在數(shù)字信息時(shí)代，任何一個(gè)新興市場的蓬勃發(fā)展都離不開集成電路的有力支持，而往往集成電路技術(shù)的革新和突破又會(huì)對新興市場起到促進(jìn)作用，綜觀安防市場的蓬勃發(fā)展正是很好的體現(xiàn)。
文/TI通用DSP業(yè)務(wù)發(fā)展部經(jīng)理 鄭小龍
在數(shù)字信息時(shí)代，任何一個(gè)新興市場的蓬勃發(fā)展都離不開集成電路的有力支持，而往往技術(shù)的革新和突破又會(huì)對新興市場起到促進(jìn)作用，綜觀安防市場的蓬勃發(fā)展正是很好的體現(xiàn)?？缛氚卜朗袌龅男酒瑥S商既是“始作俑者”，又是“弄潮兒”。近十年來芯片市場的風(fēng)起云涌，雖然成就了其中一些“明星”芯片平臺，但造就的卻是大批的安防企業(yè)，從而打造出一個(gè)風(fēng)光無限的行業(yè)。
本人曾于2006年在A&S CHINA NO.88中以《決勝數(shù)字視頻監(jiān)控未來的利器》為題，對該行業(yè)的核心平臺進(jìn)行了粗淺的歸納，并得出這樣的觀點(diǎn)：即數(shù)字化是視頻監(jiān)控的必由之路，數(shù)字化視頻的核心是數(shù)字信號處理器（DSP），而以單片系統(tǒng)（SOC）為代表的數(shù)字媒體處理器將決定著未來的發(fā)展方向。此時(shí)此刻，希望繼續(xù)這個(gè)話題，重點(diǎn)論述SOC將如何全面推進(jìn)數(shù)字視頻監(jiān)控的創(chuàng)新，并且如何以DSP為源動(dòng)力再展數(shù)字信息產(chǎn)品核心引擎的風(fēng)采。
基于軟件可編程化平臺的創(chuàng)新
當(dāng)今數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用日益成熟和完善，SOC獲得了極大的肯定并被賦予了更大的期望，更多地安防企業(yè)需要性能更高、功能更強(qiáng)而價(jià)格更低的SOC，以全面滿足安防市場各種需要。這就既是芯片廠商所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也是所渴求的難得機(jī)遇。需要特別關(guān)注的是，已經(jīng)具有相當(dāng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的中國視頻安防市場仍處在發(fā)展變化之中，其中的走向主要表現(xiàn)為三個(gè)方面：即由專用封閉系統(tǒng)轉(zhuǎn)向開放公共系統(tǒng)；由分立組合性轉(zhuǎn)向集成一體化；由機(jī)械性轉(zhuǎn)向智能化。而所有這些的實(shí)現(xiàn)對硬件和軟件平臺都提出了更高的要求。
若局限于以往小規(guī)模封閉應(yīng)用的視頻監(jiān)控，便使得對視頻壓縮格式、媒體網(wǎng)絡(luò)傳送、遠(yuǎn)程存儲(chǔ)管理等許多技術(shù)的應(yīng)用重視不夠，會(huì)阻礙大規(guī)模運(yùn)營級應(yīng)用的開展。解決這些問題固然可以使視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)得以順利發(fā)展，但還需要考慮和協(xié)調(diào)視頻監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)化問題。如果在視頻編解碼中沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，則采用MPEG-2、MPEG-4、H.264等不同格式將因各自為政而彼此隔絕；即便是采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，如H.264，但若裁剪過多或有異，也會(huì)導(dǎo)致互通困難。
現(xiàn)在一些SOC以硬件方式實(shí)現(xiàn)視頻編解碼，似乎可以滿足標(biāo)準(zhǔn)，但是監(jiān)控的復(fù)雜性又要考驗(yàn)這些標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格性，于是難免有所偏差。在改進(jìn)設(shè)計(jì)以糾正偏差方面，硬件結(jié)構(gòu)幾乎沒有太多的靈活性，而基于軟件可編程的SOC則占盡了優(yōu)勢，不僅可以同時(shí)支持多種標(biāo)準(zhǔn)，也可以支持標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以用編程的方式調(diào)整不同情況下的碼流，或動(dòng)態(tài)地調(diào)制分辨率。至于軟件的更新可以在線實(shí)現(xiàn)升級，而無須更換任何硬件設(shè)備。
