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

　　IP視頻監(jiān)控近年已經(jīng)逐漸走入我們生活的每個(gè)角落，無論是公共安全、交通、住宅、消費(fèi)類產(chǎn)品、或是工業(yè)和商業(yè)建筑，都開始大量采用IP視頻監(jiān)控設(shè)備。對于IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最終客戶而言，他們主要關(guān)心三個(gè)方面：即系統(tǒng)整體成本；穩(wěn)定性以及創(chuàng)新性。通過提升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(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)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IP攝像機(jī)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(yīng)用將會(huì)更加廣泛，IP視頻監(jiān)控產(chǎn)品則將加入更多視頻分析功能?！盩I半導(dǎo)體事業(yè)部 DSP系統(tǒng)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(tái)穩(wěn)定性也較好，因?yàn)楸M管TI有不同產(chǎn)品系列和平臺(tái)，但都提供相同的IP。此外，我們會(huì)給客戶提供一些智能分析功能，并利用DSP的靈活性給客戶提供差異化選擇。”

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

　　無論是多通道、百萬像素?cái)z像機(jī)或是HD技術(shù)，歸根到底都會(huì)轉(zhuǎn)化為對芯片的集成度要求越來越高，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(xiàn)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(xiàn)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。過去，設(shè)計(jì)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(tǒng)解決方案1/5的電路板面積，1/3的系統(tǒng)整體功耗和1/2的系統(tǒng)成本?！霸撔酒菢I(yè)界唯一一顆可以實(shí)現(xiàn)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。”Cyril Clocher強(qiáng)調(diào)。

　　不過，強(qiáng)工藝也會(huì)對功耗帶來巨大挑戰(zhàn)。芯片的功耗由兩個(gè)部分組成：動(dòng)態(tài)功耗和漏電。隨著工藝越高，速度越快，漏電會(huì)越來越大，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的功耗很高。TI新的電源控制技術(shù)可以有效降低隨著工藝提升而不斷增加的功耗。SmartReflex技術(shù)首先通過動(dòng)態(tài)控制整個(gè)系統(tǒng)對電源電壓的要求來減少這種動(dòng)態(tài)功耗，同時(shí)，當(dāng)動(dòng)態(tài)功耗減少以后，該技術(shù)通過降低較快工藝點(diǎn)上的電壓來減少漏電，最終達(dá)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及CCTV系統(tǒng)效率。

　　對于視頻監(jiān)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(biāo)準(zhǔn)。壓縮效率可測量視頻編碼器實(shí)現(xiàn)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(xiàng)技術(shù)可進(jìn)一步優(yōu)化視頻流量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，降低擁有成本。例如，客戶可使用250G磁盤驅(qū)動(dòng)器取代1T磁盤驅(qū)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，而市場上大多數(shù)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及CCTV故障，包括智能動(dòng)作檢測、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、攝像機(jī)篡改檢測、觸發(fā)區(qū)檢測等。因此，無論是系統(tǒng)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(dāng)在沒有任何運(yùn)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)場景記錄下來；而在少數(shù)有車通過的情況下，通過視頻分析的功能能夠知道當(dāng)前有運(yùn)動(dòng)發(fā)生，此時(shí)可以用720P30高清圖像將出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的場景拍下來，從而相比傳統(tǒng)方式可以節(jié)省大量硬盤空間。

　　從網(wǎng)絡(luò)傳輸來講，優(yōu)化視頻編碼，還能夠支持在同等圖像質(zhì)量下以最小碼流來傳輸視頻。由于現(xiàn)在市場上仍然有很多模擬攝像機(jī)，如果同時(shí)支持模擬攝像機(jī)和IP攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)最大限度的重復(fù)利用，就能夠避免現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的巨大浪費(fèi)?？紤]到在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)模擬和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)將并存，TI的混合型DVR能同時(shí)支持模擬和數(shù)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(xiàn)，因?yàn)楹蠖藦?qiáng)大的DSP同樣可以實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的視頻分析功能。”他解釋說，TI的前端解決方案有DMVA系列產(chǎn)品(現(xiàn)在已推出DMVA2版本)。如果客戶需要更高級、更精確的算法，則可以利用DM64系列DSP，或通過81系列來實(shí)現(xiàn)后端的視頻分析(無論是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(rèn)為單芯片方式能夠?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)在有兩大系列產(chǎn)品，即IP攝像機(jī)產(chǎn)品和后端的DVR、NVR產(chǎn)品。已經(jīng)推出的參考設(shè)計(jì)包括前端DM8127參考設(shè)計(jì)(采用達(dá)芬奇DM812x+Aptina A10030 1000萬像素CMOS影像傳感器)和后端DM8168的DVR和NVR的參考設(shè)計(jì)(基于達(dá)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。