TI智能高清网络数字摄像机方案简析

文/张沭田

网络数字摄像机经过近几年的发展，已慢慢为大家所熟知。在新的安防工程中仍然选择模拟方案的几率大大降低，网络、数字、高清等概念已深入人心，渐渐成为安防工程建设的参考标准。伴随着网络化、数字化大潮席卷安防产业，模拟安防产品的市场占有率正在不断萎缩。可以大胆预言：数字安防产品终将逐渐替代传统模拟安防产品。作为一名长期从事前后端数字安防产品开发的技术人员，谨借此文谈一些从研发网络数字摄像机产品的亲身经历中获得的体会。

网络摄像机诞生于上世纪90年代中期，不过在后续的10余年中却发展缓慢。客观地讲，网络摄像机当初没有被大规模应用的主要原因有四个：

1、当时全球网络以窄带为主，宽带网络尚未普及，中国的网络带宽资源更是极其稀缺。网络带宽低，限制了高质量的视频传输。

2、落后的编码方式需要占用大量的带宽资源。当时是使用M-JPEG的非实时压缩方式，后来MPEG-2的压缩算法应用于网络监控领域，但是仍然解决不了带宽问题，直到H.264编码方式出现后，带宽问题才稍有缓解。

3、当时CCD的成像效果优良，但是其功耗大，价格昂贵；同期的CMOS芯片虽然价格便宜，功耗低，但是成像质量明显逊色于CCD，市场难以接受。

4、可用于摄像机的集成了编码功能的芯片屈指可数，且价格昂贵，开发难度较大，更无集成图像信号处理器(ISP)模块的SOC芯片。

随着宽带技术及其应用的跨越式发展以及其它相关领域突破性技术的出现，上述四点制约网络摄像机发展的瓶颈被逐一解决。首先，网络带宽的大幅提高，使得高清晰度图像的传输有了质量保证；其次，H.264编码方式的成熟进一步降低了图像传输对带宽的要求；再次，CMOS技术日趋完善，其成像效果几可与CCD相媲美；最后，也是最关键的一点，以TI SOC为代表、作为网络数字摄像机核心的高性能编码芯片的面市。

TI公司于2009年成功推出了面向便携高清视频应用的新型数字媒体处理器——基于达芬奇技术的SOC芯片TMS320DM365。该处理器延续了达芬奇家族中DM355的处理器构架，集成了一颗ARM926EJ-S内核、一个H.264高清编解码协处理器HDVICP和一个MPEG-4/JPEG高清编解码协处理器MJCP，以及ISP模块，可以支持H.264/MPEG-4高清视频编解码。上海全景数字技术有限公司自2010年起，基于TI DM36X系列芯片持续开发并生产了IPC-520X-Y系列产品。

今天，市场上用于网络摄像机的芯片方案众多，主要有TI、海思、安霸、NXP、智源等。在与同行的交流过程中，我发现了一个非常有意思的现象：不少的网络摄像机供应商都很喜欢将其用其它方案设计出的产品，与基于TI方案的网络摄像机作对比。由此在我的心目中留下了这样一个印象，TI的产品在整个安防行业中具有指标性的地位。

对一款性价比高的网络数字摄像机来说，合适的图像传感器(sensor)选用十分重要。数字媒体处理器能够为产品开发者提供足够的sensor选择空间是其能获得成功的基础。TI与众多的sensor厂家皆有对接测试并提供相应的参考数据，如：Aptina、Omnivison、SONY等。这就为其方案应用者大幅缩短产品研发周期、快速适应和满足时刻变化着的个性化市场需求提供了极大的方便。无论是从产品设计架构还是从各款产品面市的时间来看，可以说DM36X系列芯片在网络数字摄像机的普及过程中功不可没。同样，相对合理的价格、简单的外围电路、强大的功能接口、良好的图像效果、灵活的Sensor选择，也使得无数的网络摄像机厂家选择了它，并确立了TI在安防网络数字摄像机编码芯片市场的主角地位。不过用户对产品质量及性能的要求是永无止境的，TI公司也适时升级了自己的SOC芯片，陆续推出与DM365硬件完全兼容的DM368、DMVA1、DMVA2等方案。下图是DMVA2的主体架构：

