走過2014年，2015年的安防行業(yè)充滿著機遇與挑戰(zhàn)。作為核心硬件設(shè)備的安防芯片也正在歷經(jīng)著技術(shù)的變革，無論從前端到后端均是如此。芯片技術(shù)的升級，最明顯的就是產(chǎn)品設(shè)備在性能上的突破。現(xiàn)階段，在視頻壓縮技術(shù)、視頻處理技術(shù)以及智能化技術(shù)等方面都有明顯突破。本文將從DSP芯片技術(shù)與圖像傳感芯片技術(shù)兩個方面探討安防芯片技術(shù)的發(fā)展。

　　DSP技術(shù)的智能化新突破

　　DSP是Digital Signal Processor，意思是數(shù)字信號處理器，就是用來完成數(shù)字信號處理的器件。

　　數(shù)字信號處理是利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。

　　新興應用對DSP提出的特定需求安防稱得上是在DSP應用方面走在最前列的領(lǐng)域之一。它正在經(jīng)歷更新?lián)Q代過程，從以往用DSP進行視頻編解碼的普通 DVR，發(fā)展到實現(xiàn)人臉識別、車牌識別、包丟失處理、入侵偵測等功能。這些先進的智能特性都需要通過DSP來實現(xiàn)大量先進的算法。如深圳富視安智能科技有限公司最新研發(fā)的視頻監(jiān)控設(shè)備智能分析、多目標跟蹤系統(tǒng)，就是一個典型的智能視頻監(jiān)控應用。

　　多目標跟蹤系統(tǒng)

　　多目標跟蹤系統(tǒng)通過監(jiān)控現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)，對目標進行檢測、跟蹤、分類，并分析目標的行為，實時發(fā)送預警信息。當存在威脅或檢測到異?；顒蛹澳撤N特定行為時，即時發(fā)出預警。通過已獲得專利的算法檢查視頻中的每一個像素，并識別所有像素的變化。如果在一個區(qū)域有很多像素發(fā)生變化，該軟件就認為這是一種移動。根據(jù)預定的策略和預警信息，對實時視頻和記錄視頻中的移動或變化的檢測會觸發(fā)多種警報接口，并轉(zhuǎn)發(fā)到蜂鳴或語音報警器、電郵或SMS信息，通過屏幕報警或其他行為以警示相關(guān)部門。

　　無論在室內(nèi)還是室外，甚至在光線很暗的情況下，多目標跟蹤系統(tǒng)先進的視頻移動檢測功能能夠7×24小時內(nèi)連續(xù)不斷地精確檢測多個移動目標的速度、方向以及大小。該算法還可定制以滿足特定的安全需求。

　　例如， 智能分析系統(tǒng)、多目標跟蹤系統(tǒng)能夠保護博物館的館藏，檢測目標何時丟失、改變位置或違反規(guī)定的監(jiān)視規(guī)則，如禁區(qū)、入侵檢測系統(tǒng)等;還可以監(jiān)控目標何時在何地停留了多長時間，這對在機場、火車站、地鐵站找出潛在的恐怖裝置尤為重要。

　　多個圖像處理算法是電子警察系統(tǒng)實現(xiàn)實時智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵。因此，信號處理性能是富視安智能科技有限公司在選擇處理器解決方案時的一個主要考慮。

　　公司的網(wǎng)絡(luò)高清高速球機被選為使用核心DSP技術(shù)解決方案。不僅提供了更好的性價比，還提供了獨特的雙核設(shè)計。可將圖像處理任務和系統(tǒng)控制任務分開在獨立的計算域中，獲得最穩(wěn)定的實時性能。網(wǎng)絡(luò)高清高速球能將現(xiàn)場情況拍攝并傳給NVR存儲等，允許用戶配置IVS并恢復對象和事件列表。

　　基于純DSP平臺的電子警察

　　基于純DSP平臺的電子警察系統(tǒng)，是嵌入式高清純視頻電子警察系統(tǒng)(它同時具備闖紅燈、卡口、監(jiān)控等多項功能于一體)，具備高清純視頻檢測車輛、號牌識別和紅綠燈狀態(tài)檢測功能，可抓拍控制部分實現(xiàn)對檢測部分采集的數(shù)據(jù)進行運算處理，分析違法過程，觸發(fā)拍攝部分進行抓拍，壓縮記錄數(shù)據(jù)，實時網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。目前，行業(yè)幾乎都用工控機實現(xiàn)硬件構(gòu)成，風扇、Windows操作系統(tǒng)都是工控機存在的不穩(wěn)定因素。

