作為DVR、DVS、IP Camera等數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品不可缺少的核心器件，芯片技術的每一個進步都為視頻監(jiān)控市場的發(fā)展帶來福音。
文/劉愛華
近幾年來，中國數(shù)字監(jiān)控市場的迅猛發(fā)展令人矚目。據(jù)A&S 2008年2月期刊所做的【2008年中國DVR市場調查】顯示，2007年中國DVR產(chǎn)品內(nèi)銷部分的總路數(shù)突破800萬路。這意味著不包括DVS、IP Camera等產(chǎn)品在內(nèi)，僅DVR產(chǎn)品2007的市場規(guī)模就達到26億人民幣。可以想象，在中國數(shù)字視頻監(jiān)控市場之下，隱藏著的是一個多么巨大的芯片市場。
由于承擔著視頻圖像的核心視頻編解碼處理工作，因此數(shù)字監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與視頻處理芯片技術的發(fā)展一脈相承。以DVR板卡及產(chǎn)品為例，從一芯單路、兩路、四路發(fā)展到一芯八路技術，視頻壓縮算法從JPEG、M-JPEG、到MPEG-2、MPEG-4乃至占據(jù)當今市場主流的H.264，芯片產(chǎn)品的集成度在不斷提升，對復雜壓縮算法的編解碼能力也不斷得到增強。隨著產(chǎn)品集成度的提升，單路視頻壓縮處理的成本也開始大幅降低，從而推動了視頻視頻監(jiān)控技的產(chǎn)業(yè)化與規(guī)?；l(fā)展。
視頻監(jiān)控：芯片廠商新的利潤角逐場
隨著近3-4年來中國數(shù)字視頻監(jiān)控市場每年都以超過30%的比例增長，安防監(jiān)控行業(yè)的需求逐漸明確，芯片廠家開始關注并主動推廣視頻監(jiān)控這個潛力巨大的市場。由此，視頻監(jiān)控成為繼工業(yè)自動化、消費電子、電話機等領域之外，芯片廠商又一個新的利潤角逐場，吸引了越來越多的芯片廠商加入。
1999年左右，恩智浦半導體（當時為飛利浦半導體）PNX1300芯片開始在中國推廣并得到大量應用，并一度占領中國視頻監(jiān)控領域絕大部分芯片市場版圖。2003年，TI以所推出的通用數(shù)字媒體處理器TMS320DM642，正式大舉進軍中國數(shù)字視頻監(jiān)控領域，并且通過與中國最大的數(shù)字視頻監(jiān)控制造廠商?？低暪镜拿芮泻献?，一舉發(fā)展為中國數(shù)字監(jiān)控領域的主流芯片廠商之一。據(jù)相關業(yè)內(nèi)人士透露，目前TI、NXP(恩智浦)、ADI在中國芯片市場名列前三甲，保守估計，他們約占到中國大陸視頻處理芯片后端處理器市場85%的份額。2006年年底，臺灣升邁科技公司領先推出整合兼容ARM core，而且速度達333/500MHz FA526 CPU和高清H.264/MPEG4/MJPEG codec及多項外圍IP，研發(fā)出為數(shù)字監(jiān)控量身打造的視頻編解碼單芯片SOC。
2004年，美國SPI公司特別針對視頻監(jiān)控應用而成立，并于2006年開始在中國市場上推廣。談到SPI為何專門瞄準視頻監(jiān)控領域，邁吉倫（美國SPI中國總代理）科技股份有限公司項目經(jīng)理黃石華認為，相對于機頂盒、電話機等領域，安防市場的應用趨于成熟，需求比較很明顯。只要產(chǎn)品性能表現(xiàn)好，就一定能搶占到市場。目前美國SPI公司正借助中國代理商的力量，從一些中小型客戶著手，悉心培養(yǎng)自己的客戶。2006年左右，海思作為全球率先推出H.264 SOC監(jiān)控專用芯片的半導體公司進入到大家的視野之中。
