基于Blackfin的無(wú)線(xiàn)IP視頻監控解決方案

在當前的國際金融危機下，視頻監控是少數逆市增長(cháng)的行業(yè)之一。市場(chǎng)調研機構ABI Research預測，2009年將有兩類(lèi)電子產(chǎn)品持續快速增長(cháng)，其中就包括視頻監控，特別是基于IP的視頻監控應用。據iSuppli公司預計，與視頻監控應用緊密相關(guān)的中國安防產(chǎn)業(yè)到2012年的營(yíng)收將從2007年的151億美元增長(cháng)到247億美元。

事實(shí)上，2008年全球視頻監控市場(chǎng)銷(xiāo)售額實(shí)現了30%至40%的增長(cháng)，這主要得益于數字視頻監控技術(shù)的不斷成熟和政府對平安城市建設等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的投資拉動(dòng)。傳統視頻監控設備集中于金融、交通、公共設施等行業(yè)市場(chǎng)，隨著(zhù)監控設備的價(jià)格門(mén)檻越來(lái)越低，特別是無(wú)線(xiàn)IP視頻的規?；瘧?，未來(lái)監控系統將逐步擴展到各行各業(yè)乃至家庭用戶(hù)。

當前3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)在全球主要國家大面積部署，同時(shí)WiFi熱點(diǎn)日益普遍，基于無(wú)線(xiàn)寬帶的IP視頻監控應用即將呈現井噴之勢。無(wú)線(xiàn)IP視頻監控網(wǎng)絡(luò )構建靈活而方便，可提供平安城市、應急指揮、環(huán)保監控、中小企業(yè)監控、家庭監控等面向不同目標用戶(hù)的貼身解決方案。

目前，包括億維東方、合肥優(yōu)視等國內領(lǐng)先的視頻監控設計方案提供商都將無(wú)線(xiàn)視頻監控產(chǎn)品作為2009年的重點(diǎn)方向之一。此外，除了無(wú)線(xiàn)應用的增長(cháng)發(fā)展趨勢外，隨著(zhù)監控應用的規?；途W(wǎng)絡(luò )化，智能化將是視頻監控系統發(fā)展的另外一個(gè)必然趨勢。具有智能分析功能的新一代監控系統將大大擴展視頻監控的應用領(lǐng)域，除了傳統的安防應用外，人體行為(脫崗檢測、徘徊檢測)和智能交通將開(kāi)辟大量的新興應用市場(chǎng)。

Blackfin解決方案滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)應用更高功能和性能要求

傳統的視頻監控應用以行業(yè)用戶(hù)為主，采用MCU+ASIC方案，這類(lèi)視頻監控應用通常實(shí)現低分辨率的視頻信號處理、基本控制和數據傳輸，圖像質(zhì)量較差，功能較單一。隨著(zhù)視頻監控技術(shù)的進(jìn)步以及應用需求的增長(cháng)，更高的視頻體念、無(wú)線(xiàn)IP連接和智能分析功能發(fā)展趨勢使這類(lèi)應用方案正面臨性能捉襟見(jiàn)肘的尷尬。

無(wú)線(xiàn)傳輸與有線(xiàn)傳輸最大的差別是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )帶寬不穩定，基于DSP的方案采用軟件的實(shí)現方式，可以根據帶寬調整視頻的大小、碼流、幀數等，針對無(wú)線(xiàn)信道特點(diǎn)優(yōu)化視頻壓縮算法，因此無(wú)論網(wǎng)絡(luò )情況如何，都可以保障視頻的流暢，不像采用MCU+ASIC方案所常見(jiàn)的馬賽克和斷幀的現象。無(wú)線(xiàn)應用通常由于環(huán)境更為多樣化，無(wú)線(xiàn)模塊本身也是功耗消耗以及散熱的大戶(hù)，甚至有些移動(dòng)應用是電池供電，對處理器的低功耗有很高的要求。MCU+ASIC(或MCU+DSP)的雙處理器芯片架構決定了其功耗對于無(wú)線(xiàn)特別是移動(dòng)無(wú)線(xiàn)應用相對較高。

