SoC的崛起

　　在安防市場中，作為產業(yè)上游產品的音視頻編解碼芯片素有DSP、ASIC與SoC之爭。而近兩年來，隨著微電子技術以及SoC芯片處理技術的不斷發(fā)展，借助低成本、低功耗、高集成度可以提供更高的處理能力和運算速度等顯著優(yōu)勢，SoC迅速崛起，大有獨霸編解碼芯片市場之勢。在海思半導體公司數字媒體產品經理羅勇華看來，這是大勢所趨：“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。”業(yè)內專家雷玉堂則作出更細入的解釋：“SoC芯片即是具有多處理器核心的單片集成系統(tǒng)，其中集成有CPU主處理器，所集成的核心既可以是ASIC類的硬核，也可以是DSP或協(xié)處理器類的軟核，甚至也包含其它的專用處理子系統(tǒng)，且集成有豐富的外設。由于SoC是面向特性應用的片上系統(tǒng)，結合硬件加速等技術可以實現(xiàn)H.264的高復雜度的算法運算，并可針對視頻編碼方面進行優(yōu)化，以實現(xiàn)最優(yōu)化效果。” 視頻的數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，因而SoC的閃電式“上位”無疑為視頻監(jiān)控帶來新的活力。

　　目前，很多半導體方案提供商都在走向SoC，其中就不乏像TI、NXP、ADI以及Techwell等眾多歐美老牌實力派玩家，此外，近年來在中國大陸和臺灣地區(qū)也迅速添入一批SoC新秀，如海思、中星微、升邁、映佳。而在應用上，SoC也在攻城略地、拔山奪池，并在視頻安防監(jiān)控、視頻會議、高清視頻游戲、遠程機房控制、遠程教育和遠程醫(yī)療等應用中得到廣泛認同。

　　“芯”時代的新探索

　　有別于攝像機市場的魚龍混雜，編解碼芯片業(yè)界可謂陣容齊整，家家實力不俗。雄厚的研發(fā)實力再搭配精湛的制作工藝，由此發(fā)布的每一代芯片都代表著技術的進步，以及對視頻監(jiān)控的加深理解。

　　高清與標清，堅持兩手抓

　　高清是視頻監(jiān)控永不褪色的追求。在經歷模擬時代、數字時代、網絡時代的發(fā)展后，視頻監(jiān)控產品現(xiàn)在已經逐步走入了高清時代。

　　與傳統(tǒng)標清視頻相比，高清在視頻質量上有了質的飛躍，但就目前而言，正如“羅馬不是一日建成的”，要實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)高清呈現(xiàn)，也并非一蹴而就之易事。“從視頻監(jiān)控系統(tǒng)中模擬到數字的轉化中，從CIF到D1是一個重要的階躍，從效果來看數字化視頻影像也可與模擬視頻影像相當，就是達到標準清晰度，即‘標清'，但是存儲和傳輸的增加幾乎是翻兩番。若要達到高級清晰度，即‘高清'，其分辨率從720P到1080P@30fps或1080P@60fps，由此則需要付出很大的投入和代價，因此需要特別關注數字視頻編解碼芯片技術的演變和實際應用。”談及編解碼芯片技術的演變，TI 公司DSP業(yè)務拓展經理鄭小龍如是說。

　　不過，即便前路再坎坷，卻依舊阻擋不了芯片廠商在高清編解碼征程上的捷步邁進。當前，除了海思的Hi3520可實現(xiàn)1080P高清編解碼外，TI的TMS320DM6467、富瀚微的FH8735 和FH8736以及升邁的GM8180等都皆已殺進高清“名人堂”。

　　當然，市場上目前主流產品仍然是標清，標清和高清將來仍會長時間共存。為此，芯片廠商在追求高清編解碼時，并沒拋棄標清，而是堅持兩手抓。Techwell即是一個很好的例證，據Intersil公司主管軟件工程師錢團結透露，Techwell著手從兩方面進行了標清芯片升級：一方面清晰度升級。將清晰度從D1升級到支持960H格式，如TW2809成功地從D1升級到支持960H，即以前端TV解碼芯片TW2960+TW2809系統(tǒng)方案為例，即給用戶帶來了模擬高清的享受;另一方面是集成前端TV解碼器，將前端的TV解碼器嵌入到現(xiàn)有的編解碼芯片。即將推出的TW5866在TW5864的基礎上，包含了8路TV解碼器，既增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性又降低了產品的價格。