安防設(shè)備的組裝就是一個(gè)系統(tǒng)集成的過程，然而以往分立部件的大集成將由不少多功能的一體化小型設(shè)別所取代。這也是一個(gè)漸進(jìn)的過程，而SOC在其中功不可沒。例如在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用中，以往是需要有視頻傳感器，再配上視頻前端處理器，然后又需要視頻編碼器，還要有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)處理器?，F(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(shè)計(jì)在同一個(gè)盒子里。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)用到不同的監(jiān)控場景，例如通過傳感器網(wǎng)絡(luò)通知視頻監(jiān)控開啟某個(gè)特定設(shè)備，或者使用共同的網(wǎng)絡(luò)來傳遞監(jiān)控信息，還可使視頻監(jiān)控設(shè)備具備傳感器功能以使在感知情況發(fā)生時(shí)發(fā)出動(dòng)作。
監(jiān)控不能只停留在視頻的采集和記錄的機(jī)械手段，這也是近幾年來對智能化監(jiān)控呼聲越來越高的原因。令人鼓舞的是，在DSP的帶動(dòng)之下，智能化監(jiān)控已經(jīng)由基于微機(jī)的后處理應(yīng)用開始過渡到嵌入式前端處理應(yīng)用，并獲得了很大的成功。智能化監(jiān)控的范圍也在不斷擴(kuò)大，諸如人臉識別、車牌號碼識別、智能物體識別、智能軌跡跟蹤、異常行為分析等等陸續(xù)投入使用或試用階段?？删幊痰腟OC為這些應(yīng)用提供了有效的空間，因?yàn)槠渫ㄓ玫腄SP在完成視頻編碼器以外，仍有足夠的能力進(jìn)行相關(guān)處理。
當(dāng)然，監(jiān)控行業(yè)的數(shù)字視頻還有可能擴(kuò)展應(yīng)用到視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育等方面外，并與數(shù)字視頻應(yīng)用的方方面面有所融合，如消費(fèi)類產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)電視等各種數(shù)字視頻相關(guān)產(chǎn)業(yè)，而這一切在很大程度上又都取決于軟件的可擴(kuò)展性。
關(guān)于強(qiáng)化自主知識產(chǎn)權(quán)的思考
在數(shù)字視頻市場的開拓上，中國企業(yè)顯示了強(qiáng)大的自主創(chuàng)新能力，并已經(jīng)具備相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)實(shí)力。在數(shù)字視頻壓縮技術(shù)方面，許多國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)可以在DSP上開發(fā)出高品質(zhì)的MPEG4或H.264算法，并達(dá)到一定的國際先進(jìn)水平，為了多、快、好、省地推出具有核心競爭力視頻監(jiān)控產(chǎn)品，并且具有自主知識產(chǎn)權(quán)，選擇通用的主流DSP將大有裨益，特別是順乎潮流的SOC。DM642作為通用媒體處理器曾經(jīng)為國內(nèi)知名的視頻監(jiān)控廠商所采用，并通過全面自主研發(fā)的軟件和硬件而使產(chǎn)品別具特色。達(dá)芬奇（Davinci）是TI全面支持新興數(shù)字視頻應(yīng)用的SOC，同時(shí)又是一個(gè)完善的技術(shù)平臺?？蛻艨梢院苋菀椎貜腄M642的設(shè)計(jì)中升級到Davinci平臺，而這樣的投入將可以催生出一系列的產(chǎn)品，如數(shù)字視頻錄像機(jī)、數(shù)字視頻服務(wù)器和IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。如圖1所示為采用Davinci平臺開發(fā)不同類型視頻監(jiān)控產(chǎn)品的示意圖，這樣類型的產(chǎn)品目前已經(jīng)投放市場，而更多類似的新產(chǎn)品依照同樣的方式脫穎而出。
