優(yōu)化視頻監控的關(guān)鍵技術(shù)：電源管理、編解碼、視頻分析

　　IP視頻監控近年已經(jīng)逐漸走入我們生活的每個(gè)角落，無(wú)論是公共安全、交通、住宅、消費類(lèi)產(chǎn)品、或是工業(yè)和商業(yè)建筑，都開(kāi)始大量采用IP視頻監控設備。對于IP視頻監控系統的最終客戶(hù)而言，他們主要關(guān)心三個(gè)方面：即系統整體成本；穩定性以及創(chuàng )新性。通過(guò)提升CMOS技術(shù)、電源管理技術(shù)、高級視頻編解碼器以及視頻分析功能，德州儀器(TI)公司為在視頻監控系統中實(shí)現更小的外形、更低功耗、更高性能提供了一條行之有效的途徑。

　　“未來(lái)IP攝像機的普及將進(jìn)一步加速，對于混合型DVR的需求也會(huì )增多，視頻大矩陣的應用將會(huì )更加廣泛，IP視頻監控產(chǎn)品則將加入更多視頻分析功能?！盩I半導體事業(yè)部 DSP系統業(yè)務(wù)部視頻安全業(yè)務(wù)經(jīng)理Cyril Clocher表示。鑒于上述發(fā)展趨勢，TI能夠提供大量基于IP的產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)?！拔覀儽ＷC產(chǎn)品在成本上是比較優(yōu)化的；平臺穩定性也較好，因為盡管TI有不同產(chǎn)品系列和平臺，但都提供相同的IP。此外，我們會(huì )給客戶(hù)提供一些智能分析功能，并利用DSP的靈活性給客戶(hù)提供差異化選擇?！?/P>

圖1：TI嵌入式技術(shù)助力視頻安全行業(yè)實(shí)現“綠色”發(fā)展。

　　無(wú)論是多通道、百萬(wàn)像素攝像機或是HD技術(shù)，歸根到底都會(huì )轉化為對芯片的集成度要求越來(lái)越高，為了將更多的晶體管集成到更小尺寸的芯片上去，需要不斷地提高工藝水平。從2002年的90納米發(fā)展到現在的28納米，TI在CMOS工藝上不斷提升，才有可能使尺寸更小、更便宜的芯片成為現實(shí)。

　　工藝的推進(jìn)使得單芯片方案成為可能。片上DVR能夠大幅減少電路板面積和功耗。過(guò)去，設計一個(gè)16路D1 DVR可能需要多顆芯片，而TI推出的DM8168單芯片將前端的采集和顯示部分、視頻協(xié)處理器、DSP核，以及ARM CPU主控完全集成在一個(gè)芯片里面，只需傳統解決方案1/5的電路板面積，1/3的系統整體功耗和1/2的系統成本?！霸撔酒菢I(yè)界唯一一顆可以實(shí)現16路D1編碼、16路CIF網(wǎng)絡(luò )傳輸，以及16路D1解碼的單芯片方案?！盋yril Clocher強調。

　　不過(guò)，強工藝也會(huì )對功耗帶來(lái)巨大挑戰。芯片的功耗由兩個(gè)部分組成：動(dòng)態(tài)功耗和漏電。隨著(zhù)工藝越高，速度越快，漏電會(huì )越來(lái)越大，導致整個(gè)系統的功耗很高。TI新的電源控制技術(shù)可以有效降低隨著(zhù)工藝提升而不斷增加的功耗。SmartReflex技術(shù)首先通過(guò)動(dòng)態(tài)控制整個(gè)系統對電源電壓的要求來(lái)減少這種動(dòng)態(tài)功耗，同時(shí)，當動(dòng)態(tài)功耗減少以后，該技術(shù)通過(guò)降低較快工藝點(diǎn)上的電壓來(lái)減少漏電，最終達到優(yōu)化整個(gè)工藝中的功耗的目的。

圖2：視頻分析有助于優(yōu)化視頻流量、數據存儲以及CCTV系統效率。

　　對于視頻監控而言，視頻圖像質(zhì)量非常重要，因此視頻編碼器的效率是一個(gè)關(guān)鍵衡量標準。壓縮效率可測量視頻編碼器實(shí)現一系列視頻質(zhì)量水平的效率。比特率越低，壓縮效果越好。在相同視頻質(zhì)量下，H.264 HP可壓縮比MPEG4 SP高出4倍的視頻。利用這項技術(shù)可進(jìn)一步優(yōu)化視頻流量和數據存儲，降低擁有成本。例如，客戶(hù)可使用250G磁盤(pán)驅動(dòng)器取代1T磁盤(pán)驅動(dòng)器，并仍然能夠未所有視頻獲得相同的質(zhì)量。目前TI所有的產(chǎn)品都支持H.264 HP，而市場(chǎng)上大多數產(chǎn)品僅能支持H.264 BP或MP。

　　視頻分析同樣有助于優(yōu)化視頻流量、數據存儲以及CCTV故障，包括智能動(dòng)作檢測、人數統計、攝像機篡改檢測、觸發(fā)區檢測等。因此，無(wú)論是系統前端還是后端，加入視頻分析功能都非常重要。例如，在一個(gè)并不繁忙的交通路口，當在沒(méi)有任何運動(dòng)發(fā)生的情況下，可以采用較低的分辨率度(如VGA0)、較低的幀率將這個(gè)場(chǎng)景記錄下來(lái)；而在少數有車(chē)通過(guò)的情況下，通過(guò)視頻分析的功能能夠知道當前有運動(dòng)發(fā)生，此時(shí)可以用720P30高清圖像將出現運動(dòng)時(shí)的場(chǎng)景拍下來(lái)，從而相比傳統方式可以節省大量硬盤(pán)空間。

　　從網(wǎng)絡(luò )傳輸來(lái)講，優(yōu)化視頻編碼，還能夠支持在同等圖像質(zhì)量下以最小碼流來(lái)傳輸視頻。由于現在市場(chǎng)上仍然有很多模擬攝像機，如果同時(shí)支持模擬攝像機和IP攝像機，實(shí)現最大限度的重復利用，就能夠避免現有基礎設施的巨大浪費?？紤]到在相當長(cháng)一段時(shí)間內模擬和數字攝像機將并存，TI的混合型DVR能同時(shí)支持模擬和數字方案。

　　Cyril Clocher 指出，“TI的技術(shù)既支持前端視頻分析，也支持后端實(shí)現，因為后端強大的DSP同樣可以實(shí)現很強的視頻分析功能?！彼忉屨f(shuō)，TI的前端解決方案有DMVA系列產(chǎn)品(現在已推出DMVA2版本)。如果客戶(hù)需要更高級、更精確的算法，則可以利用DM64系列DSP，或通過(guò)81系列來(lái)實(shí)現后端的視頻分析(無(wú)論是DVR、NVR還是DVS產(chǎn)品都已具備視頻分析能力)。而與FPGA方案相比，他認為單芯片方式能夠實(shí)現成本和功耗的最優(yōu)化，視頻分析處理也比FPGA更加靈活。

　　TI現在有兩大系列產(chǎn)品，即IP攝像機產(chǎn)品和后端的DVR、NVR產(chǎn)品。已經(jīng)推出的參考設計包括前端DM8127參考設計(采用達芬奇DM812x+Aptina A10030 1000萬(wàn)像素CMOS影像傳感器)和后端DM8168的DVR和NVR的參考設計(基于達芬奇DM8168+TVP5158多通道視頻解碼器的16通道混合DVR)，這兩款芯片都已經(jīng)接受訂貨。