SOC：推进数字视频监控创新的动力 - 安防知识网

在数字信息时代，任何一个新兴市场的蓬勃发展都离不开集成电路的有力支持，而往往集成电路技术的革新和突破又会对新兴市场起到促进作用，综观安防市场的蓬勃发展正是很好的体现。
文/TI通用DSP业务发展部经理 郑小龙

在数字信息时代，任何一个新兴市场的蓬勃发展都离不开集成电路的有力支持，而往往技术的革新和突破又会对新兴市场起到促进作用，综观安防市场的蓬勃发展正是很好的体现。跨入安防市场的芯片厂商既是“始作俑者”，又是“弄潮儿”。近十年来芯片市场的风起云涌，虽然成就了其中一些“明星”芯片平台，但造就的却是大批的安防企业，从而打造出一个风光无限的行业。

本人曾于2006年在A&S CHINA NO.88中以《决胜数字视频监控未来的利器》为题，对该行业的核心平台进行了粗浅的归纳，并得出这样的观点：即数字化是视频监控的必由之路，数字化视频的核心是数字信号处理器（DSP），而以单片系统（SOC）为代表的数字媒体处理器将决定着未来的发展方向。此时此刻，希望继续这个话题，重点论述SOC将如何全面推进数字视频监控的创新，并且如何以DSP为源动力再展数字信息产品核心引擎的风采。

基于软件可编程化平台的创新

当今数字视频监控技术应用日益成熟和完善，SOC获得了极大的肯定并被赋予了更大的期望，更多地安防企业需要性能更高、功能更强而价格更低的SOC，以全面满足安防市场各种需要。这就既是芯片厂商所面临的严峻挑战，也是所渴求的难得机遇。需要特别关注的是，已经具有相当产业规模的中国视频安防市场仍处在发展变化之中，其中的走向主要表现为三个方面：即由专用封闭系统转向开放公共系统；由分立组合性转向集成一体化；由机械性转向智能化。而所有这些的实现对硬件和软件平台都提出了更高的要求。

若局限于以往小规模封闭应用的视频监控，便使得对视频压缩格式、媒体网络传送、远程存储管理等许多技术的应用重视不够，会阻碍大规模运营级应用的开展。解决这些问题固然可以使视频监控业务得以顺利发展，但还需要考虑和协调视频监控的标准化问题。如果在视频编解码中没有统一的标准，则采用MPEG-2、MPEG-4、H.264等不同格式将因各自为政而彼此隔绝；即便是采用统一标准，如H.264，但若裁剪过多或有异，也会导致互通困难。

现在一些SOC以硬件方式实现视频编解码，似乎可以满足标准，但是监控的复杂性又要考验这些标准的严格性，于是难免有所偏差。在改进设计以纠正偏差方面，硬件结构几乎没有太多的灵活性，而基于软件可编程的SOC则占尽了优势，不仅可以同时支持多种标准，也可以支持标准的不断完善。在实际应用中，还可以用编程的方式调整不同情况下的码流，或动态地调制分辨率。至于软件的更新可以在线实现升级，而无须更换任何硬件设备。

安防设备的组装就是一个系统集成的过程，然而以往分立部件的大集成将由不少多功能的一体化小型设别所取代。这也是一个渐进的过程，而SOC在其中功不可没。例如在网络摄像机的应用中，以往是需要有视频传感器，再配上视频前端处理器，然后又需要视频编码器，还要有系统网络处理器。现在的SOC已经可以将视频编码器和系统处理器集成，并且在可编程的SOC中也已经集成视频前端处理器，因此所连接的CCD或CMOS传感器可以直接设计在同一个盒子里。SOC中丰富的扩展接口还可以与传感器网络共同应用，具有多种形式连接，将互通、结合和融合应用到不同的监控场景，例如通过传感器网络通知视频监控开启某个特定设备，或者使用共同的网络来传递监控信息，还可使视频监控设备具备传感器功能以使在感知情况发生时发出动作。

