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优秀板卡拜芯片所赐不可“软硬”兼失

资讯频道文章B

    板卡在大喊集成、整合的今天,略微显得“势单力薄”,但凭心而论,中国DVR板卡的技术已发展得相当成熟,其在国内甚至国际的安防市场上都有一席之地,而板卡作为DVR发展的原动力,其技术的发展必将加快DVR发展的步伐。

    凭心而论,中国DVR板卡的技术已发展得相当成熟,其在国内甚至国际的安防市场上都有一席之地,而板卡作为DVR发展的原动力,其技术的发展必将加快DVR发展的步伐。

板卡的“昨天”与“今天”
    板卡可分为硬压缩卡(简称硬压卡)与软压缩卡(简称软压卡)。其中硬压卡也称视频采集压缩卡,其在DVR(硬盘录像机)中完成音视频的采集、A/D转换、压缩和解压缩工作。而软压卡仅完成视频采集和A/D转换,而对音视频信号完成压缩和解压是通过电脑CPU软件来完成的。据深圳市波粒智能科技开发有限公司总经理毛忠彪介绍,国内早期的DVR都采用软压卡,但到2000年左右,随着监控领域监控路数的增多,并同时对录像要求的提高(如实时录像),软压卡由于受到电脑CPU速度的限制,在这些领域就无法满足多路或全实时录像的要求。因此一些板卡研发公司就开始在板卡上添加视频压缩芯片,用其替代电脑CPU的工作。由此,硬压卡应运而生。而随着国内IT业的迅速发展,电脑CPU已从32位发展到目前的64位,甚至双核、四核也已在市面上开始使用,而电脑CPU的速度已从早期1GHz发展到2GHZ、3GHz甚至更高。在此基础上,软压卡由于电脑CPU性能的大幅度提升,原先因CPU速度等性能而出现的DVR问题,现在也因此不成为问题,迎刃而解。

    在板卡长期的发展过程中,无论是软压卡还是硬压卡都涌现出一批优秀厂家。其中以海康威视、汉邦高科、武汉恒亿、德加拉、浙江大华为主的厂家占据硬压卡市场的绝大部分份额,而软压卡中则以波粒智能、东舜时代、豪威未来、台湾奇偶为代表的厂家引领整个软压卡的发展。而面对当前电脑CPU性能的快速发展,板卡市场发展也逐步显现出一些变化。诸多业内人士表示,尽管硬压卡当前仍占板卡市场主流,但软压卡的市场占有量已出现明显的上升趋势。

    针对这种局面,深圳市东舜时代科技有限公司总经理朱武陵解释说,硬压卡是建立在电脑CPU速度不够快,同时又要求多路数实时监控的诉求上,但目前CPU的速度已基本可满足多路数实时监控的要求,另外由于硬压卡上添加了视频压缩芯片,成本几乎是软压卡的3倍,基于以上因素,硬压卡已无明显的绝对优势,从价格来说,软压卡的优势远远高于硬压卡。

    在笔者与板卡厂家交流过程中,多数厂家认为,基于软压卡成本低的特点,其已逐步开始侵占硬压卡的市场。但深圳市图敏实业有限公司营销副总冉权江也表示,软压卡虽会抢占硬压卡的一部分市场份额,但更重要的是其会衍生出一些新的市场,如淘汰的办公电脑经整修后重新上岗用作监控已足够,还可将原有的资源充分利用。“但软压卡经常由于一些附加的应用占用资源,且其稳定性、可扩展性也不尽完善,因此在一些传统高风险领域,如银行、政府、部队等高端用户还是会采用硬压卡,之所以这样,一是由于这些领域对价格的敏感度不高,另一方面是软压卡的性能及稳定性还有待进一步提升,且随着成本的降低,硬压卡的价格也会降低,因此在这些传统高风险领域硬压卡仍会占据主导地位。” 杭州海康威视数字技术股份有限公司板卡部门项目经理栾国良表示。[nextpage]

