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大展宏图 数字视频监控压缩芯片新时代

2011年是不平静的一年,各种突发事件层出不穷,人们的神经也变得高度紧张。不过,当那些突如其来的灾难过去之后,那张早已布下的网开始慢慢的收紧,于是曾经发生过的一切便又得以重新展现,这就是不断发展的数字视频监控系统的功效...
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  2011年是不平静的一年,各种突发事件层出不穷,人们的神经也变得高度紧张。不过,当那些突如其来的灾难过去之后,那张早已布下的网开始慢慢的收紧,于是曾经发生过的一切便又得以重新展现,这就是不断发展的数字视频监控系统的功效。

  如图1所示,我们所看到目前数字视频监控在社会中的地位越来越重要,其应用领域涵盖了工业、商业、公共安全、交通运输、社区、消费等诸多方面,产品的种类也是五花八门;但是如何能更有效地应对社会突发状况、更有效地警示违法行为的发生,永远是数字视频监控所要面临的重大课题。

图1

  压缩芯片的市场格局

  如图2所示,数字视频监控的发展总是与视频压缩的分辨率息息相关的,也从 D1即720x480的分辨率开始,数字与模拟图像的质量才有可比拟性,不过其像素仍仅为百万像素的三分之一。下一级别的分辨率720p即1280x720,较为接近百万像素的级别。如果以百万像素作为高清的准入门槛,那么720p就可称为准高清分辨率,在此基础之上数字视频图像的清晰度已经超越传统模拟图像。更高的高清就要说1080p即1920x1080,这也就是货真价实的二百万像素的影像。

图2

  对于视频而言,要考虑实时性,一般情况下需要每秒30帧影像,对于D1和720p如此,而对于1080p则往往要求每秒60帧影像的更加清晰的效果,也就有了1080p@60与1080p@30的差别。当然720p也有需要60帧影像的需求,另外还有对纯高清晰度图像的需求,如五百万像素或一千万像素的影像,甚至更高,这就是要使图像看得更真实。

  视频监控用编解码压缩芯片是基于不同的图像分辨率而发展起来的,而其中更为重要的就是数字视频压缩格式的支持。如图3所示,三年前MPEG4和MJPEG成为主流时,MPEG2已成为“昨日黄花”,而H.264正蓄势待发,SVC业已列入研发日程。现在,H.264已经主导视频监控市场,而MPEG4则逐渐淡出。MJPEG还存在于主流的应用中,因为数字视频监控中对高清晰度图像的需求很多。

图3

  从图3可以看出,SVC的应用将开始,并且有新的技术在研发中。这里讨论的是数字视频编解码器是如何实现并推动数字视频监控发展的。从MPEG2到MPEG4就有不少专用编码芯片的推出,带动了市场的发展。但是由于数字监控应用有其独特性,这就为在通用媒体处理器平台上自主编程提供了可能,近三年来,许多领先的数字视频监控厂商都为此投入了很大的力量,并取得了令人瞩目的成果。然而随着集成技术的提高,数字视频处理平台将以单片系统的形态出现,而H.264的编解码器就成为其中的一个有机组成部分,只是有些厂商会坚持采用软件可编程的协处理器方式实现,而其它部分厂商就用硬件方式实现。前者具有较高的灵活性,并可以支持不同格式,而后者则支持格式单一且功特性固定。[nextpage]

  从全球数字视频监控的发展趋势来看(如图4所示),从去年开始,高清风起云涌,市场上甚至还有4Kx2K六百万像素的视频影像需求,而视频监控产品类型也正逐步从视频服务器推广到网络摄像机IPNC。另外各种各样交互式视频应用的出现,也使得数字视频监控与视频网络通信有所融合之势。视觉技术作为智能视频分析的有效手段,开始出现在数字视频监控应用中。作为早期的创新者那还只是锦上添花,在早期开拓的阶段智能视频处理就已经不可或缺,而对于早期的使用者而言,智能视频处理将成为一个重要的增值点,从而开创一种全新理念的市场。

