谈数字视频监控的集大成时代

郑小龙

摘要：数字视频监控已经到了集大成的时代，其中视频压缩编解码在向多格式和高清化方向发展。数字媒体soc经过几度的大集成，所涉及的不仅是芯片硬件系统上，而且是在软件系统上的全面集成。

关键词：数字视频监控；SoC；TI；安防

无论近年来全球经济如何动荡，中国的公共安防市场却总是保持旺盛增长的势头，这从两届安博会的盛况中都可以感受到。2008年北京成功举办了奥运会，国产的监控产品广泛采用，表现不凡。随后而来的世界金融危机为中国带来了阵阵凉意，但当年12月初的北京安博会却依然热闹非常。2009年，由于海外市场的影响，中国安防企业也面临严峻的考验，但是凭借多年来坚持不懈的技术积累和锐意进取，数字视频监控领域仍然喜人地成长，当年11月初的深圳安博会火爆空前，中国数字视频监控企业所展现出的创新精神和整体实力令世人瞩目。在此次展会上，TI也全面展示了中国客户和第三方合作伙伴的产品和方案，显示了突出的数字视频技术成果以及同合作精神。

进入2010年，经济复苏已是大势所趋。数字视频监控行业将迎来新的发展阶段。今年3月美国拉斯韦加斯的国际安防展(ISC-West)和4月台湾的国际安博会(secutech)无疑是两个重要的风向标，所传递的市场前景令人鼓舞，中国企业在这两个重要展会上均有出色的表现。

然而，数字视频监控已进入一个集大成的新时代，这既是机遇也是挑战，唯有以核心技术为驱动力，并以强大系统平台为依托、才有可能满足不断拓展的大集成系统的需求。

数字视频技术的核心驱动力

数字视频监控能有今天的辉煌归功于核心技术的不断驱动，概括起来主要有四种核心技术的创新，即视频压缩、影像处理、视频显示和视频分析，如图1所示。

回顾数字视频监控的发展历程，数字音视频压缩技术的发展导致了压缩标准的制定并在高速数字信号处理器(DsP)上得以实现和应用。DSP得天独厚的高性能和低功耗以及软件可编程的特性使之成为嵌入式数字音视压缩的理想处理平台，而在高速通用DSP芯片上集成多个视频接口及丰富外围接口，即成为数字媒体处理器。

数字音视压缩技术包含视频编码和解码，在视频监控应用中已由MPEG4过渡到H.264成为主流，SVC作为一个效率更高的标准也将接受市场的考验。在各种宽带和无线数字监控系统中，既有多通道处理的需求，也有多格式、多码率及多视频流的支持。高清技术让数字视频监控系统彻底淘汰传统模拟系统，于是在CIF／D1分辨率的基础之上720p和1080p的呼声很高，视频压缩技术在新的潮流下得到了进一步的提升。

影像处理技术原本并不为视频监控厂商所熟知，这主要在于广泛采用模拟摄像机来向整机提供。但是随着CMOS视频传感器技术的成熟和推广，数字一体化摄像机将融合更多的影像处理技术，其中包括自动曝光(AE)、自动白平衡(AWB)和自动聚焦(AF)技术将有可能被掌握。随着集成有视频前端的单片系统(SoC)的推出，不仅支持上述的3A功能，还可以支持3D噪声滤波、人脸检测、LDC镜头校正和WDR宽动态等功能。

视频显示技术曾经是与电视相关消费类产品的应用亮点，如今在数字视频监控中也开始频繁出现，而且要求越来越高。在有各种SD标清输出的同时也要有更多HD高清输出，并且要有多层级的OSD图文叠加和视频缩放功能。多媒体2D／3D图像加速技术的引入，HDMI高清接口将成为必需，显示加密技术也许不可或缺。

视频分析技术业已在数字视频监控领域逐步显露锋芒，从而使得监控真正向智能化的视觉方向发展。视频分析所包含的内容相当广泛，其中有物体检测统计、目标物体识别和监控目标跟踪，还可以设立警戒区进行检测或行为分析。对于摄像机自身的智能化处理，已有视频稳定和镜头受袭告警实用技术。人脸识别技术目前已经开始实现市场化，并已有不少成功的应用，例如北京奥运会和上海世博会。

数字媒体处理器的高集成性

数字视频监控产品的推陈出新得益于核心处理平台的升级换代，其中数字媒体处理器发挥了重要的作用。单片的通用DSP可以很好地实现视频数字压缩或智能视频数字分析处理工作，但还需要在外围接视频接口和前端或后端处理设备，因此系统比较复杂。TI以业界广泛采用的DSP核心c64集成多个数字视频接口和丰富的外围接口所推出的DM642成为一个知名度极高的数字媒体处理器，累计在全球的销量大约两千万片，而有一半在中国，其中绝大多数的应用是监控视频压缩卡、硬盘录像机(DVR)、视频服务器等(DVS)。

