談數(shù)字視頻監(jiān)控的集大成時(shí)代

鄭小龍

摘要：數(shù)字視頻監(jiān)控已經(jīng)到了集大成的時(shí)代，其中視頻壓縮編解碼在向多格式和高清化方向發(fā)展。數(shù)字媒體soc經(jīng)過幾度的大集成，所涉及的不僅是芯片硬件系統(tǒng)上，而且是在軟件系統(tǒng)上的全面集成。

關(guān)鍵詞：數(shù)字視頻監(jiān)控；SoC；TI；安防

無論近年來全球經(jīng)濟(jì)如何動(dòng)蕩，中國的公共安防市場卻總是保持旺盛增長的勢頭，這從兩屆安博會(huì)的盛況中都可以感受到。2008年北京成功舉辦了奧運(yùn)會(huì)，國產(chǎn)的監(jiān)控產(chǎn)品廣泛采用，表現(xiàn)不凡。隨后而來的世界金融危機(jī)為中國帶來了陣陣涼意，但當(dāng)年12月初的北京安博會(huì)卻依然熱鬧非常。2009年，由于海外市場的影響，中國安防企業(yè)也面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，但是憑借多年來堅(jiān)持不懈的技術(shù)積累和銳意進(jìn)取，數(shù)字視頻監(jiān)控領(lǐng)域仍然喜人地成長，當(dāng)年11月初的深圳安博會(huì)火爆空前，中國數(shù)字視頻監(jiān)控企業(yè)所展現(xiàn)出的創(chuàng)新精神和整體實(shí)力令世人矚目。在此次展會(huì)上，TI也全面展示了中國客戶和第三方合作伙伴的產(chǎn)品和方案，顯示了突出的數(shù)字視頻技術(shù)成果以及同合作精神。

進(jìn)入2010年，經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇已是大勢所趨。數(shù)字視頻監(jiān)控行業(yè)將迎來新的發(fā)展階段。今年3月美國拉斯韋加斯的國際安防展(ISC-West)和4月臺灣的國際安博會(huì)(secutech)無疑是兩個(gè)重要的風(fēng)向標(biāo)，所傳遞的市場前景令人鼓舞，中國企業(yè)在這兩個(gè)重要展會(huì)上均有出色的表現(xiàn)。

然而，數(shù)字視頻監(jiān)控已進(jìn)入一個(gè)集大成的新時(shí)代，這既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，唯有以核心技術(shù)為驅(qū)動(dòng)力，并以強(qiáng)大系統(tǒng)平臺為依托、才有可能滿足不斷拓展的大集成系統(tǒng)的需求。

數(shù)字視頻技術(shù)的核心驅(qū)動(dòng)力

數(shù)字視頻監(jiān)控能有今天的輝煌歸功于核心技術(shù)的不斷驅(qū)動(dòng)，概括起來主要有四種核心技術(shù)的創(chuàng)新，即視頻壓縮、影像處理、視頻顯示和視頻分析，如圖1所示。

回顧數(shù)字視頻監(jiān)控的發(fā)展歷程，數(shù)字音視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了壓縮標(biāo)準(zhǔn)的制定并在高速數(shù)字信號處理器(DsP)上得以實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。DSP得天獨(dú)厚的高性能和低功耗以及軟件可編程的特性使之成為嵌入式數(shù)字音視壓縮的理想處理平臺，而在高速通用DSP芯片上集成多個(gè)視頻接口及豐富外圍接口，即成為數(shù)字媒體處理器。

數(shù)字音視壓縮技術(shù)包含視頻編碼和解碼，在視頻監(jiān)控應(yīng)用中已由MPEG4過渡到H.264成為主流，SVC作為一個(gè)效率更高的標(biāo)準(zhǔn)也將接受市場的考驗(yàn)。在各種寬帶和無線數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中，既有多通道處理的需求，也有多格式、多碼率及多視頻流的支持。高清技術(shù)讓數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)徹底淘汰傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)，于是在CIF／D1分辨率的基礎(chǔ)之上720p和1080p的呼聲很高，視頻壓縮技術(shù)在新的潮流下得到了進(jìn)一步的提升。

影像處理技術(shù)原本并不為視頻監(jiān)控廠商所熟知，這主要在于廣泛采用模擬攝像機(jī)來向整機(jī)提供。但是隨著CMOS視頻傳感器技術(shù)的成熟和推廣，數(shù)字一體化攝像機(jī)將融合更多的影像處理技術(shù)，其中包括自動(dòng)曝光(AE)、自動(dòng)白平衡(AWB)和自動(dòng)聚焦(AF)技術(shù)將有可能被掌握。隨著集成有視頻前端的單片系統(tǒng)(SoC)的推出，不僅支持上述的3A功能，還可以支持3D噪聲濾波、人臉檢測、LDC鏡頭校正和WDR寬動(dòng)態(tài)等功能。

