從芯片層面來談嵌入式DVR的技術(shù)發(fā)展

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，嵌入式硬盤錄像機(jī)，即DVR得到了長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。其中，DVR的硬件架構(gòu)在這發(fā)展迅速的幾年里，也發(fā)生了一些變化。下面我們就從芯片技術(shù)層面來分析一下DVR的歷史、現(xiàn)在以及未來的發(fā)展趨勢。

基本上，DVR的技術(shù)發(fā)展史可簡單概括為一個(gè)從單路到多路，集成度逐漸增加，每路成本從高到低的過程。目前我們能看到的是，在這個(gè)技術(shù)變革之中，最大的推動(dòng)力是成本下降，沒有一次是突然單獨(dú)的技術(shù)演變。而芯片技術(shù)又在這其中扮演了極其重要的角色?？梢钥闯觯袌霾攀菣z驗(yàn)DVR技術(shù)唯一的標(biāo)準(zhǔn)。

下面我們先介紹一下DVR的的基本規(guī)格及其內(nèi)部架構(gòu)。目前市面上的DVR規(guī)格中主要的硬件部分大概為必須同時(shí)支持視音頻、USB接口、可選VGA輸出、網(wǎng)絡(luò)輸出、可接SATA硬盤、鼠標(biāo)控制現(xiàn)在也是標(biāo)準(zhǔn)配置。其它軟件部分大概的規(guī)格有如視頻分辨率必須達(dá)到400線以上，有些甚至要求430線；壓縮圖像一般要求各種格式大小可轉(zhuǎn)換；亮色分離部分必須做得很好，不能有串?dāng)_等等。

DVR的主流方案

DVR方案設(shè)計(jì)中的主芯片可粗略分為兩部分，一是前端視頻解碼部分和畫面合成部分;二是后端視頻壓縮解壓縮部分。早在2003年之前，中國DVR的主流硬件方案大部分是飛利浦半導(dǎo)體的SAA7113+PNX13系列。（SAA7113是飛利浦半導(dǎo)體早期最流行的一顆視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片，它面市時(shí)間很早，但是由于長期沒有升級換代，無梳狀濾波器，A/D量化也是八位，所以性能在現(xiàn)在來講比較差。PNX13系列也是飛利浦半導(dǎo)體早期的Trimedia系列DSP，有1300/1301/1303等幾個(gè)型號，總資源大概是可壓縮一路CIF實(shí)時(shí)的圖像。）我們暫且稱它為中國DVR第一代方案。

這個(gè)方案流行了相當(dāng)長一段時(shí)間，甚至現(xiàn)在在某些公司，它仍然是主流方案。它的優(yōu)缺點(diǎn)都非常明顯，優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，靈活度高；缺點(diǎn)就是采用了飛利浦的SAA7113解碼芯片，分辨率偏低，無梳狀濾波器，影響了整體視頻質(zhì)量。PNX1300的能力也偏弱，只能處理一路CIF，整個(gè)方案的集成度也偏低。不管怎么樣，Philips半導(dǎo)體芯片方案在這個(gè)年代影響力是最大的。在同一時(shí)代內(nèi)，除飛利浦方案之外，也有一些ASIC方案。

這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)就是第一次采用了Techwell的四合一視頻*，整合度高，視頻質(zhì)量好；缺點(diǎn)就是ASIC壓縮方式此時(shí)還不夠靈活，規(guī)格離最好的應(yīng)用還有一些差距。在這個(gè)DVR方案的初期形成階段，還有一些因素值得我們注意。一是從這時(shí)期開始，中國的DVR方案主流壓縮方式逐漸從最早的Motion-JPEG和MPEG-1過渡到了MPEG-4；二是國內(nèi)形成大批專業(yè)的DVR設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造企業(yè)。三是在這個(gè)時(shí)期內(nèi)，有相當(dāng)多的半導(dǎo)體公司進(jìn)入了中國DVR領(lǐng)域，飛利浦半導(dǎo)體、Techwell（特威半導(dǎo)體）、ADI、韓國Intime、Pentamicro等等。