TI推出的第一颗数字媒体soc对于数字视频监控行业的影响极其深远，从而开创了以创新大师达芬奇冠名一个系列媒体处理平台。如图2为数字视频SoC集成结构，其中包含有ARM和DSP核心系统，还有视频协处理器(VICP)，以及视频处理子系统(VPSS)。不同的SoC平台有不同的内部组合结构，如DM6446是该系列的第一个芯片，四个单元都有集成，以C64+为核心处理器，ARM9作为主控制器，VICP协处理器只是辅助，视频子系统较简单，没有集成ISP影像处理器。在该系列中面向不同的应用的SoC又有DM6437，集成c64+核心和VPSS；DM648集成C64+核心和VICP及五个视频接口；DM36s集成ARM9和VPSS含ISP影像处理器。

面向1080p高清应用，新的达芬奇高清SOC是DM6467，集成ARM9作为主控制器，两个高清协处理器HD-VICP作为核心处理单元，而C64+为辅助处理单元，另外集成了高清视频的输入和输出接口。该单芯片凭借600MHz主频就可以实现H.264格式1080P每秒30帧编码，而运行在IGHz主频就可以实现H.264格式1080P每秒60帧编码。DM368与DM365管脚兼容，但主频提升为400MHz，同样可以实现H.264格式1080P每秒30帧编码。

今年TI将推出全新的多倍高清soc单芯片DM8168，集成了1GHz主频Cortex-A8与lGHz主频C674x的DSP核心，并集成了多个新版本的HDVICP，还有新一代的VPSS。DM8168所提供的性能比DM6467的lGHz版本的视频压缩性能可提升4倍，可同时支持H.264编码能力为3个1080p每秒60帧，或多达30+D1通道。基于独立运行的HD VICP，DM8168不仅可支持高清分辨率的H.264、MPEG-4、VC1编解码格式，而且可以支持AVS和SVC标准。作为一个创新型高清视

频处理子系统，VPSS可实现更好的视频性能，从而提升了高清视频的预处理与后处理功能，因而可以更低的比特率支持更高质量的视频，全面满足视频安全与视频通信应用的需求。c674x浮点与定点兼容的DSP核心，全部的资源可以支持高级视频分析，或者高级音频处理算法。VPSS所集成的增强型2D与3D图形加速的创新可使新型数字视频监控产品的用户界面焕然一新。DM8168的外围接口更为丰富，包括千兆以太网、PCI Express、SATA2、DDR2、DDR3、USB 2.0、MMC／SD、HDMI以及DVI等多种接口，可支持高度灵活的设计方案实施。

DM8168平台完全针对监控硬盘录像机的市场要求而定义，希望设立全新的性能标准而有所超越，并以此巩固TI在新一代差异化视频安防产品中的领先地位。基于DM8168的混合型DVR可同时支持十六通道H.264格式Dl编码与八通道Dl解码，并实现视频与图像混合功能，并支持多达三个独立显示器。DM8168可无缝连接四个同为TI的TVP5 158多通道视频解码器，就可无缝捕获多达十六个Dl视频通道。TVP5158可自动控制对比度，降低噪声，提高压缩比与整体视频质量，从而不但可取消额外的FPGA与外部存储器，还可简化设计，提高系统灵活性。

不断延伸的大集成概念

数字视频监控已经到了集大成的时代，其中视频压缩编解码在向多格式和高清化方向发展。数字媒体SoC经过几度的大集成，所涉及的不仅是芯片硬件系统上，而且是在软件系统上的全面集成，因此将进一步驱动数字视频监控产品和系统的日新月异发展，于是呈现出不断延伸的大集成的局面。目前市场上也有一些数字媒体SoC，也实现了主控ARM与视频编解码器的集成，然而这样的视频编解码器完全为ASIC的硬件结构。不能够根据客户需要支持各种不同编码格式。在TI的达芬奇数字媒体SoC中，既有通用可编程DsP核心以最大限度地支持不同视频编解码算法的需求，也有通过专用可编程协处理器提供捆绑的视频编解码算法。前者已有不少成功的产品应用，特别是在无线3G视频服务器中的许多适应性算法需要借助于DsP来实现。后者虽然不具开放性，但对于一些共性的需求，也可以通过不断的软件升级来达到。

在我们谈到数字视频监控新的增长点时，智能视频分析一定是一个热门话题。视频分析从计算机后端分析到前端嵌入式分析，使得其应用范围大大增加，目前已开始启动市场化的进程。在这过程中通用可编程的DSP扮演了极其重要的角色，从DM642到DM6437或DM6435，许多智能视频分析厂商推出了出色的算法并进入实用。基于现在的达芬奇的C64+核心，已可实现单片的智能视频应用。未来DM8168的C674x将可提供更加强大的高级智能视频分析性能。

针对数字摄像机的智能应用，TI通过视觉加速器实现了入门级智能视频分析功能，包括人数统计、警戒区监视、目标物体检测、摄像机防袭和视频目标流处理，这就是名为DMVAl的业界第一颗智能视频SoC。如图3为不同级别的智能视频分析解决方案。

DMVAI不仅可以支持五种入门级智能视频分析功能，还可支持一路Dl的H，264格式的IP摄像机的所有功能，其实其硬件管脚同DM365完全兼容，而且现在已经可以支持PSIA的国际IP摄像机行业标准。DMVA已在规划未来各代产品，也将支持高清，并提供更加复杂的智能分析性能，希望将有助于中国的数字监控厂商迅速进入这样一个蓝色的海洋。

今年的十一月初将举行北京安博会，希望数字视频监控的大集成趋向将带来更加红红火火的新时代。