據(jù)恩智浦半導體（NXP Semiconductors，由飛利浦創(chuàng)建的獨立半導體公司）資深市場經(jīng)理陳石明透露，目前在芯片市場，至少有25家廠商在競爭?？梢灶A見，隨著搶食者的增多，未來競爭將更加激烈。而隨著電信運營商加大對安防監(jiān)控市場的持續(xù)投入，網(wǎng)絡監(jiān)控在2007年開始發(fā)酵，臺灣升邁科技產(chǎn)品市場企劃處部長賴榮興則預測，未來DVS、IP camera、NVR等網(wǎng)絡監(jiān)控設備的成長率將會倍增，從而將更加吸引芯片廠商加大對視頻安防市場的投入。
DSP唱主角，與ASIC長期并存
在數(shù)字監(jiān)控領域，以DVR產(chǎn)品為例，需用到的視頻處理芯片包括前端A/D（模/數(shù)轉換）芯片以及后端視頻壓縮運算處理芯片。目前，在中國視頻監(jiān)控市場，前端芯片部分，主流的芯片廠商如TI、NXP、ADI等都有相應的產(chǎn)品，而Techwell則憑借其產(chǎn)品較好的性能、較高的分辨率，在小訊號方面較強的處理能力，以及芯片的高集成度等優(yōu)勢，在中國市場上占據(jù)較高的份額。據(jù)TECHWELL市場總監(jiān)程黎明透露，在前端處理芯片領域，Techwell目前占到90%以上的份額。目前他們已經(jīng)和市場上主流的DVR廠家如海康、大華、恒億、漢邦等形成密切合作伙伴關系。在后端視頻運算處理芯片這一塊，TI、NXP、ADI則占據(jù)著主要市場份額，為了保證視頻監(jiān)控產(chǎn)品的整體性能，TECHWELL與各后端芯片廠家之間都保持著較為密切的合作關系。
“視頻的數(shù)字化應用在安防市場中發(fā)展非常迅猛，其中核心的視頻處理起著舉足輕重的地位?！盩I通用DSP業(yè)務發(fā)展經(jīng)理鄭小龍這樣認為。當前，數(shù)字視頻的主要處理方式可以分為三種。其一為傳統(tǒng)基于微機（PC）的軟件處理方式，視頻通過所插入接口卡輸入并通過CPU處理，業(yè)內(nèi)將其歸為軟壓縮技術；其二為基于專用處理芯片（ASIC）的硬件處理方式；其三為基于高速數(shù)字處理器（DSP）的實時軟件處理方式。由于ASIC和DSP所獨立承擔的數(shù)字視頻壓縮工作并不需要PC的參與，因此統(tǒng)稱為硬壓縮技術。著眼于視頻安防市場的發(fā)展，TI鄭小龍分析到，基于ASIC和DSP芯片的硬壓縮技術由于可以提供更穩(wěn)定的視頻壓縮性能和品質，其應用領域已大大超過軟壓縮技術。
目前市場上流行的后端視頻處理芯片正是DSP和ASIC這兩類平臺，其中DSP均為通用媒體處理器，即以DSP為核心并集成視頻單元和豐富的外圍接口，DSP通過軟件編程來實現(xiàn)視頻編解碼且能擴展特色化功能。ASIC是專用視頻編碼器，它會集成一些外圍接口，通過硬件實現(xiàn)視頻編解碼，所開發(fā)出的產(chǎn)品功能較為單一且具有同質性。
“ASIC設計不象DSP平臺那樣容易規(guī)劃，雖然廠商不少，但產(chǎn)品難以統(tǒng)一發(fā)展，因此缺少連續(xù)性。也許在某個階段某個廠商能夠推出一款叫得響的產(chǎn)品，但能夠持續(xù)應用的時間和空間往往有限。通用DSP平臺則不然，它不僅持續(xù)全面支持數(shù)字視頻編解碼的實現(xiàn)，而且將推進更多數(shù)字視頻監(jiān)控中的增值應用，如智能圖像識別和實時視頻分析，以及車牌識別、人臉識別、行為分析等。未來最有益于視頻安防創(chuàng)新的平臺還是DSP芯片，其中具有單片系統(tǒng)（SOC）類別的DSP將大顯身手。TI通用媒體處理器DM642在視頻監(jiān)控市場上的成功具有典型意義，其前身就有采用通用DSP在網(wǎng)絡攝像機、視頻多媒體、視頻高端處理應用的鋪墊，其新生代就是以達芬奇為主導的SOC方案的推進?！盩I鄭小龍介紹說。