　　富視安基于城市交通對電子警察的高標準需求，自主研發(fā)DSP嵌入式主機，采用最先進的數(shù)字處理技術(shù)，抓拍軟件固化到DSP硬件中，屬于純硬件抓拍系統(tǒng)，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，也大大提高系統(tǒng)的抓拍效力。中心違法后處理系統(tǒng)，安裝通用型電子警察處理平臺，平臺兼容闖紅燈系統(tǒng)、卡口系統(tǒng)、超速系統(tǒng)等捕獲的違法數(shù)據(jù)，不論是高清抓拍還是標清圖片均可錄入違法系統(tǒng)中，方便一線干警實際工作，大大提高了工作效率。前端系統(tǒng)將違法照片自動傳輸?shù)街付ǖ臄?shù)據(jù)服務器上，數(shù)據(jù)服務器端自動接收數(shù)據(jù)并入庫。違法自動抓拍系統(tǒng)集多種功能于一身，系統(tǒng)在實時記錄通過的車輛圖像時，判斷是否有違法駕駛行為(闖紅燈、軋黃線、逆行、違法變線等)，同時識別車牌號碼，并可測算車輛速度，數(shù)據(jù)傳輸可采用網(wǎng)絡(luò)、串口、USB等多種方式。調(diào)節(jié)攝像頭的光圈、快門等參數(shù)，保證抓拍圖像的視覺效果，如圖1、圖2所示?？蛇m應清晨、正午、傍晚、夜晚、夕照、車輛大燈、陽光直射、多云、以及雨、雪等天氣情況。有能力處理大流量情況，可以處理每小時車道流量在10000輛(每秒3 輛車)以上的極端情況。視頻檢測時間在5ms內(nèi)完成，號牌識別在50ms內(nèi)完成。系統(tǒng)高度集成，在原有闖紅燈抓拍的基礎(chǔ)上，拓展更多的功能，實現(xiàn)單臺設(shè)備多臺功能，多臺設(shè)備單臺的價格。主機可實現(xiàn)闖紅燈及卡口監(jiān)測自由切換，即實現(xiàn)紅燈期間抓拍闖紅燈，綠燈期間抓拍所有車輛實現(xiàn)卡口功能。本系統(tǒng)的各種判別方式、識別算法均采用軟件實現(xiàn)，所以對系統(tǒng)的升級換代，只需更換軟件，無需動硬件。

　　DSP芯片集成化成趨勢

　　DSP芯片尺寸始終是DSP的技術(shù)發(fā)展方向。當前的DSP尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝，改進DSP芯核，并將幾個DSP芯核、 MPU芯核、專用處理單元、外圍電路單元、存儲單元統(tǒng)統(tǒng)集成在一個芯片上，實現(xiàn)DSP系統(tǒng)級集成電路，也就是當前主流的單芯片解決方案，簡稱SoC。

　　H.265視頻編解碼技術(shù)帶來的變革

　　視頻編解碼技術(shù)決定了監(jiān)控設(shè)備的傳輸能力。當前，H.264是主流的編解碼技術(shù)。不過，自從H.265出現(xiàn)后，其受關(guān)注程度可以說是空前。

　　H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標準。H.265 標準圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標準 H.264，保留原來的某些技術(shù)，同時對一些相關(guān)的技術(shù)加以改進。新技術(shù)使用先進的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時和算法復雜度之間的關(guān)系，達到最優(yōu)化設(shè)置。具體的研究內(nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低復雜度等。

　　H.264由于算法優(yōu)化，可以4Mbps左右的速度實現(xiàn)高清數(shù)字圖像傳送;基本上安防數(shù)字產(chǎn)品已經(jīng)全部采用H.264算法，而新一代的H.265算法已經(jīng)在芯片企業(yè)的量產(chǎn)推廣階段，預計1-2年左右，H.265編碼格式將全面應用于安防數(shù)字產(chǎn)品，更高的壓縮效率更低的編碼碼流，無疑又講推動安防產(chǎn)業(yè)進入一個新的時代。H265則可以實現(xiàn)利用 1～2Mbps的傳輸速度傳送高清音視頻。安防行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品已經(jīng)普及，而網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控帶來的最直接影響就是高清數(shù)字圖像網(wǎng)絡(luò)帶寬瞬間暴增，存儲容量以PB級計算，如此大的帶寬需求及存儲需求，讓安防行業(yè)陷入了被動，如何優(yōu)化編解碼技術(shù)、如何降低存儲技術(shù)。特別近年來，4K、高幀率等高清網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的出現(xiàn)，進一步加劇了這一現(xiàn)狀，且高像素的編解碼技術(shù)，迫切需要 H.265 的支持。因此， 2015 年，H.265必將成為安防監(jiān)控行業(yè)的一大熱點話題。更低的帶寬占用量、更高分辨率視頻的編解碼能力、更優(yōu)的畫質(zhì)表現(xiàn)，都讓 H.265 成為安防廠家的不二之選，呼聲一浪高過一浪。目前，華為已正式推出了Hi3516A的 H.265芯片，富視安智能科技已經(jīng)推出H.265編碼格式IPC和NVR，我們也將看到更多、更優(yōu)秀的H.265 產(chǎn)品。