視頻顯示技術(shù)曾經(jīng)是與電視相關(guān)消費(fèi)類產(chǎn)品的應(yīng)用亮點(diǎn)，如今在數(shù)字視頻監(jiān)控中也開始頻繁出現(xiàn)，而且要求越來越高。在有各種SD標(biāo)清輸出的同時(shí)也要有更多HD高清輸出，并且要有多層級的OSD圖文疊加和視頻縮放功能。多媒體2D／3D圖像加速技術(shù)的引入，HDMI高清接口將成為必需，顯示加密技術(shù)也許不可或缺。

視頻分析技術(shù)業(yè)已在數(shù)字視頻監(jiān)控領(lǐng)域逐步顯露鋒芒，從而使得監(jiān)控真正向智能化的視覺方向發(fā)展。視頻分析所包含的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，其中有物體檢測統(tǒng)計(jì)、目標(biāo)物體識別和監(jiān)控目標(biāo)跟蹤，還可以設(shè)立警戒區(qū)進(jìn)行檢測或行為分析。對于攝像機(jī)自身的智能化處理，已有視頻穩(wěn)定和鏡頭受襲告警實(shí)用技術(shù)。人臉識別技術(shù)目前已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)市場化，并已有不少成功的應(yīng)用，例如北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì)。

數(shù)字媒體處理器的高集成性

數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品的推陳出新得益于核心處理平臺的升級換代，其中數(shù)字媒體處理器發(fā)揮了重要的作用。單片的通用DSP可以很好地實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)字壓縮或智能視頻數(shù)字分析處理工作，但還需要在外圍接視頻接口和前端或后端處理設(shè)備，因此系統(tǒng)比較復(fù)雜。TI以業(yè)界廣泛采用的DSP核心c64集成多個(gè)數(shù)字視頻接口和豐富的外圍接口所推出的DM642成為一個(gè)知名度極高的數(shù)字媒體處理器，累計(jì)在全球的銷量大約兩千萬片，而有一半在中國，其中絕大多數(shù)的應(yīng)用是監(jiān)控視頻壓縮卡、硬盤錄像機(jī)(DVR)、視頻服務(wù)器等(DVS)。

TI推出的第一顆數(shù)字媒體soc對于數(shù)字視頻監(jiān)控行業(yè)的影響極其深遠(yuǎn)，從而開創(chuàng)了以創(chuàng)新大師達(dá)芬奇冠名一個(gè)系列媒體處理平臺。如圖2為數(shù)字視頻SoC集成結(jié)構(gòu)，其中包含有ARM和DSP核心系統(tǒng)，還有視頻協(xié)處理器(VICP)，以及視頻處理子系統(tǒng)(VPSS)。不同的SoC平臺有不同的內(nèi)部組合結(jié)構(gòu)，如DM6446是該系列的第一個(gè)芯片，四個(gè)單元都有集成，以C64+為核心處理器，ARM9作為主控制器，VICP協(xié)處理器只是輔助，視頻子系統(tǒng)較簡單，沒有集成ISP影像處理器。在該系列中面向不同的應(yīng)用的SoC又有DM6437，集成c64+核心和VPSS；DM648集成C64+核心和VICP及五個(gè)視頻接口；DM36s集成ARM9和VPSS含ISP影像處理器。

面向1080p高清應(yīng)用，新的達(dá)芬奇高清SOC是DM6467，集成ARM9作為主控制器，兩個(gè)高清協(xié)處理器HD-VICP作為核心處理單元，而C64+為輔助處理單元，另外集成了高清視頻的輸入和輸出接口。該單芯片憑借600MHz主頻就可以實(shí)現(xiàn)H.264格式1080P每秒30幀編碼，而運(yùn)行在IGHz主頻就可以實(shí)現(xiàn)H.264格式1080P每秒60幀編碼。DM368與DM365管腳兼容，但主頻提升為400MHz，同樣可以實(shí)現(xiàn)H.264格式1080P每秒30幀編碼。

今年TI將推出全新的多倍高清soc單芯片DM8168，集成了1GHz主頻Cortex-A8與lGHz主頻C674x的DSP核心，并集成了多個(gè)新版本的HDVICP，還有新一代的VPSS。DM8168所提供的性能比DM6467的lGHz版本的視頻壓縮性能可提升4倍，可同時(shí)支持H.264編碼能力為3個(gè)1080p每秒60幀，或多達(dá)30+D1通道?；讵?dú)立運(yùn)行的HD VICP，DM8168不僅可支持高清分辨率的H.264、MPEG-4、VC1編解碼格式，而且可以支持AVS和SVC標(biāo)準(zhǔn)。作為一個(gè)創(chuàng)新型高清視