中國DVR第二代方案，也就是由Techwell（特威半導(dǎo)體）、ADI、TI、NXP四家芯片方案提供商提供的主流方案。Techwell作為前端視頻解碼芯片提供商，依靠其優(yōu)秀的視頻解碼質(zhì)量以及貼近市場的技術(shù)支持服務(wù)，占有90%以上前端解碼部分市場份額，這也可稱為是中國DVR行業(yè)的一個(gè)歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在行業(yè)內(nèi)，單芯片率先可以集合四路音視頻解碼、畫面分割合成、移動(dòng)偵測、OSD、Scaler等。而且從這時(shí)候起，Techwell作為DVR市場一個(gè)重要參與者的身份出現(xiàn)了，取代了以前飛利浦解碼芯片的壟斷地位，改變了整個(gè)DVR市場的格局。在DSP方面，ADI的DSP性價(jià)比最好，目前浙江大華大部分采用此方案，此方案在現(xiàn)有的DVR方案里面占有舉足輕重的地位；隨后，TI在DVR領(lǐng)域異軍突起，依靠較強(qiáng)的DSP運(yùn)算能力，借道杭州?？低暼〉煤蠖藟嚎s部分比較多的市場份額；NXP作為PhlipsDSP的繼承者，依然占據(jù)了相當(dāng)大的后端壓縮部分市場份額，大部分的DSP使用者仍在使用NXP的TremediaDSP系列，因?yàn)槠涫褂煤唵畏奖悖c上一代流行的PNX13系列DSP有很大的技術(shù)繼承性。另外，還由于很多的DVR廠商因?yàn)樗氖褂梅奖阈?，仍然在使其作為主控CPU。下面我們簡單介紹這幾個(gè)方案。

這個(gè)方案之所以有競爭力，是因?yàn)樗瑫r(shí)利用了TechwellTW2835(TW2835是Techwell在2006年底推出的高整合度前端芯片，同時(shí)四路音視頻解碼，并且集成了畫面合成功能等等，是一顆DVR前端專用芯片)的高整合度以及ADIBF561的低成本（BF561是ADI公司的Blackfin系列的DSP，它的總資源可壓縮4路實(shí)時(shí)CIF的圖像），使得整個(gè)方案成本得到了控制的同時(shí)，品質(zhì)得到了很大的保證。對比起以前的Philips方案，它使用TW2835使得整個(gè)八路系統(tǒng)主芯片的數(shù)量大幅降低，系統(tǒng)架構(gòu)變得更為簡單，并且圖像分辨率達(dá)到了430線以上，梳狀濾波器的性能也達(dá)到4H，對復(fù)雜圖像的處理能力大大提升了。

這個(gè)方案設(shè)計(jì)得非常巧妙，之所以巧妙是因?yàn)樗褂昧薚W2815特有的功能，使得以前的DM642（DM642是TI現(xiàn)在在DVR行業(yè)出貨量最大的一個(gè)DSP，它的總資源大概是可壓縮8路實(shí)時(shí)CIF的圖像）方案從一芯四路向一芯八路實(shí)現(xiàn)了平滑的轉(zhuǎn)變，使得TI方案的單路成本降低了很多。但是由于TI的市場策略原因，DM642成本非常貴，導(dǎo)致這個(gè)方案并沒有得到所有廠家的認(rèn)可，杭州?？低暿沁@個(gè)方案最大的擁護(hù)者。

這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是極大地提高了整合度，利用了Techwell的四合一解碼加上畫面分割器單芯片解決方案，最大限度地整合了資源，提高了效率。另外這個(gè)方案在后端采用了最新的飛利浦15和17系列DSP，圖像處理能力增加到了8路實(shí)時(shí)CIF或者2路實(shí)時(shí)D1、MPEG-4，并且同時(shí)利用Trimedia作主控芯片。這個(gè)方案帶給中國DVR行業(yè)一些新的概念，如畫面分割、一芯八路、多路回放、非實(shí)時(shí)應(yīng)用等。