　　圖像傳感芯片的進步

　　圖像傳感器作為核心的成像元件，決定了前端視頻采集設(shè)備獲取的圖像質(zhì)量。從技術(shù)角度和像素發(fā)展角度而言， 主要的突破點集中在高靈敏度和低噪聲。

　　在目前的監(jiān)控用高清攝像機產(chǎn)品中，以130萬和200萬像素為主，且200萬及以下像素的產(chǎn)品在傳感器方面以CCD、CMOS平分秋色，200萬像素以上的產(chǎn)品則主要以CMOS為主，但總體而言，高清攝像機在低照度、寬動態(tài)方面的表現(xiàn)仍有待提高，而CMOS Sensor的半導體工藝使低成本、高清晰度、大畫面的成像效果成為可能。

　　高靈敏度、高速、高信噪比、低噪聲、低照度、高動態(tài)范圍、更強大的功能、更緊湊的尺寸是當前圖像傳感器的主要技術(shù)發(fā)展方向。

　　就單像素尺寸的工藝發(fā)展,由之前的1/4、1/3、發(fā)展到現(xiàn)在1/2.8、1/2.9、1;低照度是每個安防廠商都注重的技術(shù)，低照度拍攝水平在不斷地提升，CMOS已經(jīng)達到甚至超越了CCD的低照度拍攝水平。這也是未來不斷發(fā)展和成熟的方向，隨著CMOS感光度的提升，未來的sensor基本上都具有低照度的性能。

　　傳感器的另一技術(shù)體現(xiàn)在于高速。未來的高清拍攝，甚至超高清4K2K的拍攝，都離不開高速CMOS的支持，未來將從30fps的需求，到達60fps的視頻播放視覺需求。更高的幀速需要CMOS和高速讀出電路的支持，這兩方面也是要不斷改進的地方。

　　傳感器的每一次技術(shù)改進，都會強調(diào)靈敏度和信噪比這兩個參數(shù)，因為他們決定了畫質(zhì)的評價。也通過改進模擬噪點消除模塊和增加數(shù)字噪點消除模塊，同時改進CMOS生產(chǎn)工藝，來達到更低的噪聲。

　　結(jié)束語

　　在安防的產(chǎn)業(yè)鏈中，處于上游地位的無疑是各種標準協(xié)議，標準協(xié)議對安防芯片的設(shè)計和生

　　產(chǎn)具有關(guān)鍵的指導作用，芯片廠商根據(jù)標準協(xié)議設(shè)計出不同應用類型的芯片，如數(shù)字信號處理芯片(DSP)和用于圖像信息采集的圖像傳感芯片(CCD芯片和CMOS芯片)。視頻監(jiān)控是目前安防行業(yè)芯片應用量最大的領(lǐng)域。

　　視頻壓縮標準方面，安防壓縮國際標準從MPEG4、H.264發(fā)展到如今的H.265標準，壓縮能

　　力逐步上升，這些標準已經(jīng)在市場上取得了巨大的成功，尤其是H.265已經(jīng)成為了安防乃至消費領(lǐng)域的事實標準，得以大量普及，特別是在高清領(lǐng)域得到廣泛應用。2013年ITU組織更是推出了H.265標準，有望比H264的壓縮能力提高一倍。

　　硬件方面，自從視頻錄像數(shù)字化以來，芯片技術(shù)一直在不斷發(fā)展。早期的視頻壓縮采用的是PC機的CPU利用壓縮軟件對圖像進行處理，存在著成本高、體積大、功耗高和穩(wěn)定性差的缺點。隨著嵌入式芯片的發(fā)展，特別是國內(nèi)以海思為代表的廠商推出了Hi3516A等芯片，對高清和4K極高清的支持更上一層樓。這一系列安防芯片性能和功能的提升使得安防設(shè)備得以小型化并廣泛部署于前端，安防市場得以迅猛發(fā)展。

　　未來的安防將越來越精細化高清和寬動態(tài)范圍低功耗，基本有一下幾個主要的方向：一是專業(yè)的公共安全，大型的國家級別公安系統(tǒng)使用的安防平臺產(chǎn)品，如富視安智能科技研發(fā)基于海思Hi3516A 的IP高清200W像素攝像機BB78、BB63以及NVR等，使用富視安配套的產(chǎn)品還能實現(xiàn)智能視頻分析人臉識別和車牌號識別等功能;二是民用安防，富視安智能科技研發(fā)的K01可以用在看家，關(guān)注老人、嬰兒等并實現(xiàn)了移動互聯(lián)手機實時觀看。

　　【作者單位：深圳市富視安智能科技有限公司】

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