    针对此种情况,德加拉(成都)数码科技发展有限公司开发部经理谢健也认为,虽然电脑CPU速度已经非常快,双核的出现也在一定程度上促进软压卡的发展,但由于软压卡的技术门槛较低,同时市场竞争的激烈已导致利润降低,因此只有拥有自主压缩技术的软压卡厂家才可能会有更大的发展。北京汉邦高科数字技术有限公司技术总监杨晔表示,软压卡厂家除受CPU性能限制之外,总线对其的限制也是很大的。总线决定着带宽的效果,而带宽对于软压卡厂家来说仍是一个瓶颈。软压卡的视频数据都要通过PCI总线,当PCI总线带宽不足时,视频画面会出现“拉丝”的现象,因此软压卡厂家也需解决这方面的问题。目前有一些软压卡厂家也采用PCI-E接口的总线,其可在一定程度上解决“拉丝”的问题,但技术上还欠成熟,仍有待进一步提高。

主要部件,造就优秀板卡
芯片,板卡的核心
    尽管板卡内的两大家族——硬压卡与软压卡在组成结构上各有不同,但其两者内部均有一个重要器件——芯片,其在板卡内部担任着数字处理的重要角色。其中硬压卡的芯片主要是后端的视频压缩运算芯片,而软压卡内的芯片则是前端进行A/D转换的视频采集芯片,下面分别对这两种芯片进行简单介绍。

1、视频压缩运算芯片
    硬压卡中的视频处理过程主要通过视频压缩运算芯片来执行,不需要PC机CPU参与,而各硬压卡厂家主要使用的是NXP(原飞利浦的芯片部门)、ADI、TI等厂商提供的产品。汉邦高科杨晔表示,板卡质量的好坏,与芯片的质量有着绝对的关系,不同厂家的芯片处理能力相差不大,各具优势,但在细节上还是存在细微的差异,各公司可根据自己的实际需求进行选择。据其介绍,TI的芯片性能较强,而NXP的芯片则在视频处理和外围功能扩展方面具有优势,目前其公司长期从TI公司定制芯片,而TI公司也会根据其公司的一些需求进行定制。

    武汉恒亿公司则主要选用的是NXP17系列的芯片,其公司研发工程师操勇认为,NXP在视频处理方面起步较早,较有经验,而TI则在这方面略晚于NXP,其同时表示,板卡公司选用芯片是具有继承性的,若轻易更换芯片会引发产品重新进行开发,有可能会因对芯片的掌握不够而增加成本,而在选择芯片时也要注意满足当前的需要。“除以上几个重要因素外,板卡厂家在选择芯片时也会关注芯片厂家的技术实力和支持力度,芯片厂家与板卡厂家间其实是互动的过程,芯片厂家的技术改进会影响板卡的质量,反之板卡厂家的尽情发挥也会促进芯片技术的发展。”

    硬压卡厂家在使用芯片时除了需要选用适合自己的芯片厂家外,还要选择合适的芯片方案。据德加拉谢健介绍,目前硬压卡厂家使用的芯片方案多是基于ASIC专用处理芯片的硬件处理方式,及基于DSP高速数字处理器的实时软件处理方式两种。

    其中ASIC即专用视频编解码集成电路,是应特定用户要求和特定电子系统的需要设计、制造的,其是集成电路技术与特定用户的整机或系统技术紧密结合的产物,具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、保密性强、成本低等优势。而DSP芯片是通用媒体处理器,即以DSP为核心,集成视频单元和丰富的外围接口,通过软件编程来实现视频编解码功能,拥有对数字信号进行修改、删除及强化等强大的数据处理能力和高速运行两大特色。[nextpage]

    深圳图敏冉权江表示,现在板卡厂家多数使用这两大芯片方案,主流的芯片厂家也都推出这两种方案。ASIC芯片虽然成本较低、易于产品设计、方便使用,但是由于很多功能以及算法都固化在芯片上,不够灵活,硬件设备厂家在做产品开发时容易受制于芯片厂商,集成电路在做好之后无法进行更改,也无法升级,其已在当前的板卡行业将逐渐淡出,而DSP芯片由于采用软件编程,可根据需要随时更改或升级,能够获得更大的灵活性和更强的高性能,因此在多种数字视频编解码标准存在的今天,占据了引领安防市场发展的核心平台地位。也因此,在目前中国市场上的视频压缩处理芯片主要是以DSP为主流,因此当前主流厂家大多使用的是DSP方案。