綜合來看，ASIC與DSP芯片各具優(yōu)勢和特點。ASIC易于產(chǎn)品設計、方便使用，而且成本較低，但是由于很多功能以及算法都固化在芯片上，不夠靈活，硬件設備廠家在做產(chǎn)品開發(fā)時容易受制于芯片廠商。而DSP由于采用軟件編程，能夠獲得更大的靈活性和更強的高性能，因此在多種數(shù)字視頻編解碼標準存在的今天，占據(jù)了引領安防市場發(fā)展的核心平臺地位。也因此，目前中國市場上的視頻壓縮處理芯片以DSP為主流，像是TI、NXP、ADI這些芯片廠家都是以提供DSP軟件編程的芯片為主，而中國市場上主流的DVR、DVS、IP Camera廠家大都是采用DSP方案。與之相反的是，ASIC方案在臺灣、韓國、美國市場應用比較多。
雖然目前DSP在中國市場占據(jù)主流，但不能因此就斷言未來DSP將取代ASIC。從長遠發(fā)展來看，DSP與ASIC都一直處于技術的不斷更新之中。而從目前的市場需求來看，ASIC也仍然有它的存在價值。邁吉倫科技股份有限公司項目經(jīng)理黃石華認為：ASIC非常適合研發(fā)實力不夠或者需要快速實現(xiàn)量產(chǎn)化的客戶，這種客戶目前在國內(nèi)很多，而DSP方案則更加適合高端應用市場。因此，根據(jù)不同的市場需求，他們都有各自的市場，并將長期共同存在。
SOC倍受關注
隨著視頻監(jiān)控市場的規(guī)?；l(fā)展，用戶對產(chǎn)品功能的需求以及產(chǎn)品規(guī)格逐漸固定，芯片廠家逐漸把握到視頻監(jiān)控的需求，并開發(fā)出一些專門針對視頻監(jiān)控的方案。以中國大陸的海思半導體以及中國臺灣的升邁科技為代表的芯片廠商，基于DSP或ASIC芯片開發(fā)出整合度更高、更加適合視頻監(jiān)控需求的媒體單片系統(tǒng)SOC芯片方案。TI、NXP等DSP芯片廠商也紛紛推出了SOC。目前，除了TI、NXP、海思、升邁科技（臺灣）之外，市場上還有映佳、士蘭微電子等公司也提供SOC芯片。
SOC即媒體單片系統(tǒng)，例如TI的達芬奇平臺。在這樣的平臺上，芯片廠家將部分功能固化在芯片上，而有些特別的功能需求，則由芯片廠商提供源代碼給客戶，由客戶根據(jù)不同的應用進行二次開發(fā)。除此之外，SOC還有很多其他方面的優(yōu)勢，TI 鄭小龍強調：“在SOC中可以增加視頻協(xié)處理器，甚至編碼和解碼等各自獨立的處理單元。視頻協(xié)處理器內(nèi)部包含一些針對視頻編解碼的并行處理單元，并可通過編配置來增強處理能力。另外，SOC還可以增加視頻子系統(tǒng)，在前處理中可實現(xiàn)預覽、縮放和部分光學處理，如自動曝光和自動聚焦功能；在后處理中可以有圖文疊加單元等?！笨梢?，SOC具有更高的集成度，提供更高的處理能力和運算速度，滿足實現(xiàn)復雜算法的需求。
為此，鄭小龍還舉例說明，在網(wǎng)絡攝像機的應用中，以往需要有視頻傳感器，再配上視頻前端處理器、視頻編碼器以及系統(tǒng)網(wǎng)絡處理器。而現(xiàn)在的SOC已經(jīng)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中也已經(jīng)集成視頻前端處理器，因此所連接的CCD或CMOS傳感器可以直接設計到同一個盒子里，從而實現(xiàn)真正的小型一體化。
海思半導體數(shù)字媒體產(chǎn)品管理部戰(zhàn)略營銷經(jīng)理羅勇華認為，SoC芯片的出現(xiàn)兼顧了DSP與ASIC兩家之長，彌補了兩者之短，因此被行業(yè)賦予了更大的期待。例如，SOC具備了ASIC的性能專用特點，具有高性能、低成本、低功耗等特征，同時也保持了DSP的靈活性，并且解決了DSP芯片成本較高的問題。他介紹說，“海思針對安防視頻應用推出的正是專用芯片SoC架構，它固化了標準的H.264，幫設備廠家降低了標準算法的重復投入，使得設備廠家可以把技術集中到行業(yè)的應用和功能的開發(fā)上，大大提高了行業(yè)的效率?！?