頻處理子系統(tǒng)，VPSS可實(shí)現(xiàn)更好的視頻性能，從而提升了高清視頻的預(yù)處理與后處理功能，因而可以更低的比特率支持更高質(zhì)量的視頻，全面滿足視頻安全與視頻通信應(yīng)用的需求。c674x浮點(diǎn)與定點(diǎn)兼容的DSP核心，全部的資源可以支持高級視頻分析，或者高級音頻處理算法。VPSS所集成的增強(qiáng)型2D與3D圖形加速的創(chuàng)新可使新型數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品的用戶界面煥然一新。DM8168的外圍接口更為豐富，包括千兆以太網(wǎng)、PCI Express、SATA2、DDR2、DDR3、USB 2.0、MMC／SD、HDMI以及DVI等多種接口，可支持高度靈活的設(shè)計(jì)方案實(shí)施。

DM8168平臺完全針對監(jiān)控硬盤錄像機(jī)的市場要求而定義，希望設(shè)立全新的性能標(biāo)準(zhǔn)而有所超越，并以此鞏固TI在新一代差異化視頻安防產(chǎn)品中的領(lǐng)先地位。基于DM8168的混合型DVR可同時(shí)支持十六通道H.264格式Dl編碼與八通道Dl解碼，并實(shí)現(xiàn)視頻與圖像混合功能，并支持多達(dá)三個(gè)獨(dú)立顯示器。DM8168可無縫連接四個(gè)同為TI的TVP5 158多通道視頻解碼器，就可無縫捕獲多達(dá)十六個(gè)Dl視頻通道。TVP5158可自動(dòng)控制對比度，降低噪聲，提高壓縮比與整體視頻質(zhì)量，從而不但可取消額外的FPGA與外部存儲(chǔ)器，還可簡化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)靈活性。

不斷延伸的大集成概念

數(shù)字視頻監(jiān)控已經(jīng)到了集大成的時(shí)代，其中視頻壓縮編解碼在向多格式和高清化方向發(fā)展。數(shù)字媒體SoC經(jīng)過幾度的大集成，所涉及的不僅是芯片硬件系統(tǒng)上，而且是在軟件系統(tǒng)上的全面集成，因此將進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品和系統(tǒng)的日新月異發(fā)展，于是呈現(xiàn)出不斷延伸的大集成的局面。目前市場上也有一些數(shù)字媒體SoC，也實(shí)現(xiàn)了主控ARM與視頻編解碼器的集成，然而這樣的視頻編解碼器完全為ASIC的硬件結(jié)構(gòu)。不能夠根據(jù)客戶需要支持各種不同編碼格式。在TI的達(dá)芬奇數(shù)字媒體SoC中，既有通用可編程DsP核心以最大限度地支持不同視頻編解碼算法的需求，也有通過專用可編程協(xié)處理器提供捆綁的視頻編解碼算法。前者已有不少成功的產(chǎn)品應(yīng)用，特別是在無線3G視頻服務(wù)器中的許多適應(yīng)性算法需要借助于DsP來實(shí)現(xiàn)。后者雖然不具開放性，但對于一些共性的需求，也可以通過不斷的軟件升級來達(dá)到。

在我們談到數(shù)字視頻監(jiān)控新的增長點(diǎn)時(shí)，智能視頻分析一定是一個(gè)熱門話題。視頻分析從計(jì)算機(jī)后端分析到前端嵌入式分析，使得其應(yīng)用范圍大大增加，目前已開始啟動(dòng)市場化的進(jìn)程。在這過程中通用可編程的DSP扮演了極其重要的角色，從DM642到DM6437或DM6435，許多智能視頻分析廠商推出了出色的算法并進(jìn)入實(shí)用?；诂F(xiàn)在的達(dá)芬奇的C64+核心，已可實(shí)現(xiàn)單片的智能視頻應(yīng)用。未來DM8168的C674x將可提供更加強(qiáng)大的高級智能視頻分析性能。

針對數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的智能應(yīng)用，TI通過視覺加速器實(shí)現(xiàn)了入門級智能視頻分析功能，包括人數(shù)統(tǒng)計(jì)、警戒區(qū)監(jiān)視、目標(biāo)物體檢測、攝像機(jī)防襲和視頻目標(biāo)流處理，這就是名為DMVAl的業(yè)界第一顆智能視頻SoC。如圖3為不同級別的智能視頻分析解決方案。

DMVAI不僅可以支持五種入門級智能視頻分析功能，還可支持一路Dl的H，264格式的IP攝像機(jī)的所有功能，其實(shí)其硬件管腳同DM365完全兼容，而且現(xiàn)在已經(jīng)可以支持PSIA的國際IP攝像機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。DMVA已在規(guī)劃未來各代產(chǎn)品，也將支持高清，并提供更加復(fù)雜的智能分析性能，希望將有助于中國的數(shù)字監(jiān)控廠商迅速進(jìn)入這樣一個(gè)藍(lán)色的海洋。

今年的十一月初將舉行北京安博會(huì)，希望數(shù)字視頻監(jiān)控的大集成趨向?qū)砀蛹t紅火火的新時(shí)代。