)，在推出到商用需要不斷完善，而專用編解碼芯片很難以不變應(yīng)萬變，特別是ASIC一旦有所疏漏，將會連累到最終產(chǎn)品。這也是眾多數(shù)字監(jiān)控廠商最終堅持采用軟件可編程的DSP的原因，不僅如此，他們還希望能始終把握主流方向。
客觀地講，在數(shù)字視頻監(jiān)控中很難說哪種平臺最好，但需要看哪個廠商速度更快，且對產(chǎn)品的規(guī)劃更強(qiáng)，技術(shù)支持更到位。TI在調(diào)整數(shù)字視頻戰(zhàn)略后厚積薄發(fā)，推出通用數(shù)字媒體處理器TMS320DM642，這一款具有承前啟后能力和意義的器件，對全球數(shù)字視頻監(jiān)控市場具有極其深遠(yuǎn)的影響。它具有的4800MIPS的高速度、三個高性能雙向視頻接口以及所承諾低功耗能否順利地滿足數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)日益提高的需求，還有在軟件上視頻編解碼算法是否可以順利實現(xiàn)升級或移植。以DM642為核心處理器，構(gòu)建單芯片四路或更多視頻系統(tǒng)，不僅支持MPEG4編碼，而且也有能力支持H.264編碼。DM642方便擴(kuò)展多片應(yīng)用，其擴(kuò)展方式有多種，如PCI接口、HPI接口、EMIF接口，還有強(qiáng)大的視頻口。目前常見的多片DSP的解決方案有兩片、三片、四片用于8至16路的視頻監(jiān)控，甚至還有八片用于高端視頻前端編碼。DM642具有三種時鐘版本，即720MHz/600MHz/500MHz，并還有不同配制軟件和管腳全兼容的系列，便于用戶自由選擇和組合來開發(fā)差異性的產(chǎn)品。
數(shù)字媒體處理器的一個巔峰就是數(shù)字媒體單片系統(tǒng)（SOC），對于數(shù)字視頻監(jiān)控廠商而言，這或許可以成為決勝數(shù)字視頻監(jiān)控未來的利器。
數(shù)字媒體處理器的潛力
正是由于數(shù)字媒體處理器具有極大的潛力，從而吸引了許多數(shù)字監(jiān)控廠商持續(xù)投入開發(fā)并鉆研。這里可以以TI DM642的發(fā)展經(jīng)歷，來一睹數(shù)字媒體處理器在中國的發(fā)展情況。
2003年秋天，安徽創(chuàng)世科技公司在北京的國際公共安全展覽會上，首先展出采用DM642的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，這是在他們具有C6211平臺上成功移植的結(jié)果。之后，基于DM642他們又將MPEG4算法升級到了H.264,并且成功地開發(fā)了面向無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的H.264無線網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。此外，北京泰可尚公司也憑借在C6x平臺上的積累，在極短的時間內(nèi)開發(fā)出基于DM642的MPEG4視頻壓縮卡，在轉(zhuǎn)產(chǎn)成功后又開發(fā)出基于DM642的嵌入式產(chǎn)品。
不到一年，以DM642為核心的多路視頻壓縮卡、多路視頻硬盤錄像機(jī)、多路視頻服務(wù)器的產(chǎn)品不斷推出。2004年北京的安防展上，采用TI平臺的產(chǎn)品幾乎平分秋色。隨著?？低?、成都德加拉基于DM642產(chǎn)品的量產(chǎn)，市場對DM642的認(rèn)可度迅速增強(qiáng)。2005年深圳的安博會上，采用DM642的產(chǎn)品已經(jīng)成為主流。在以DM642為核心特色化產(chǎn)品的開發(fā)上，浙江大華、南望圖像、遠(yuǎn)通科技、上海迅特等公司均有獨到之處。
采用通用軟件可編程處理器DM642的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)一步拓展多種增值應(yīng)用，其中有兩個增值應(yīng)用開發(fā)最具有典型性。即：國內(nèi)上海銀晨公司在DM642上成功開發(fā)出來的人臉識別算法；國外Objectvideo公司同樣在DM642上開發(fā)出的一套智能識別跟蹤算法。
現(xiàn)在，TI媒體處理器的集大成者就是“達(dá)芬奇”平臺，在這個強(qiáng)大的SOC中可以開發(fā)的資源將更加豐富，DM64+核心將使原有的DM642算法增加了再用性，而所集成的ARM9處理器所運行多種通用的嵌入式實時操作系統(tǒng)，全面地支持更多的應(yīng)用軟件。
針對網(wǎng)絡(luò)視頻的“七種武器”
在數(shù)字視頻監(jiān)控中發(fā)展網(wǎng)絡(luò)視頻將是一個具有很大前景的方向，其中具有代表性的產(chǎn)品包括網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，它們將具有更強(qiáng)大和更豐富的功能。對于網(wǎng)絡(luò)視頻處理平臺可以有多種選擇，我們不妨歸結(jié)為“七種武器”。
通常，處理器可以分為這幾類，橫軸表示所提供的完整性和進(jìn)行優(yōu)化可實現(xiàn)的高價值，縱軸則表示所提供的創(chuàng)新的靈活性。
MCU不能是主兵器，因為功能太弱，但在應(yīng)用中的控制還是必不可少。CPU最通用，可以是主兵器，但在處理視頻性能和功耗上有所限制，因為內(nèi)部不可能有那么多的并行流水處理。FPAG可算是強(qiáng)兵器，但硬件可編程帶來成本的問題，高端不利批量生產(chǎn)，中低端性能受限。DSP則通過高性能的軟件可編程的特色可以算是一件合適的兵器。ASIC在消費類產(chǎn)品中可能是好兵器，成本也較低，但是在成形后難以再有所變化，應(yīng)用范圍很窄。ASSP雖有一定殺傷力，而且完整性也較強(qiáng)，但同樣在靈活性上略顯不足。以“達(dá)芬奇”為代表的SOC稱得上一件新式的有力武器，希望它能成為未來網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用的利器。
下面就結(jié)合一個網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器中應(yīng)用的具體實例來說明。
如果采用其它DSP來實現(xiàn)一個網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器方案，那么在外圍還需要用到許多配套芯片，如FPGA用于IDE控制器和MMC/SD控制器，CPLD需要用于擴(kuò)展USB接口和其他外部接口，還需要視頻解碼器接模擬視頻輸出。而采用“達(dá)芬奇”系列中的一款DM6446，一片DM6446可以省略五個芯片，從而降低一半成本，而由此帶來的系統(tǒng)調(diào)試簡便以及系統(tǒng)穩(wěn)定性高等優(yōu)點顯而易見。該平臺同時集成了優(yōu)化的DM64+的核心，它所集成的ARM9處理器也可以有強(qiáng)大處理和控制能力。另外，所集成的視頻處理子系統(tǒng)、視頻加速協(xié)處理器無疑又是重要的系統(tǒng)資源，相信在對數(shù)字媒體處理器潛力挖掘的過程，也就是數(shù)字視頻監(jiān)控廠商不斷超越自我表現(xiàn)的過程。
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