图4

  新体系对市场格局的影响

  当今数字视频监控市场竞争激烈,其关键在于新的市场格局需要有组合支起更多创新元素的体系。前面分析了数字视频监控在向高清化和智能化发展,对多种编码格式的支持,以及面向未来更广阔的视频压缩处理技术需要有一个强大的系统载体。

  对于数字视频监控硬件平台,既要有一个强大的主处理器(CPU),又要有能够支持多种视频编解码的协处理器,甚至是可以使多个,同时需要有一个强大的高速数字信号处理器(DSP),且内部带宽足够大,彼此协调工作不会互相牵制的系统资源。

  这样的平台,所关注的CPU为ARM Cortex A8可以运行在1.2GHz的主频,甚至可能提得更高。也有些系统是以A9为主控,但对于监控系统来说最重要的是稳定可靠,作为ARM9的升级应该以A8更为稳妥,其架构增强和时钟加倍所带来的性能可以翻两番。曾经也有ARM11这样的平台,但那似乎只是过渡,从A8过渡到更强大的A15也许才是明智之举。

  视频监控用编解码压缩单元可以用硬件单元实现,类似于ASIC,实现起来似乎较为便捷,但是其缺少灵活性。采用视频协处理器方式已经成为一种极为有效的手段,特别是能够将高清三个协处理器同时集成,每一个都能独立支持H.264格式1080p@60视频格式,堪称是对业界的重大贡献,不仅如此,如果把这样的性能集中到一起,即支持六路高清1080i/1080p30 H.264 HP/MP/BP编码或解码、三路HD 1080p60 H.264 HP/MP/BP编码或解码、同时也能够支持MPEG4、H263、VC1/RTV、AVS、RV10、ON2、JPEG、MPEG2、DIVX等格式,这就是数字视频压缩处理的集大成者。在多通道的处理能力上,十六路D1主流+16 CIF副流的H.264 HP/MP/BP编码和同时的十六路D1解码,可以在单颗芯片上实现十六路同编同解的DVR。

  然而这并不是全部,主频高达1GHz通用DSP也已集成在新的体系架构中可以使DVR具有智能视频分析功能。于是数字视频监控将不只仅限于录像和观看,而是可以通过对视频影像内容进行前端的识别、分析、处理,及时地发现异常情况并迅速采取措施。DSP也可应用在音频和语音,并且有可能拓展到音频和语音的监控,可以在环境声音中识别异常信号,或分析有威胁的语音进行有效应对。

  作为一个新体系的数字视频监控超级平台,视频后端处理和用户界面也应有极大的改观。因此,DVR将来呈现给世人的可以不是平面分割的小画面,可以是三维的显示界面,视频后端经过多种优化处理,将展现出更加绚丽的画面。


  数字视频监控新体系不仅面向多路高清系统,也针对单路高清产品平台。采用A8作为主控制器,高清协处理器支持H.264格式1080p@60或多制式视频压缩,DSP扩展智能功能,而且集成了支持高清ISP。

  芯片多样化促进视频监控产业发展

  本段主要对在数字视频市场竞争中如何体现产品差异化来进行分析,首先从最终客户、OEM厂商和芯片厂商来说明。如图五所示,数字视频产业价值关系在新的体系架构中,可以看出芯片厂商在不断发展IP视频技术,提供更强大的SoC单片系统,使系统方案具有特色化。OEM厂商所关注的是通过新的架构推陈出新,开发出基于IP的新型监控产品,及时提供端到端的解决方案,并提供有力的系统集成支持。更高的集成度可以极大地满足最终客户的期待,就是系统成本的降低、可靠性的提高和创新性的持续。

  总而言之,数字视频监控通过构建新的体系架构,将进入一个全新的时代,并使得更多的安防企业有机会跃居国际先进水平并大展宏图。

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