    随着视频监控市场规模的不断扩大,用户对产品功能需求的逐步固定,以及硅芯片工艺的不断进步,不少厂家也开始在基于ASIC与DSP芯片的基础上开发一种新型的高集成芯片——SOC DVR方案。所谓SOC(System On Chip)即片上系统,这些芯片可集成图像压缩、CPU、IDE、网络甚至VGA功能模块,使得嵌入式DVR产品的开发难度、周期和成本都大幅下降。其还可将一些特殊的功能需求由芯片厂家提供源代码给客户,再由客户根据不同的应用进行二次开发。据业内人士介绍,SOC中可添加视频协处理器,或编码与解码等各自独立的处理单元,甚至一些视频子系统,在前处理中实现预览、缩放和部分光学处理,在后处理中实现图片与文字的叠加。由此能推动更多公司进入该领域,产品也会更快地进步和成熟。而对于这种优势颇多的方案,不少厂家却对其表示不同的看法。图敏冉权江认为一个SOC芯片实际是将主控CPU与编解码器集成在一起,若使用在嵌入式或低信道路数的网络摄像机或视频服务器中会有较大用处,而硬压卡主要是通过电脑CPU来进行处理,在每张板卡上都添加一个CPU会比较浪费。而武汉恒亿的操勇也认为,SOC虽可做一部分内部连接的操作,但在使用时,还需PC机内部的CPU来进行操作,另外其的集成度较高,但相对的定制化东西就会较少,灵活性会低于DSP。但是,厂家不可忽视该种方案,在时机成熟时也会考虑采用这种芯片方案。

2、视频采集芯片
    模拟视频信号通过PC机所插的采集卡,并经A/D转换后输入给电脑CPU进行视频压缩等处理的过程,被业内人士称之为软压缩技术,视频采集芯片则是软压卡中的核心,而TECHWELL的芯片凭借较好的性能、较高的分辨率、较高的集成度及较强的小信号处理能力,占据着绝对优势的市场份额。

    据深圳图敏冉权江解释,飞利浦也生产有相关的视频采集芯片,但由于其偏重于视频方面,在其芯片内部添加很多与视频相关的内容,因此视频的高清晰部分略显不足。而东舜时代朱武陵表示,除此之外,提供软压卡的芯片还有美国的CONEXANT公司,该公司早期推出的FUSION878A芯片,其采用8Bit模数转换,当光线不足视频画面会出现一些雪花点,因此已在2004〜2006年被PHILIPS的芯片取代,而该公司也在多年的经验积累中不断推出新款的采集芯片,以适应中国市场。据其介绍,CONEXANT公司是做视频最早的公司,本身的视频处理技术较高,其数据处理通道较干净,而图像处理效果也是相对较好,另外该公司的芯片集成度较高,从而使得整个成本就会随之降低,而软压厂家在选择芯片时,主要考虑视频效果和集成度,这两个要素CONEXANT都是做的比较好的。[nextpage]

软件,扩大板卡的功能
    软件可称得上是支持板卡更好工作的工具,用户在使用板卡时,可通过软件获得更好的支持以及更多的应用功能。据图敏冉权江介绍,板卡厂商自己并不编制复杂的软件,一般只提供软件开发包,通过软件厂商来实现功能获取。软件厂商与板卡厂商的合作是相互配合的过程,分别有各自的渠道及销售对象。

    据武汉恒忆操勇介绍,硬压卡厂家仅提供简单的开发包,可提供视频功能及集成网络等基本的功能,如在软件中设置摄像机的开与关,但摄像机何时开或关则必须通过应用软件调用函数进行操作,这就需要有应用软件来进行支持。而由于DVR集成商多是根据自己需求进行选配PC机等硬件设备,因此若用户有需要的话,硬压卡厂家通常会为其推荐合适的第三方软件商。海康威视栾国良即表示,硬压卡比较灵活,用户可根据不同的需要选用不同的产品,并且还有大量的软件商来提供不同的方案,可满足用户一些个性化的需求。

    据了解,当前为硬压卡提供软件的如杭州天视、朗视、成都致精数码、互信互通等都是在此领域被大家认可的厂商。而不少用户在选用时都对软件如何将板卡管理得更好,使用时如何做到更加方便灵活作为选用的主要要素,不同厂商有各自的特色,可满足不同层次用户的需求。