　　而另外一些芯片廠商在平臺的繼承性上給予深入重視，并注重全面挖掘原有芯片的潛力。以TI為例，在IP網絡攝像機的應用中，其DM365雖說目前已經廣泛普及，但仍改芯片為ARM9集成視頻協(xié)處理器并集成有ISP的單片系統(tǒng)，可以支持從D1 到720P分辨率，只是主頻不同，而管腳和軟件完全兼容。這樣的兼容性還延續(xù)到DM368，則可以支持1080P@30fps。在此全兼容的平臺中還有DMVA1和DMVA2兩個智能攝像機平臺，前者支持標清而后者支持高清。未來高清1080P@60fps的平臺將延續(xù)同樣的體系結構，只是ARM提高到A8，視頻協(xié)處理器升級，ISP性能增強。同時還會有支持1080P 分辨率的DMVA3智能攝像機平臺推出，并沿用原有的應用軟件。特別需要強調的是，TI的IP網絡攝像機解決方案都支持ONVIF和PSIA協(xié)議。[nextpage]

　　HD-SDI芯片解決方案

　　關于未來高清攝像機的發(fā)展趨勢，各種技術爭奇斗艷，各顯神通。其中基于數字非壓縮信號的HD-SDI延續(xù)模擬攝像機的特色，也是高清發(fā)展的一個方向，可以有機地同IP高清進行結合。

　　在HD-CCTV 良好發(fā)展前景下，富瀚微率先提供了HD-SDI的板卡方案。高清的圖像質量至少3 倍于D1 的圖像分辨率，此時，富瀚FH8735的 優(yōu)良編碼性能為HD-SDI的原始圖像壓縮以及存儲提供了強有力的保證，且PCI/PCI-E 總線可以根據實際應用來選擇，對于對預覽要求較高的應用，PCI-E 的帶寬足以保證高清原始碼流傳輸至HOST 端進行后處理。同時也為智能分析提供了高質量原始圖像的保障。這也同時驗證了一位業(yè)界人士的看法，SoC不是簡單的一個芯片，而是一個解決方案。

　　而在采訪中，TI的鄭小龍向筆者透露， TI新成立的SVA 事業(yè)部可為業(yè)界提供更廣泛的易于實現(xiàn)的專業(yè)和廣電視頻應用，其中就包括SDI產品。而TI現(xiàn)有了SDI線路驅動和均衡產品，可幫助視頻監(jiān)控客戶去獲取更長線路和更低的功耗，其更長線路支持總是視頻監(jiān)控客戶所最為關心的。TI的LMH0394提供業(yè)界最長的，可達到200米高清并且數據率達3Gbps，或 400米標清，并且最低功耗為115mW典型值。SDI視頻信號的編解碼需要有強大的處理器來處理，DM81xx平臺也可實現(xiàn)這種多路的高清系統(tǒng)。

　　同樣，針對HD-SDI的需求，Techwell也推出基于TW2809 的HD-SDI PC DVR廣播級高清產品，支持720P/1080i/1080P。

　　編解壓縮：錘煉過硬技術

　　“百萬高清”概念的騰空出世，在帶來前所未有的全新監(jiān)控體驗的同時，也讓核心構建的芯片背上沉重的負擔。“涉及到用于數字視頻監(jiān)控的編解碼的芯片，首先關心的是視頻壓縮的格式，目前主流為H.264，而為兼容以往系統(tǒng)，對MPEG4或者MPEG2的支持也有所需求。為面向未來系統(tǒng)，也有對SVAC格式的支持考慮。當然，結合中國自主產權系統(tǒng)的獨特要求，能否支持SVAC也提到了議事日程。其次，需要關心的就是支持多少通道標清的能力，甚至多少通道高清的能力。市場上支持多路H.264的處理器也有不少，但是多是單片支持八通道D1編碼能力，迫切期待單片支持十六通道D1編碼能力，或者是多通道高清編碼。對于通道的支持不僅只限于編碼，還有多通道解碼的需求，以及多通道輔流編碼的需求。”TI的鄭小龍概述道。

