談數字視頻監控的集大成時代

鄭小龍

摘要：數字視頻監控已經到了集大成的時代，其中視頻壓縮編解碼在向多格式和高清化方向發展。數字媒體soc經過幾度的大集成，所涉及的不僅是芯片硬件系統上，而且是在軟件系統上的全面集成。

關鍵詞：數字視頻監控；SoC；TI；安防

無論近年來全球經濟如何動蕩，中國的公共安防市場卻總是保持旺盛增長的勢頭，這從兩屆安博會的盛況中都可以感受到。2008年北京成功舉辦了奧運會，國產的監控產品廣泛采用，表現不凡。隨后而來的世界金融危機為中國帶來了陣陣涼意，但當年12月初的北京安博會卻依然熱鬧非常。2009年，由于海外市場的影響，中國安防企業也面臨嚴峻的考驗，但是憑借多年來堅持不懈的技術積累和銳意進取，數字視頻監控領域仍然喜人地成長，當年11月初的深圳安博會火爆空前，中國數字視頻監控企業所展現出的創新精神和整體實力令世人矚目。在此次展會上，TI也全面展示了中國客戶和第三方合作伙伴的產品和方案，顯示了突出的數字視頻技術成果以及同合作精神。

進入2010年，經濟復蘇已是大勢所趨。數字視頻監控行業將迎來新的發展階段。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(secutech)無疑是兩個重要的風向標，所傳遞的市場前景令人鼓舞，中國企業在這兩個重要展會上均有出色的表現。

然而，數字視頻監控已進入一個集大成的新時代，這既是機遇也是挑戰，唯有以核心技術為驅動力，并以強大系統平臺為依托、才有可能滿足不斷拓展的大集成系統的需求。

數字視頻技術的核心驅動力

數字視頻監控能有今天的輝煌歸功于核心技術的不斷驅動，概括起來主要有四種核心技術的創新，即視頻壓縮、影像處理、視頻顯示和視頻分析，如圖1所示。

回顧數字視頻監控的發展歷程，數字音視頻壓縮技術的發展導致了壓縮標準的制定并在高速數字信號處理器(DsP)上得以實現和應用。DSP得天獨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芯片上集成多個視頻接口及豐富外圍接口，即成為數字媒體處理器。

數字音視壓縮技術包含視頻編碼和解碼，在視頻監控應用中已由MPEG4過渡到H.264成為主流，SVC作為一個效率更高的標準也將接受市場的考驗。在各種寬帶和無線數字監控系統中，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。高清技術讓數字視頻監控系統徹底淘汰傳統模擬系統，于是在CIF／D1分辨率的基礎之上720p和1080p的呼聲很高，視頻壓縮技術在新的潮流下得到了進一步的提升。

影像處理技術原本并不為視頻監控廠商所熟知，這主要在于廣泛采用模擬攝像機來向整機提供。但是隨著CMOS視頻傳感器技術的成熟和推廣，數字一體化攝像機將融合更多的影像處理技術，其中包括自動曝光(AE)、自動白平衡(AWB)和自動聚焦(AF)技術將有可能被掌握。隨著集成有視頻前端的單片系統(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寬動態等功能。

視頻顯示技術曾經是與電視相關消費類產品的應用亮點，如今在數字視頻監控中也開始頻繁出現，而且要求越來越高。在有各種SD標清輸出的同時也要有更多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圖像加速技術的引入，HDMI高清接口將成為必需，顯示加密技術也許不可或缺。

視頻分析技術業已在數字視頻監控領域逐步顯露鋒芒，從而使得監控真正向智能化的視覺方向發展。視頻分析所包含的內容相當廣泛，其中有物體檢測統計、目標物體識別和監控目標跟蹤，還可以設立警戒區進行檢測或行為分析。對于攝像機自身的智能化處理，已有視頻穩定和鏡頭受襲告警實用技術。人臉識別技術目前已經開始實現市場化，并已有不少成功的應用，例如北京奧運會和上海世博會。

數字媒體處理器的高集成性

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

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

面向1080p高清應用，新的達芬奇高清SOC是DM6467，集成ARM9作為主控制器，兩個高清協處理器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主頻就可以實現H.264格式1080P每秒30幀編碼，而運行在IGHz主頻就可以實現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，同樣可以實現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，可同時支持H.264編碼能力為3個1080p每秒60幀，或多達30+D1通道。基于獨立運行的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標準。作為一個創新型高清視

頻處理子系統，VPSS可實現更好的視頻性能，從而提升了高清視頻的預處理與后處理功能，因而可以更低的比特率支持更高質量的視頻，全面滿足視頻安全與視頻通信應用的需求。c674x浮點與定點兼容的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所集成的增強型2D與3D圖形加速的創新可使新型數字視頻監控產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、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計方案實施。

DM8168平臺完全針對監控硬盤錄像機的市場要求而定義，希望設立全新的性能標準而有所超越，并以此鞏固TI在新一代差異化視頻安防產品中的領先地位。基于DM8168的混合型DVR可同時支持十六通道H.264格式Dl編碼與八通道Dl解碼，并實現視頻與圖像混合功能，并支持多達三個獨立顯示器。DM8168可無縫連接四個同為TI的TVP5 158多通道視頻解碼器，就可無縫捕獲多達十六個Dl視頻通道。TVP5158可自動控制對比度，降低噪聲，提高壓縮比與整體視頻質量，從而不但可取消額外的FPGA與外部存儲器，還可簡化設計，提高系統靈活性。

不斷延伸的大集成概念

數字視頻監控已經到了集大成的時代，其中視頻壓縮編解碼在向多格式和高清化方向發展。數字媒體SoC經過幾度的大集成，所涉及的不僅是芯片硬件系統上，而且是在軟件系統上的全面集成，因此將進一步驅動數字視頻監控產品和系統的日新月異發展，于是呈現出不斷延伸的大集成的局面。目前市場上也有一些數字媒體SoC，也實現了主控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的硬件結構。不能夠根據客戶需要支持各種不同編碼格式。在TI的達芬奇數字媒體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品應用，特別是在無線3G視頻服務器中的許多適應性算法需要借助于DsP來實現。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到。

在我們談到數字視頻監控新的增長點時，智能視頻分析一定是一個熱門話題。視頻分析從計算機后端分析到前端嵌入式分析，使得其應用范圍大大增加，目前已開始啟動市場化的進程。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入實用。基于現在的達芬奇的C64+核心，已可實現單片的智能視頻應用。未來DM8168的C674x將可提供更加強大的高級智能視頻分析性能。

針對數字攝像機的智能應用，TI通過視覺加速器實現了入門級智能視頻分析功能，包括人數統計、警戒區監視、目標物體檢測、攝像機防襲和視頻目標流處理，這就是名為DMVAl的業界第一顆智能視頻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攝像機的所有功能，其實其硬件管腳同DM365完全兼容，而且現在已經可以支持PSIA的國際IP攝像機行業標準。DMVA已在規劃未來各代產品，也將支持高清，并提供更加復雜的智能分析性能，希望將有助于中國的數字監控廠商迅速進入這樣一個藍色的海洋。

今年的十一月初將舉行北京安博會，希望數字視頻監控的大集成趨向將帶來更加紅紅火火的新時代。