國內(nèi)的很多視頻監(jiān)控產(chǎn)品開始走向海外市場，并獲得好評。然而，其中也存在著一些隱患，那就是所謂的“專利陷阱”。如果不掌握數(shù)字視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的自主權(quán)，有可能將來某一天會(huì)面臨昂貴的專利費(fèi)麻煩，就像MPEG2在DVD中曾遭受的那樣，MPEG4和H.264也危機(jī)四伏。那么如何回應(yīng)呢？其實(shí)在數(shù)字視頻領(lǐng)域中，中國的許多專家學(xué)者早已另辟蹊徑，致力于具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，就是AVS。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，AVS已開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。目前，AVS 已經(jīng)可以在DM642上實(shí)現(xiàn)，并且在Davinci上的算法實(shí)現(xiàn)也已指日可待。為更好地適應(yīng)視頻監(jiān)控市場的特殊要求，AVS-S的標(biāo)準(zhǔn)的制定也已經(jīng)開始實(shí)施，而DSP的靈活性又可以在此一顯身手。
當(dāng)然，除了數(shù)字視頻壓縮編解碼外，視頻監(jiān)控市場還有許多領(lǐng)域可以進(jìn)行創(chuàng)新，同樣也有可能獲得自主知識產(chǎn)權(quán)的可能。上一節(jié)所提到的智能化監(jiān)控就是一個(gè)方面，雖然有關(guān)技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品已在市場上亮相，但尚無標(biāo)準(zhǔn)可循，于是群雄并舉的局面就在所難免?？上驳氖菄鴥?nèi)開始有些企業(yè)和院校已經(jīng)在專注于該課題的研發(fā)，并取得不少突出的成果。
視頻圖像前端處理也是一個(gè)值得下功夫的方面?，F(xiàn)在數(shù)字監(jiān)控領(lǐng)域里CCD的模擬攝像機(jī)還大行于市，其中包含CCD傳感器和視頻圖像前處理芯片，而后者其實(shí)就是一款專用的DSP處理器，并且占據(jù)了整機(jī)的大部分成本。由于Davinci平臺集成有類似的視頻前端處理單元，可以通過設(shè)置編程完成自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光和自動(dòng)聚焦，即所謂“3A”功能，因此可以直接連接CCD傳感器或者CMOS傳感器，在這里就留下了進(jìn)行視頻圖像前端處理自主開發(fā)的空間，為此，專業(yè)的光學(xué)行業(yè)功底和經(jīng)驗(yàn)都是必需的。
總之，安防市場大有可為，若真正付出精力和努力就可能獲得豐厚的自主知識產(chǎn)權(quán)回報(bào)。
對于高清數(shù)字視頻監(jiān)控的突破
雖然數(shù)字視頻監(jiān)控發(fā)展很快，對于圖像質(zhì)量的追求從來沒有停止，其中一個(gè)衡量的標(biāo)準(zhǔn)就是與傳統(tǒng)模擬電視系統(tǒng)的比較。其實(shí)這類系統(tǒng)目前還占有一定的市場份額，也顯示了目前所通行MPEG4和H.264的數(shù)字視頻質(zhì)量即便是在D1分辨率上仍然有差距，MPEG2當(dāng)然很好，但碼率過高。因此，為達(dá)到并最終取代模擬系統(tǒng)，高清方面的突破勢在必行。然而視頻監(jiān)控要求兼顧編碼和解碼，并且要綜合考慮傳輸?shù)膸捄痛鎯?chǔ)的容量。分辨率720p可以作為高清應(yīng)用的一個(gè)起點(diǎn)，就是1280x720,目前的技術(shù)下實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的MPEG4和H.264的質(zhì)量完全可以達(dá)到模擬電視的水平。
DM355時(shí)TI推出的一款可支持720p下的MPEG4實(shí)時(shí)編碼的SOC，碼率可以為4Mbp至8Mbps，可以作為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或高清視頻服務(wù)器的核心處理器。如圖2所示，為可支持720p實(shí)時(shí)MPEG4實(shí)時(shí)編碼的DM355單片系統(tǒng)處理能力，該芯片處理核心為集成高速視頻加速器MJCP，具有DSP同等的400HMz性能；主要管理和控制核心為ARM926通用CPU，頻率為216MHz；同時(shí)集成的視頻子系統(tǒng)VPSS，可以對高清的輸入視頻信號進(jìn)行預(yù)處理，也可以對視頻輸出信號作后處理，整體所提供的DSP等同性能為240HMz，DM355的定位就是高性價(jià)比的高清入門級產(chǎn)品，其價(jià)格在大批量生產(chǎn)時(shí)可接近10美金，