    而在软压卡厂商方面,则是另外一种情形。东舜时代朱武陵则认为,板卡在使用时,出现的问题有90%是由软件导致的,因此软件牵扯到售后服务,若板卡厂商不给用户提供相关的配置软件,会给用户造成很大的困扰。图敏冉权江也表示,在当前软压卡市场上盗版卡与低价卡充斥的局面,正规的软压卡厂家除将产品本身的品质做到最好之外,最重要的因素即是与软件厂商的配合,而此种配合主要是将软件做得好用及人性化,使用的软件若有过人之处则会很大程度上打开销路,抢占更多的市场份额。而当前国内的软件与国外厂商相比仍有很大差距,如部分韩国厂商提供的软件具有智能搜索功能,但国内的厂商仅是在考虑产品做出后是否会有高回报,因此其无法将软件做的更加人性化,更适合用户的“口味”。只有更多地站在用户的角度考虑才可做出更好的软件。

明天:迈向高清及智能化
    板卡经过长期的发展,已走进大众领域,并在该领域发展得“有声有色”。但不少业内人士表示,尽管国家标准GB20815-2006《视频安防监控数字录像设备》早在2006年12月就颁布,但目前仅上海地区发出通知,要求视频监控必须使用高清分辨率D1格式外,国内其它地区的用户仍以采用CIF格式居多。针对这种情况,海康威视栾国良如此解释,当前国内大多数用户基于成本考虑,采用了CIF格式,在事后回放时,则有可能看得不够清晰,因此建议用户在成本较宽松时尽量选用D1视频格式,以免在事后查询回放时影响图像质量。目前,D1产品虽然市场占据份额比较低,但由于随着国标贯彻的深入,及符合一些特殊场合的高要求,如用金融领域的银行,因此,生产D1产品的厂家也在努力挖掘这一部分市场的潜力,以期扩大D1的市场总数以及占有率。总之,尽管目前就全国CIF为主流,但D1已是大势所趋。

    德加拉的谢健也表示,D1仅相当于40多万的像素(704×576),而民用高清视频的最高标准可达到1080P,即D5(1920×1080),因此未来板卡朝着720P(1280×720)、1080P(1920×1080)发展是一个很重要的方向。但其同时表示,若希望保证最后的高清效果,必须首先保证视频源的质量,而现在用户使用的前端摄像机的实际清晰度大多数仅在380线〜480线之间,在传输过程中经过传输衰减,传送至板卡时可能会大大小于380线〜480线,而D1板卡的的监视分辨率则相当于400〜450线,所以除非采用高清摄像机及采取一定传输措施,才可将板卡的D1视频效果充分地发挥出来,但高清摄像机成本较高,因此这也是不少厂家和工程商应该考虑的问题。

    随着监控技术的迅速发展,智能化已是诸多厂商不可忽视的方向。而主流的板卡厂商也为应因智能化发展方向,正在积极开发拥有智能化功能的板卡。如海康威视已发布基于DSP的智能板卡,对输入的视频流采用对运动目标的检测、跟踪、分类技术,将视频内的目标经背景建模、目标分割、跟踪及分类等图像识别算法,完成由图像对事件参数的转变,从而实现对各种突发事件的实时检测,目前已可实现跨线检测、违章停车检测、物品放置拿取检测、目标徘徊检测等多种智能化分析功能。

    而德加拉谢健也表示,其公司将智能化的算法应用到新产品中,基于DSP芯片的灵活,目前已开发出具备入侵检测、遗留物检测、徘徊检测等功能的智能处理器,并可持续进行改进,提高产品的稳定性、可靠性、通用性、环境适应性。东舜时代朱武陵则表示,软压卡的智能功能则是通过厂家提供智能算法的运算,再交由软件商进行处理,而任何智能功能都可通过软件功能应用到软压卡上。

    智能化的发展已是大势所趋,但基于成本的价格,拥有智能功能的板卡产品多数使用在高端领域,如银行、政府、军队等,但随着技术的改进及成本的降低,其也会逐步趋于大众化。

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