DMVA2与DM368的架构基本相同，只是在DM368的基础上增加了一个视频智能分析协处理器，使其拥有了强大的智能化功能。这里，结合全景数字的IPC-5201-C高清网络数字摄像机的功能，简单介绍一下DMVA2方案的特点和能力。

IPC-5201-C机器整体小巧紧凑，接口齐全，整机功耗小于2.5W。利用整体结构散热的外壳设计，使其适应各种安装环境。镜头接口采用C/CS的设计，支持自动光圈，用户可以自配镜头，以满足不同场景需求。电源供应支持DC12VAC24V、PoE等方式。以太网供电（Power over Ethernet,PoE）技术，可以实现以太网信号和直流电源在同一以太网电缆系统中的传输，提升点位布置的灵活性，只要网络节点间距不超过100米即可运用；同时，节省单独的电源线敷设，减少工程量、减低成本。此外，IPC-5201-C具备SD卡本地存储、音频输入输出、双向语音对讲、报警输入输出、ICR日夜模式切换、支持自动电子快门等功能，同时预留了一个模拟输出口，方便摄像机安装调试。

DMVA2主体架构图

此款机型所采用的视频技术，支持全帧率1080P输出；应用H.264 High Profile视频压缩技术，压缩比高，节省传输带宽和后端存储空间；支持H.264 SVC技术，即使在丢包率大的网络环境下，仍然能够保证视频质量。目前安防行业通用的3大国际国内监控标准：PSIA、ONVIF、GB/T 28181，也都在此款机型中得到完整的集成，可以无缝连接国内外各款主流的后端存储设备或中央控制系统（平台）。

视频监控系统的最大价值体现在其可能具备的事前预警、事中关注能力方面，而要实现这样的能力就需要在系统中植入相关的智能分析能力。网络数字摄像机作为一个承载智能技术的理想平台，一旦加入针对生物（人、特定动物）与物体（汽车、指定形态的对象）的识读算法软件，就很容易实现单点智能拍摄，或与后台分析系统结合形成分布式智能监控系统。使用DMVA2的这款摄像机正是因为能够运行大量内置的视频检测算法而成为智能型网络摄像机，进而在道路、公安、仓库、校园、医院、社区、金融机构等众多场合得到安装使用。这些算法包括：篡改检测、对象记数、运动检测、触发区域侦测、流量检测、人脸检测、逆行侦测等，用于报警方面就可实现越界报警、遮挡报警、出现/消失报警等功能。

近年来，随着无线互联技术在安防行业应用的兴起，全景公司又在此款机型上加入了WIFI接口模块，以满足别墅、家庭、商铺等场合以及一些不太方便布线的应用场景（如：地下车库）的需要，极大简化了联网施工的复杂性。

作为国内为数不多的使用多个厂商芯片方案开发网络数字摄像机的产品供应商，全景数字还使用海思和安霸的相关芯片产品。这里，也简单地就此做些叙述，以期能从不同的角度对市场上的主流产品进行深入的理解。海思之前主要是做DVR市场，近两年发力IPC领域，在IPC领域推出的产品频率较高。集成其自主技术的ISP后的产品的性能是优秀的，图像质量也不错，但是稍逊于同级别的TI方案。作为国内方案厂商，最大的优势是技术支持比较到位，对开发者来说，做出一款产品相对容易一些。目前，海思芯片方案以其高性价比、良好的技术支持而被市场的广泛接受，市场占有率正在不断提升。作为传统的DV方案提供商，安霸长期致力于满足高端客户的需求，在视频图像的压缩、码流、画质等各方面下足了功夫。其视频图像效果处理质量方面的表现相当优秀，在低码率的情况下是我们所用三家厂商目前方案中图像质量最好的。从安霸系的网络摄像机厂家喊出“同样码流看效果，同样效果比码流”的口号也可以体会到其在编码算法实现上自信。受其现行开发者支持策略以及价格方案的影响，安霸的目前市场份额还不是太高。

结束语

安防产业巨大的市场容量和可观的利润空间正在吸引众多IT巨头竟相挺进这一领域，高清网络数字摄像机的相关芯片解决方案正呈现出技术日新月异、具体产品层出不穷的态势。大浪淘沙，最后只有符合市场需求的方案才会被大家铭记；大多数的解决方案可能是昙花一现，还未进入市场即遭淘汰。作为一位安防人，我期待新一代高清编码芯片王者的早日到来，并能铸就超越TMS320DM36X系列芯片曾有的辉煌。