而且客戶可以很低的代價(jià)獲得MPEG4的720p編碼算法庫，是一款能夠啟動(dòng)視頻監(jiān)控高清市場的先頭部隊(duì)。DM355的特性使之便于同時(shí)進(jìn)行數(shù)字視頻的一體化設(shè)計(jì)，直接接CMOS或CCD傳感器。方便監(jiān)控客戶盡快完成低成本高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品，TI和業(yè)界知名的CMOS傳感器提供商共同推出基于DM355的一體化參考設(shè)計(jì)，并已獲得很好的反應(yīng)。該設(shè)計(jì)的延伸將覆蓋更多的對高清有需求的監(jiān)控相關(guān)產(chǎn)品，例如數(shù)字高清可視門鈴，TI可支持720p下的H.264實(shí)時(shí)編碼芯片也將推出在即。
為滿足更高性能的高清需求，達(dá)芬奇高清（Davinci-HD）平臺業(yè)已推出，即TMS320DM6467芯片，這也是業(yè)界第一顆支持多格式高清視頻編解碼和轉(zhuǎn)碼功能的SOC（如圖3所示）。
Davinci-HD具有十倍性能提升，從而推動(dòng)高清視頻處理解決方案的成本降至十分之一，其靈活性與高效率支持視頻系統(tǒng)優(yōu)化，并且業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的達(dá)芬奇環(huán)境與合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)能夠簡化開發(fā)工作，相信將會(huì)有力地推進(jìn)高清視頻監(jiān)控市場的發(fā)展。
以創(chuàng)意大師名義的“五子登科”
從TI正式發(fā)布達(dá)芬奇平臺到現(xiàn)在已經(jīng)兩年多，陸續(xù)有DM644x、DM643x、DM648、DM355、DM6467等十余款芯片推出，并在全球范圍有眾多應(yīng)用，其中不少已進(jìn)入大量生產(chǎn)。
圖4所示為達(dá)芬奇五大類平臺及目標(biāo)應(yīng)用，可視為TI在數(shù)字媒體應(yīng)用上的“五子登科”，這也標(biāo)志著達(dá)芬奇推廣的階段成果。達(dá)芬奇的這“五子”也完全覆蓋數(shù)字視頻監(jiān)控應(yīng)用，下面逐一進(jìn)行描述。
DM644x系列中的DM6446可以作為H.264中低端DVR或DVS的處理核心而無須另加CPU，也可以實(shí)現(xiàn)高端的H.264分辨率D1的智能IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)；DM6441可以支持中低端的H.264分辨率D1的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)；DM6443可以作為解碼器，支持720P分辨率的高清解碼。
DM643x系列中的DM6437和DM6435均可以作為H.264中低端DVR或DVS的處理引擎，其中DM6437也可實(shí)現(xiàn)PCI插卡，而DM6435可實(shí)現(xiàn)H.264分辨率D1的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)；DM6431是最低價(jià)位的達(dá)芬奇芯片，而實(shí)現(xiàn)H.264分辨率CIF的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也不在話下；DM6433可以出色實(shí)現(xiàn)H.264多路解碼，也可支持PCI插卡。
DM3xx系列中的DM355已在前一節(jié)中定位為720P高清的“敲門磚”，不過若是以之實(shí)現(xiàn)多路處理的低端DVR應(yīng)該也是很有殺傷力的。等到DM360光臨的時(shí)候，也許又該“洗牌”了。
DM647/8仍然屬于達(dá)芬奇芯片,其主頻有900MHz兩種720MHz，具有五個(gè)視頻接口，還有千兆以太網(wǎng)接口。這是高端多路H.264或MPEG4的優(yōu)選平臺，不過也有廠商看好DM648超高的DSP處理能力和集成的雙端口千兆以太網(wǎng)交換器，愿意用在高清類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，或者直接用作無損壓縮的引擎。
DM6467是達(dá)芬奇芯片的一個(gè)高峰，除了高清H.264編解碼和轉(zhuǎn)碼外，其能力可以支持四路D1分辨率H.264編碼，因此是具有吸引力的高密度DVR、DVS或NVR的平臺，目前已有一些客戶和伙伴正在加緊開發(fā)基于DM6467的新型產(chǎn)品和解決方案，可期不久將會(huì)閃亮登場。
總之，在數(shù)字視頻監(jiān)控領(lǐng)域中，TI將以其強(qiáng)大的達(dá)芬奇系列平臺，繼續(xù)推進(jìn)數(shù)字視頻監(jiān)控創(chuàng)新的進(jìn)程。
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