　　除了解碼的兼容性和編碼的壓縮質量的基本要求，高速的系統(tǒng)架構、內存頻寬、高效率的DMA控制器，甚至多核的平行處理也是檢驗SoC效能是否優(yōu)秀的關鍵指標。不過，在日益旺盛的需求召喚與高速運轉的技術引擎驅動下，擺在編解碼芯片上的種種困惑也將迎刃而解。

　　從Hi3512、Hi3515到最新的Hi3516，海思提供了一套完整的高清解決方案。以Hi3512為例，該方案基于ARM9處理器內核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器，具有高集成，可編程，支持H.264和MJPEG等多協(xié)議的優(yōu)點，其中視頻處理單元可以支持H.264 Main Profile、Baseline、Profile、MJPEG、JPEG等多種協(xié)議實施編解碼;支持1.3M Pixels@30fps，支持最大300萬像素的JPEG抓拍;視頻處理單元還可以支持雙碼流編碼等功能。Hi3512解決方案豐富的外圍接口方便滿足設備規(guī)格需求，能有效降低整機BOM成本。

　　當然，在編解碼性能PK上，國際大廠牌自然也不是吃素的，如TI近期問世的DM8168。來自TI的資料稱，DM8168數字視頻H.264編碼能力已經飚到三通道1080P@60fps高清，不僅如此，還可支持MPEG4、MPEG2、VC1等視頻壓縮格式，還有能力支持SVAC中國自主知識產權標準的能力。正是基于強大和靈活的數字視頻協(xié)處理器，采用軟件可編程的實現(xiàn)原理，DM8168還可采用單片實現(xiàn)六通道高清1080P@30fps或720P@60fps編碼、十二通道高清720P@30fps編碼、三十通道D1編碼，支持各種高清或標清數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的所有編碼要求。而解碼和編碼也具有相同的能力，這就使之既可以用于開發(fā)多通道DVR和DVS，又能開發(fā)多通道NVR，且都支持高清應用。此外，DM8168還嵌入強大的主處理器ARM Cortex A8，主頻可達1GHz，可以作為產品的核心處理器，運行高速實時操作系統(tǒng)，支持千兆以太網絡、SATA硬盤接口、PCIe高速總線接口等。由于集成了性能強大的視頻處理子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)反隔行處理和圖像增強和降噪功能，并且支持三個獨立圖形層和線性縮放及三個高清或標清的OSD等功能。又由于集成有3D圖形加速器，產品可支持三維菜單界面，為數字視頻監(jiān)控產品界面帶來全新改觀。

　　為了滿足不同網絡帶寬和顯示設備的需求，早先IP監(jiān)控系統(tǒng)往往采用多碼流同時編碼的方式，這無疑增加了數據吞吐量。ADI資深DSP應用工程師Harry Wei表示，H.264 SVC(Scalable Video Compress，可擴展視頻編碼)提供了一個有效的解決辦法。利用可擴展編碼，編碼器只需要提供一個碼流，人們可以選擇需要的層級(分辨率、幀率等等)進行傳輸、存儲和解碼，節(jié)約帶寬和存儲設備，充分利用原有的非高清顯示器。[nextpage]

　　低碼率保障網絡暢通

　　當前，我國寬帶網絡情況好壞不一，很多地方帶寬嚴重不足，某些網絡運營商能提供的實際帶寬只有100~200兆，真可謂“寬帶不寬”。與此同時，用戶在使用中對成本也有一定考慮，所以高清的體驗再好，用戶也不愿在目前的成本下使用太高的碼流來實現(xiàn)。由此，芯片廠商不得不對高清攝像機的編碼效率進行重新評估，為此也做了不少“功課”。據NXP混合信號ASSP及Jennic低功率RF方案產品事業(yè)部資深產品市場經理陳石明介紹，相比于市場上其他平臺需要在1080P@30fps時，把碼率設定為4-6Mbps，而NXP ASC88xx平臺2Mbps即可實現(xiàn)滿意的編碼性能，這極大地節(jié)省了網絡帶寬和存儲空間。而在同等碼率條件下，ASC88xx平臺具備更高的編碼品質。