监控不能只停留在视频的采集和记录的机械手段，这也是近几年来对智能化监控呼声越来越高的原因。令人鼓舞的是，在DSP的带动之下，智能化监控已经由基于微机的后处理应用开始过渡到嵌入式前端处理应用，并获得了很大的成功。智能化监控的范围也在不断扩大，诸如人脸识别、车牌号码识别、智能物体识别、智能轨迹跟踪、异常行为分析等等陆续投入使用或试用阶段。可编程的SOC为这些应用提供了有效的空间，因为其通用的DSP在完成视频编码器以外，仍有足够的能力进行相关处理。

当然，监控行业的数字视频还有可能扩展应用到视频会议、网络点播、远程教育等方面外，并与数字视频应用的方方面面有所融合，如消费类产品和网络电视等各种数字视频相关产业，而这一切在很大程度上又都取决于软件的可扩展性。

关于强化自主知识产权的思考

在数字视频市场的开拓上，中国企业显示了强大的自主创新能力，并已经具备相当规模的产业实力。在数字视频压缩技术方面，许多国内企业已经可以在DSP上开发出高品质的MPEG4或H.264算法，并达到一定的国际先进水平，为了多、快、好、省地推出具有核心竞争力视频监控产品，并且具有自主知识产权，选择通用的主流DSP将大有裨益，特别是顺乎潮流的SOC。DM642作为通用媒体处理器曾经为国内知名的视频监控厂商所采用，并通过全面自主研发的软件和硬件而使产品别具特色。达芬奇（Davinci）是TI全面支持新兴数字视频应用的SOC，同时又是一个完善的技术平台。客户可以很容易地从DM642的设计中升级到Davinci平台，而这样的投入将可以催生出一系列的产品，如数字视频录像机、数字视频服务器和IP网络摄像机。如图1所示为采用Davinci平台开发不同类型视频监控产品的示意图，这样类型的产品目前已经投放市场，而更多类似的新产品依照同样的方式脱颖而出。

国内的很多视频监控产品开始走向海外市场，并获得好评。然而，其中也存在着一些隐患，那就是所谓的“专利陷阱”。如果不掌握数字视频压缩标准的自主权，有可能将来某一天会面临昂贵的专利费麻烦，就像MPEG2在DVD中曾遭受的那样，MPEG4和H.264也危机四伏。那么如何回应呢？其实在数字视频领域中，中国的许多专家学者早已另辟蹊径，致力于具有中国自主知识产权的数字视频压缩标准，就是AVS。经过多年的研究和发展，AVS已开始进行产业化。目前，AVS 已经可以在DM642上实现，并且在Davinci上的算法实现也已指日可待。为更好地适应视频监控市场的特殊要求，AVS-S的标准的制定也已经开始实施，而DSP的灵活性又可以在此一显身手。

当然，除了数字视频压缩编解码外，视频监控市场还有许多领域可以进行创新，同样也有可能获得自主知识产权的可能。上一节所提到的智能化监控就是一个方面，虽然有关技术和相关产品已在市场上亮相，但尚无标准可循，于是群雄并举的局面就在所难免。可喜的是国内开始有些企业和院校已经在专注于该课题的研发，并取得不少突出的成果。

视频图像前端处理也是一个值得下功夫的方面。现在数字监控领域里CCD的模拟摄像机还大行于市，其中包含CCD传感器和视频图像前处理芯片，而后者其实就是一款专用的DSP处理器，并且占据了整机的大部分成本。由于Davinci平台集成有类似的视频前端处理单元，可以通过设置编程完成自动白平衡、自动曝光和自动聚焦，即所谓“3A”功能，因此可以直接连接CCD传感器或者CMOS传感器，在这里就留下了进行视频图像前端处理自主开发的空间，为此，专业的光学行业功底和经验都是必需的。

总之，安防市场大有可为，若真正付出精力和努力就可能获得丰厚的自主知识产权回报。

对于高清数字视频监控的突破

虽然数字视频监控发展很快，对于图像质量的追求从来没有停止，其中一个衡量的标准就是与传统模拟电视系统的比较。其实这类系统目前还占有一定的市场份额，也显示了目前所通行MPEG4和H.264的数字视频质量即便是在D1分辨率上仍然有差距，MPEG2当然很好，但码率过高。因此，为达到并最终取代模拟系统，高清方面的突破势在必行。然而视频监控要求兼顾编码和解码，并且要综合考虑传输的带宽和存储的容量。分辨率720p可以作为高清应用的一个起点，就是1280x720,目前的技术下实时实现的MPEG4和H.264的质量完全可以达到模拟电视的水平。