中國DVR的第三代方案，也就是現(xiàn)在正在設(shè)計(jì)的方案還有未來的方案。現(xiàn)在流行，性價(jià)比高的是TW2835+SOC方案，在這其中SOC可以是臺灣智源（Faraday）、美國Mobilygen、中國大陸海思半導(dǎo)體（Hisilicon）、以及韓系的Pentamicro等等。

這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，整個(gè)方案只用了兩顆主芯片TW2835+SOC。TW2835的高整合度和SOC(20世紀(jì)90年代中期，因使用ASIC實(shí)現(xiàn)芯片組受到啟發(fā)，萌生應(yīng)該將完整計(jì)算機(jī)所有不同的功能塊一次直接集成于一顆硅片上的想法。這種芯片，初始起名叫SystemonaChip(SoC)，直譯的中文名是系統(tǒng)級芯片。)的低成本高性價(jià)比結(jié)合在一起，使得整個(gè)方案性價(jià)比最優(yōu)。

目前，市面上的SOC提供廠家多達(dá)幾十家，他們都是原來從消費(fèi)類電子轉(zhuǎn)入安防行業(yè)的，他們的共同特點(diǎn)就是壓縮能力強(qiáng)大，但芯片規(guī)格不全面，所以他們不約而同地都選擇了Techwell作為他們的前端戰(zhàn)略合作伙伴以彌補(bǔ)這一缺陷。Techwell的TW2835加上智源的FIC8180方案可能是目前DVR市場上量產(chǎn)客戶數(shù)量最多的一家。它的面市時(shí)間點(diǎn)比較好，集成的ARM速度也比較快，市場價(jià)格也比較有競爭力；另一個(gè)比較流行的ASIC方案就是Techwell的TW2834加上海思的Hi3510，這是因?yàn)镠i3510是SOC，集成度比較高，另外海思在技術(shù)支持方面比較到位；至于韓系的芯片方案，在前幾年比較流行，隨著進(jìn)入安防半導(dǎo)體公司的增多，他們的競爭力越來越低，幾乎銷聲匿跡，這是因?yàn)樗麄儽燃夹g(shù)要弱于美國，比成本輸于臺灣公司，本土化很差，導(dǎo)致技術(shù)支持和對市場的理解度又輸給本土公司。美系的芯片幾乎都是壓縮能力很強(qiáng)，但是因?yàn)槌杀痉矫娴脑颍赡艿阶詈髸?huì)占據(jù)一些高端ASIC市場。

DVR芯片技術(shù)的發(fā)展趨勢

今后，DVR有兩個(gè)方向是我們不得不關(guān)注的，一個(gè)是新的、功能更全面更強(qiáng)大的SOC；另一個(gè)就是繼續(xù)工作主頻相對更快的DSP。從大方向來講，未來SOC肯定會(huì)成為主流，主要是有兩方面的原因：一是因?yàn)镈VR規(guī)格一旦確定下來，SOC的壓縮能力提高得非常迅速，而且更容易大規(guī)模量產(chǎn)，這會(huì)使得它在成本方面更有優(yōu)勢；二是因?yàn)镾OC開發(fā)門檻相對較低，這使得快速推出產(chǎn)品，縮短新成品周期成為可能。至于DSP，它們在未來肯定會(huì)繼續(xù)占據(jù)高端市場，市場需要更多的靈活性，但是在出貨數(shù)量上，將會(huì)大規(guī)模下降。

除了這些傳統(tǒng)架構(gòu)的DVR之外，最后還有一些技術(shù)動(dòng)向尤其值得我們注意。一是未來DVR研發(fā)的重心將會(huì)由壓縮部分轉(zhuǎn)為顯示部分，這是因?yàn)閴嚎s部分已經(jīng)日漸成熟，而顯示部分又是終端客戶購買DVR一個(gè)最大的參考因素，目前看來，1080P在日后會(huì)成為一個(gè)重要的引導(dǎo)性的概念；二是后端芯片部分會(huì)慢慢轉(zhuǎn)向集中控制和智能分析。