　　與NXP類似，海思居于對H.264的壓縮方案的成熟經驗，充分考慮到了視頻的遲延和網絡打包的方便性，在其Hi3512中也給出了2M帶寬傳輸720P實時解決方案。

　　智能分析火熱搶眼

　　此外，對高清編解碼芯片智能視頻分析的呼聲也越來越高。“高清編解碼芯片需要更高級別的SoC化來增加去隔行、3D降噪、視頻增強等圖像處理和智能識別能力，以及網絡化，用以滿足DVR和NVR所需功能。且單個芯片需具備更多路1080 60p編解碼能力。”Intersil公司主管軟件工程師錢團結說。就此看來，高清編解碼芯片并不僅止步于高清。海思監(jiān)控產品線總監(jiān)楊鋒國也表示，僅有高清還遠遠不夠，下一步的重點就是考慮如何提升監(jiān)控效率——智能監(jiān)控。智能監(jiān)控算法提升高清監(jiān)控效率。隨著監(jiān)控攝像頭的增多、金融犯罪手法多樣化，智能監(jiān)控勢在必行。智能要聚焦于業(yè)務可視化管理，未來智能算法進一步提升內容分析可靠性，從監(jiān)控輔助手段升級到支撐業(yè)務流程變革。而且將推進更多數字視頻監(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。

　　針對數字視頻監(jiān)控的智能化需求，通用可編程的高速處理器是最為理想的平臺。據TI鄭小龍介紹，TI的DSP已為眾多的開發(fā)者所應用，實現(xiàn)嵌入式智能分析系統(tǒng)。在DM8168平臺中已集成了一個C674x核心的DSP，并可以達到主頻1GHz，而全部資源都可以用作包括智能視頻分析的增值性功能。

　　NXP的陳石明也表示，除了2011年中已經發(fā)布的ASC8851/52/48/49/50外，2011年底及2012年初，還將發(fā)布ASC886x系列高性能帶智能的IPCam平臺、ASC889x codec系列、ASC887x系列。

　　全面系統(tǒng)整合 云架構模式

　　電子系統(tǒng)發(fā)展宗旨之一就是最大限度地簡化電路設計，達到整體產品系統(tǒng)的可靠性、精度、穩(wěn)定等品質指標。然而，剛登上前臺的SoC距離這一目標尚有一段距離。“從硬件方面看，高SoC化需要的多個CPU核的協(xié)調處理，大量的DMA操作以及海量的內存數據管理，雖然滿足了更多路的編解碼處理性能，但也給編解碼芯片帶來了更高的復雜度和難度，同時穩(wěn)定性問題無可避免;從軟件方面看，底層驅動和SDK需要提供更多的接口來滿足上層AP的需要。” Intersil的錢團結說。實際上，一個芯片的成功與否，不但要求芯片硬件的性能穩(wěn)定，更需要功能強大的驅動和SDK的配套支持。

　　TI的鄭小龍也表示，目前市場上不乏編解碼芯片，但真正具有強大生命力的平臺并不多。從MPEG4到H.264都不斷有新的專用芯片推出，但大都不成體系，這就使得監(jiān)控廠商的產品沒有太大的增值空間，至于太多的同質化產品的出現(xiàn)和競爭將不可避免地危害到行業(yè)的長遠發(fā)展。為了加強數字視頻監(jiān)控企業(yè)創(chuàng)新力度和深度，投入具有發(fā)展?jié)摿Φ捏w系平臺尤為重要，特別是以此作為堅實的基礎，可以不斷地探索和完善數字視頻監(jiān)控的新技術和新應用。

　　雖然還面臨諸多困難和挑戰(zhàn)，但從技術走勢看，面向安防市場的發(fā)展，全面系統(tǒng)整合仍然是未來的發(fā)展方向。“對于芯片而言，所有系統(tǒng)的單片化解決方案將是必由之路，而體系結構也必將為一致性。在統(tǒng)一的硬件系統(tǒng)之上，要具有強大而開放的主處理器和高速且通用的DSP核心。視頻編解碼的實現(xiàn)將采用硬件和軟件結合的方式，這樣才可以滿足各種更新格式視頻壓縮和處理技術的需要。各種顯示、傳輸和交互接口性能和功能都將繼續(xù)高度集成和提升。未來的數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的大量工作將集中在軟件的系統(tǒng)開發(fā)。”鄭小龍的這番闡述與許多業(yè)內人士的心聲同調。

　　而NXP的陳石明則為未來編解碼模板定位：從編解碼芯片看，超多路高清編解碼性能的芯片是未來趨勢。且編解碼芯片中集成前后端模塊也是未來方向之一。而隨著IP網絡化功能的需求加大，未來編解碼芯片支持云架構技術也可預見。