此外，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，基于IP的視頻監控逐漸向包括高清特性的更高視頻體驗的趨勢發(fā)展，而其結果是更復雜的算法，以及對主芯片的處理能力提出更高的要求。傳統的監控攝像機基于像素分辨率為CIF格式，壓縮標準復雜度低，從而對主芯片的處理性能要求不高。但是隨著(zhù)IP視頻監控的迅速發(fā)展以及相關(guān)視頻標準的進(jìn)步，人們期待更高的圖像清晰度和更高的幀率，如D1（704×576）或者更高的清晰度。同時(shí)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)IP視頻監控的流行，還需要考慮如何在傳輸過(guò)程中占用更少的帶寬，因此MPEG4和H.264正在成為主流。而這些更高的視頻信號分辨率和壓縮格式大大提高了對核心處理器的處理能力的需求。而傳統的MCU+ASIC的方案要實(shí)現更高清晰度的視頻，通常必須增加協(xié)處理器。

此外，人臉識別、運動(dòng)物體主動(dòng)追蹤、人流統計等多種智能功能已開(kāi)始逐漸廣泛商用。對于這類(lèi)需要智能圖像分析的特定應用來(lái)說(shuō)，傳統解決方案無(wú)法完成視頻分析所需要進(jìn)行的大量運算處理，必須在MCU+ASIC之外增加協(xié)處理器，這種復雜的解決方案無(wú)論是BOM成本、功耗還是開(kāi)發(fā)難度都不足取。視頻監控系統的網(wǎng)絡(luò )化和分布式處理的要求，以及大規模工程安裝對成本、體積和功耗的限制和非標準化的智能視頻分析，使得具有軟件設計的靈活性和具有強大處理能力的DSP具有更明顯的優(yōu)勢。

然而，單純的DSP處理器雖然具有非常靈活的處理方式，圖形處理功能也比較強大，但由于這類(lèi)器件通常采用傳統的信號處理架構，而并非為視頻監控而優(yōu)化設計，因而通常會(huì )占用較多的系統資源，對于一些控制功能要求較高和碼率較高的場(chǎng)合同樣缺乏競爭力。

而以Blackfin為代表的匯聚處理器有效地解決了上述問(wèn)題，為音視頻標準不斷變化以及算法不斷改進(jìn)的無(wú)線(xiàn)IP視頻監控應用和智能視頻監控應用帶來(lái)福音。Blackfin處理器基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號架構(MSA)，它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。這種特征的組合使得Blackfin處理器能夠在信號處理和控制處理應用中均發(fā)揮出色的作用，兼具M(jìn)CU和DSP的優(yōu)點(diǎn)，極大地簡(jiǎn)化了硬件和軟件設計實(shí)現任務(wù)?；贐lackfin處理器的方案利用軟件來(lái)實(shí)現視頻壓縮算法，這使得制造商能夠在不變更硬件的情況下適應不斷發(fā)展的標準、不同客戶(hù)的需求，以及滿(mǎn)足新型功能要求。

Blackfin處理器代表著(zhù)新的16/32位嵌入式處理器，其獨特的架構和內置的4個(gè)8位視頻ALU以及針對視頻應用定義的獨特指令都能非常高效地處理業(yè)界標準視頻算法，非常適合無(wú)線(xiàn)IP視頻監控這類(lèi)需要匯聚處理能力的應用。Blackfin的幾十個(gè)DMA通道和可靈活配置的高速緩存很好地滿(mǎn)足了視頻監控系統對大運算量、高數據吞吐率的要求，十級流水線(xiàn)使得Blackfin有很強的指令并行執行能力。此外，Blackfin支持ThreadX、Nucleus、uCOS-II和uCLinux等十多種嵌入式操作系統，為客戶(hù)提供了熟悉的軟件架構基礎。Blackfin為高強度、高數據率的數字和媒體處理做了專(zhuān)門(mén)優(yōu)化，是理想的視頻處理器，具有極高的性?xún)r(jià)比。

此外，它的低功耗特性非常適合體積小巧的IP攝像頭，以及對功耗非常敏感的電池供電或移動(dòng)無(wú)線(xiàn)IP視頻監控應用。Blackfin處理器采用了多種節能技術(shù)：基于一種選通時(shí)鐘內核設計，可按照逐條指令來(lái)選擇性地切斷功能單元的電源；支持多種針對所需CPU動(dòng)作極少期間的斷電模式；Blackfin處理器支持一種自含動(dòng)態(tài)電源管理電路，借助該電路即可對工作頻率和電壓進(jìn)行獨立控制，以滿(mǎn)足正在執行的算法的性能要求；大多數Blackfin處理器都提供片上內核穩壓電路，并可在低至0.8V的電壓下工作。而B(niǎo)lackfin獨特的匯聚式處理架構、90nm工藝等打下了其領(lǐng)先的低功耗處理的基礎，可以為無(wú)線(xiàn)IP視頻監控產(chǎn)品提供最佳的性能功耗比。