DM355时TI推出的一款可支持720p下的MPEG4实时编码的SOC，码率可以为4Mbp至8Mbps，可以作为高清网络摄像机或高清视频服务器的核心处理器。如图2所示，为可支持720p实时MPEG4实时编码的DM355单片系统处理能力，该芯片处理核心为集成高速视频加速器MJCP，具有DSP同等的400HMz性能；主要管理和控制核心为ARM926通用CPU，频率为216MHz；同时集成的视频子系统VPSS，可以对高清的输入视频信号进行预处理，也可以对视频输出信号作后处理，整体所提供的DSP等同性能为240HMz，DM355的定位就是高性价比的高清入门级产品，其价格在大批量生产时可接近10美金，

而且客户可以很低的代价获得MPEG4的720p编码算法库，是一款能够启动视频监控高清市场的先头部队。DM355的特性使之便于同时进行数字视频的一体化设计，直接接CMOS或CCD传感器。方便监控客户尽快完成低成本高清IP网络摄像机产品，TI和业界知名的CMOS传感器提供商共同推出基于DM355的一体化参考设计，并已获得很好的反应。该设计的延伸将覆盖更多的对高清有需求的监控相关产品，例如数字高清可视门铃，TI可支持720p下的H.264实时编码芯片也将推出在即。

为满足更高性能的高清需求，达芬奇高清（Davinci-HD）平台业已推出，即TMS320DM6467芯片，这也是业界第一颗支持多格式高清视频编解码和转码功能的SOC（如图3所示）。

Davinci-HD具有十倍性能提升，从而推动高清视频处理解决方案的成本降至十分之一，其灵活性与高效率支持视频系统优化，并且业经验证的达芬奇环境与合作伙伴生态系统能够简化开发工作，相信将会有力地推进高清视频监控市场的发展。

以创意大师名义的“五子登科”

从TI正式发布达芬奇平台到现在已经两年多，陆续有DM644x、DM643x、DM648、DM355、DM6467等十余款芯片推出，并在全球范围有众多应用，其中不少已进入大量生产。

图4所示为达芬奇五大类平台及目标应用，可视为TI在数字媒体应用上的“五子登科”，这也标志着达芬奇推广的阶段成果。达芬奇的这“五子”也完全覆盖数字视频监控应用，下面逐一进行描述。

DM644x系列中的DM6446可以作为H.264中低端DVR或DVS的处理核心而无须另加CPU，也可以实现高端的H.264分辨率D1的智能IP网络摄像机；DM6441可以支持中低端的H.264分辨率D1的IP网络摄像机；DM6443可以作为解码器，支持720P分辨率的高清解码。

DM643x系列中的DM6437和DM6435均可以作为H.264中低端DVR或DVS的处理引擎，其中DM6437也可实现PCI插卡，而DM6435可实现H.264分辨率D1的IP网络摄像机；DM6431是最低价位的达芬奇芯片，而实现H.264分辨率CIF的IP网络摄像机也不在话下；DM6433可以出色实现H.264多路解码，也可支持PCI插卡。

DM3xx系列中的DM355已在前一节中定位为720P高清的“敲门砖”，不过若是以之实现多路处理的低端DVR应该也是很有杀伤力的。等到DM360光临的时候，也许又该“洗牌”了。

DM647/8仍然属于达芬奇芯片,其主频有900MHz两种720MHz，具有五个视频接口，还有千兆以太网接口。这是高端多路H.264或MPEG4的优选平台，不过也有厂商看好DM648超高的DSP处理能力和集成的双端口千兆以太网交换器，愿意用在高清类产品的设计中，或者直接用作无损压缩的引擎。

DM6467是达芬奇芯片的一个高峰，除了高清H.264编解码和转码外，其能力可以支持四路D1分辨率H.264编码，因此是具有吸引力的高密度DVR、DVS或NVR的平台，目前已有一些客户和伙伴正在加紧开发基于DM6467的新型产品和解决方案，可期不久将会闪亮登场。

总之，在数字视频监控领域中，TI将以其强大的达芬奇系列平台，继续推进数字视频监控创新的进程。