很多DVR、DVS等硬件設備廠家對于SOC方案的出現(xiàn)都持歡迎態(tài)度。例如，北京漢邦高科數(shù)字技術有限公司技術總監(jiān)張海鋒就明確表示：現(xiàn)在硬件設備廠商需要花很多的時間與精力做一些算法、視頻前端處理等重復性、基礎性的開發(fā)工作，使得廠家針對產(chǎn)品外延應用功能方面的的研發(fā)精力不夠。而如果芯片廠商能將一些基本的處理工作完成，設備廠家就可以集中精力來做一些設備外沿的開發(fā)，開發(fā)出更加符合客戶實際需求的產(chǎn)品。他認為，未來DVR產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的趨勢。產(chǎn)業(yè)要發(fā)展，就必須形成低成本、標準化的局面，SOC的出現(xiàn)無疑將加快DVR產(chǎn)業(yè)的標準化進程。
不過，隨著SOC的出現(xiàn)，可以想象的是，將來DVR產(chǎn)品的行業(yè)門檻將大大降低。一些工程商甚至可以通過芯片廠家拿方案去生產(chǎn)產(chǎn)品。針對這種狀況，TECHWELL半導體市場總監(jiān)程黎明因此認為，未來DVR等設備廠家的競爭將不再是體現(xiàn)在技術層面，而更多地體現(xiàn)在對外延功能的把握、營銷策略以及品牌和成本的競爭上。
產(chǎn)業(yè)分工，更為清晰的市場定位
芯片市場的激烈競爭，以及視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，也使得當前芯片廠商們各自的市場定位更加清晰，產(chǎn)業(yè)分工也越來越明確。之前，像是TI、NXP、ADI這些芯片廠商不僅具有后端壓縮處理芯片，也有前端解碼芯片。目前這些廠家已經(jīng)將產(chǎn)品研發(fā)及推廣的重點放在后端壓縮處理芯片上。而美國TECHWELL公司則通過不斷提升其前端芯片的集成度與處理性能，占據(jù)目前中國市場視頻處理前端芯片的領導地位。
類似于海思半導體等SOC芯片廠商的出現(xiàn)，更加體現(xiàn)出芯片領域各企業(yè)的分工已經(jīng)越來越細。由第三方企業(yè)在DSP或ASIC芯片上做功能的開發(fā)與整合，把各硬件設備企業(yè)需要用到的基本模塊和標準模塊提前加入到開發(fā)包，再交付給設備廠家開發(fā)，這樣不僅可以減免設備廠家繁瑣的基本功能開發(fā)，提升設備的穩(wěn)定性，而且還可以把設備廠家從一些重復的前端視頻處理開發(fā)工作中解放出來，從而使設備廠家的研發(fā)人員可以把主要力量投入到具體行業(yè)的特殊要求中去。海思半導體羅勇華表示：這樣的分工利于行業(yè)的設備標準化，只有一個行業(yè)有了標準之后，才能真正的蓬勃發(fā)展。而海思的目標就是要使設備廠家把更多的精力投入到行業(yè)解決方案及銷售服務上，從而提升整個行業(yè)的效率。
視頻監(jiān)控市場的持續(xù)放大，也吸引了除芯片廠商以及視頻監(jiān)控廠商之外的其他第三方企業(yè)的加入，例如算法優(yōu)化企業(yè)。2003年，上海圣堂電子瞄準視頻監(jiān)控領域成立，他們基于當前主流的芯片，如TI、NXP，幫助監(jiān)控廠商做算法優(yōu)化工作?！巴ㄟ^使用我們的算法優(yōu)化軟件，可以幫客戶節(jié)約很多成本，以前，可能需要用4個芯片才能完成的視頻處理工作，通過使用我們的方案只要用一顆芯片。雖然目前很多硬件設備廠家的研發(fā)人員也會做算法優(yōu)化工作，但由專業(yè)的公司負責這項工作，就可以給他們提供更具有成本優(yōu)勢和跟有價值的產(chǎn)品?！?
