SoC芯片方案在DVR中的应用

　　经济蓬勃发展的现代社会，安全经防范系统已成为社会安全、行业安全、生活区域安全和个人安全不可或缺的重要系统，它集光学、机械、集成电路、软件、网络技术与人机工程技术于一体，是创造良好生存与安全环境的得力助手。随着计算机、集成电路及软技术的迅猛发展，为安全防范系统，特别是其核心--视频监控系统带来了颠覆性的变革，从纯模拟摄像头与磁带式录像机到今天的IP化、数字化高清摄像头与数字视频录像机，视频监控系统设备集成度更高，成本与价格更加低廉，功能也更加强大，从而使得专业视频监控设备与技术正获得更加广泛的普及与运用。

　　视频监控系统包含视频采集、视频处理、存储和视频显示四大功能。视频监控设备则根据系统构成的需求有选择地融合上述四项主体功能的部分或者全部，产生了DVR、视频编解码器、IP Camera和NVR等典型视频监控设备。

　　SoC的应用发展

　　视频监控设备的核心功能在于视频处理，该功能的实现方案也就成为视频监控技术的焦点。2006年，SoC芯片开始在视频监控设备中得到应用，它将板级高速互联总线变成片上高速互联总线，从而使得系统可靠性在芯片的设计和制造阶段便得以固化，约束了系统性能的离散性。因此，SoC芯片一出现便获得了众多设备厂商和研究机构的关注。

　　SoC芯片在安防行业的应用经历了CPU+DSP到CPU+ASIC的发展过程。目前，CPU＋ASIC方案已进入应用阶段，其诞生的基础是H.264编码标准的发布，它标志着视频编码标准自MPEG-2以来的动荡期的结束，也代表着基于统计学理论的视频压缩技术短期内达到一个高峰。

　　另外，芯片的制造工艺也SoC在不断进步，130nm、90nm、65nm、45nm，芯片制造工艺的进步，代表着芯片集成度的大幅提升，更多功能被整合到单颗芯片中，芯片和系统成本获得了大幅降低。当前主流SoC芯片均整合了CPU、数字视频输入、数字视频输出、H.264编解码、视频的缩放、硬盘接口功能，整体解决方案的构成更加简便。后续的更新款SoC芯片会将VGA控制器和SATA控制器整合进来，甚至可能将视频模数转换整合到单颗芯片中，真正做到DVR on Chip，全面兼顾系统性能、可靠性和成本需求。

 　　基于SoC的DVR优势

　　作为安全产品，虽然DVR售价正逐步降低，但产品的可靠性要求却随着社会的发展不断提升，目前其相关要求已经不亚于电信级标准。采用新的SoC芯片设计的DVR产品由于整合了CPU、数字视频输入、数字视频输出、H.264编解码、视频的缩放、硬盘接口，使得板级互联总线变成片上互联总线，设备可靠性提升，制造工艺提升，功耗大为降低，一台四路的DVR可以做到6W以下。SoC芯片带来的系统功能提升更好的解决了视频监控设备低成本与高稳定性的矛盾，适应了安防设备发展需要。

　　基于ASIC的SoC芯片系统功能足够强大，对于专业研究机构和生产厂商无疑同时将关注的目光集中与图像质量和功能灵活性上。

　　图像质量上，ASIC的最大优势在于高并行度。而相同的编码标准，影响编码质量的关键因素在于视频匹配搜索。当前的编码标准基于统计学的理论和方法，压缩率的高低在于从视频图像中找出冗余，以及当前帧图像内部的空间匹配搜索和前后帧图像之间的时域上的匹配搜索。要想马儿跑得好，还得让马儿多吃草——匹配搜索工作做得足够，才能提高压缩比。上述要求会带来系统计算量的大幅提升，ASIC内核的设计过程中，采取一定策略，充分利用ASIC的并行处理优势，便可实现高压缩比。例如，在编码中的运动估计，通常软件实现的做法是采用钻石或者菱形搜索，而ASIC则可以采用完全搜索，前者可能找到一个极小值，而后者则可以保证找到最小值。

　　在DVR的应用中，移动侦测、视频遮挡和OSD叠加功能应用最为频繁，这些功能在目前针对安防应用而推出的专业ASIC芯片中均已加入，从而使得当前基于ASIC的SoC芯片解决方案在功能上毫不逊色于DSP解决方案。而在各项参数的设置上，目前主流ASIC芯片在设计之初便给予了充分的考虑，其灵活性相对2007年前推出的产品得到了根本性的改善。因此，对基于ASIC的DVR用户来说，除了感觉到相同容量硬盘录像时间变长了，运动图像质量更清晰了之外，并未感觉到其他功能的限制。

　　由于ASIC的复杂度大大低于DSP芯片，相同处理能力的工作主频也只有DSP芯片的1/6，因此功耗自然大幅降低，从而使其在IP Camera这种对功耗要求苛刻的产品中广泛应用成为可能。

　　SoC亟待软件的提升

　　基于ASIC的SoC芯片，为安防设备设计、制造带来了更好的解决方案，但仅仅拥有性能强大的芯片，不代表拥有完美的产品，更重要的是基于SoC芯片的产品设计和软件开发工作。因此专业DVR厂商，由于多年根植于DVR产品的开发和生产，具有严格的设计、开发和测试流程，保障系统的可靠性大幅提升。嵌入式DVR软件，由于ASIC硬件分担了所有编解码工作，在软件的层次架构不发生变化的基础上，系统计算负担大幅降低，设备的可靠性便得以提升。

　　随着软件及集成电路技术的飞速发展，基于ASIC的SoC芯片将为安防设备带来更强大的功能与更低的成本和功耗，从而拉开安防行业发展崭新的一幕。 （文/李虹辉）