上海圣堂電子總經(jīng)理何煒透露，早在2006年，圣堂的視頻壓縮算法已經(jīng)支持一芯八路的產(chǎn)品方案。目前，圣堂電子已經(jīng)與20多家安防視頻監(jiān)控產(chǎn)品廠家建立了牢固的合作關系。預計今年，圣堂還將在H.264算法上為安防視頻監(jiān)控行業(yè)做出更重要的支持。
不變的追求：高性能、低成本
談到芯片產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢，如恩智浦陳石明所言：芯片將朝著性能越來越高，成本越來越低，面積越來越小、功耗越來越低的趨勢發(fā)展。當前各芯片廠家在開發(fā)產(chǎn)品時，除了要考慮支持市面上各種流行的操作系統(tǒng)以及更復雜的視頻壓縮算法格式外，最重要的方面就是不斷提升產(chǎn)品的集成度，降低芯片的成本?！半S著監(jiān)控市場的規(guī)?；?，芯片產(chǎn)品最終的較量就是成本的較量?！盩ECHWELL市場總監(jiān)程黎明表示。
提高集成度
無論是前端芯片還是后端壓縮處理芯片，各廠家都不斷追求產(chǎn)品集成度的提升。例如，以前TECHWEL提供的前端芯片，有很多功能都是由后端芯片廠家去處理，而最新的Techwell TW2864和TW2835編解碼器將畫面分割器、音頻等DVR需要的一些細節(jié)都集成進來，由此一來，大大減少了后端芯片廠家的工作，后端芯片廠家只需要集中精力做視頻壓縮處理部分的工作了。
而從后端壓縮處理芯片的演變來看，其芯片的集成度以及運算處理能力也一直在進步，單芯片處理視頻路數(shù)在不斷增加。從恩智浦PNX1300—1500—1700芯片的發(fā)展軌跡來看，以前一顆芯片只能實現(xiàn)一路視頻輸入，然后逐漸發(fā)展到一顆芯片可以實現(xiàn)2路、4路、8路視頻輸入，芯片的集成度不斷提升。而另一方面芯片的頻率也不斷提高，如在PNX1300的時候，芯片的頻率只能達到 200 兆，到PNX1700的時候就提升到 500 兆了。陳石明表示，2008年，恩智浦將發(fā)展性能更高的芯片，可以實現(xiàn)真正的H.264視頻壓縮處理，并能使DVR的成本降到更低。
高清視頻編解碼
經(jīng)過近10年的發(fā)展，芯片的視頻編解碼能力有了很大的提升。例如，之前要實現(xiàn)1080i的圖像質量可能需要用10顆芯片編碼，而現(xiàn)在只要兩、三顆就可以了。結合市場需求來看，追求更好的圖像品質是用戶合理且永恒的要求。而隨著智能化監(jiān)控時代的來臨，為了滿足監(jiān)控系統(tǒng)對視頻圖像的分析處理要求，如車牌識別、人臉識別等，則對圖像質量提出了更高的要求，例如高清格式。這對芯片的編解碼能力提出了更大的挑戰(zhàn)。
“對于我們前端芯片廠商來說，最首要的是要提高視頻圖像的清晰度，原來我們的產(chǎn)品分辨率只能做到400線左右，TW2864通過采用10位ADC和增強型4H自適應梳狀濾波器，使圖像清晰度高達450線以上，且能獲得更佳的圖像質量、豐富色彩品質以及圖像銳利度?！盩ECHWELL程黎明介紹說。
另外一方面，壓縮算法的不斷升級也改變著圖像的畫質。隨著市場上主流的壓縮格式向H.264，甚至更為高級的算法格式發(fā)展，不斷地提高壓縮比、并進行算法優(yōu)化成為芯片廠商的追求?！熬瓦\算量而言，MPEG-4比JPEG復雜4倍，H.264又較MPEG4復雜3倍以上，除了decoder的兼容性和encoder的壓縮質量的基本要求，高速的系統(tǒng)架構、內(nèi)存頻寬、高效率的DMA控制器，甚至多核的平行處理都是S0C效能是否優(yōu)秀的關鍵。”升邁科技賴榮興分析到。
從當前市場上主流芯片廠商所推出的產(chǎn)品來看，大多有支持高清格式的產(chǎn)品，例如，ADI的ADV202、212產(chǎn)品可以支持高清格式。TI的DM355即可支持720p下的MPEG4實時編碼，碼率為4Mbp至8Mbps，可以作為高清網(wǎng)絡攝像機或高清視頻服務器的核心處理器。據(jù)了解，TI可支持720p下的H.264實時編碼芯片也即將推出。高清編碼芯片的誕生，將可以使視頻監(jiān)控產(chǎn)品在更低的碼流下獲得更高的圖像畫質。
適應智能視頻分析處理
隨著視頻監(jiān)控的發(fā)展，視頻分析技術受到人們的廣泛關注，比如車流量統(tǒng)計、人流統(tǒng)計等。以前智能分析主要是通過PC機處理器去實現(xiàn)，芯片廠商在設計產(chǎn)品時很少考慮智能化這一塊，而隨著視頻分析功能在前端嵌入式平臺中實現(xiàn)，如DVR、DVS等等，也就相應地對視頻處理芯片提出了新的需求。對于芯片廠商來說，要滿足視頻分析處理的需求，最首要的是要提升芯片的運算處理能力。
ADI市場技術經(jīng)理張鐵虎分析到，由于目前還沒有標準的用于智能分析和處理的算法，基于不同的壓縮格式實現(xiàn)智能視頻分析處理會對DSP的MIPS（衡量CPU速度的一個指標）要求有很大不同，所以算法的優(yōu)化非常關鍵。由于ASIC的性能表現(xiàn)不能滿足智能處理的需求，而DSP的靈活性和高性能，使得智能分析處理成為DSP比較擅長的工作。所以，目前很多DSP芯片廠商會同算法合作伙伴一起，從指令層面對算法進行優(yōu)化。另外他還認為，DSP將來的發(fā)展趨勢應該是把編碼運算工作由內(nèi)部的加速器（accelerator）來處理，從而把DSP空間留給用于智能處理的算法。
“由于基于不同的算法實現(xiàn)視頻分析處理有所不同，所以靈活的芯片架構和足夠的MIPS是理想的配置，比如ADI的雙核處理器BF561，可由一個core做操作系統(tǒng)，另一個做智能處理。另外，BF561可以高達600Mhz，而下一代處理器會是1GHz+?！睋?jù)透露，ADI DSP Blackfin的Core技術是1999年與Intel合作的MSA架構。從智能處理方面，可以覆蓋智能檢測，智能識別等各個方面，比如人臉的檢測和識別，車牌的檢測和識別，煙霧和火警檢測，以至復雜的各種人的行為識別技術。
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