高清“芯”视界

　　目前高清监控的市场需求在日益增长，很多走在前沿的省市已进行开始高清的普及和标清升级高清的换代工作。以高清摄像机为例已经在监控舞台上扮演重要的角色。无论在平安城市治安监控，还是在智能交通卡口监控抓拍；无论是旅游景点监控，还是港口机场；无论是企事业单位管理，还是连锁商铺运营。都能看到高清摄像机的身影。如图1所示。“举足轻重”，高清摄像机将如此引领高清监控领域的发展。其构成离不开压缩芯片、信号采集芯片、以太网芯片、POE芯片、总线芯片等众多芯片的身影。

　　图1 平安城市监控监控摄像机

        一 高清摄像机技术特点及其优势

　　2010年高清摄像机得到突飞猛进的发展，据2010年北京展会，几乎所有的厂家都把高清定义为公司重要的发展方向之一，可见市场需要之大，后备技术力量之足。经历了竞争的优胜劣汰，稳定性显著提高；3G、POE、智能分析的融合；红外、宽动态、低照度的提升；报警、SD卡、防雷接地等接口的匹配；防护等级IP66的设计；这些成为了高清摄像机得到市场认可的一个因素。正如市场和客户反馈所言，高清代替标清的时代正在大步走来。

　　优势之一 分辨率

　　分辨率，压缩芯片编码处理后的输出的图像尺寸大小。按高清的要求，最低为1280×720，还有1280×960、1920×1080、1600×1200、1024×768等等。在以上的分辨率下，目前都可以达到25帧/秒、30帧/秒。同时还有300万像素或500万像素的需求，在300万的分辨率下平均能达到15帧/秒左右；在500万的分辨率下，平均能达到8帧/秒左右。已经满足了一定的市场需求。

　　优势之二 多码流

　　多码流，是芯片核心并发处理能力的一个体现。在监控中，单码流不能满足不同类型的用户需求。随着三网融合的需求，比如，在监控存储需要高清（720P\960P\1080P）图像的码流；在远程传输为了节省带宽，从而需要较低一些的分辨率(D1\CIF)；而手机监控就需要更低的分辨率(QCIF\QVGA)。这一点决定于摄像机芯片处理能力，一般目前双码流都能支持，但是处理能力也参差不齐。

　　优势之三 触发接口

　　在日常监控需求中，用来抓拍车牌或人脸的需求，目的就是为了能够看的清楚。现在高清抓拍机具有丰富的触发接口：一般有开关量接口、抓拍触发输入、测速抓拍输入、补光输出控制、LED补光输出控制等多种接口类型，同时还有RS232、RS485接口等，满足云台PTZ控制或透明通道数据回传等需求。丰富的外设接口，满足用户在不同场合的不同联动需求。

　　优势之四 前端存储

　　 从方便和安全的角度考虑，前端存储能够更好的体现摄像机的功能。一般都具有CF卡、SD卡接口、USB扩展接口等，一些厂家还开发摄像机内置小型硬盘的存储方式。这些存储方式，一般情况容量都不是很大，也能满足一天24小时的录像需求。在网络出现异常的情况下，能够自动联动开启前端录像，待后端网络恢复，再将录像文件传输至后端；或者在数据网等网络中，在白天网络忙时，将录像文件存储到前端存储介质中，待夜间网络闲时，将录像文件传输至后端服务器上，有效避免了因网络堵塞引起的监控图像传输不畅或影响办公网络等情况的发生。从而给用户多了一个后备的存储选择。

　　目前高清的方案在构架上相差不大，其效果和功能也比较接近，高清厂家介入越来越多。所以厂家只有在不断完善性价比，有效的满足客户需求，不能单纯的拼价格，搞同质化产品。所以在这一客观事实面前，产品性价比得到提高，厂家的服务和技术支持也是参考的重要方面之一。在此不再赘言。

　　二 一些压缩芯片主要技术方案

　　摄像机的功能提升，归功于摄像机本身的系列芯片。 TI、飞利浦、海思、恩智浦、富瀚、安霸等众多的芯片厂家也各有优劣之处，都在安防芯片的市场上角逐。对于在SOC构架下DSP方案和ASIC方案在竞争日愈激烈的安防领域也形成了潜移默化的阵营。处理高清图像的芯片，作为了众多供应商的主要发展方向之一，举例说明TI、海思、安霸等方案。这些高清芯片一般都具编解码处理、图像处理、安全引擎，视频接口、音频接口、外设接口等，随着技术的不断发展，其内核配置越来越高，在编解码能力和图像处理方面不断提升。

　　德州仪器-厚积薄发

　　TI作为目前安防监控芯片提供商的领跑者，采用DSP方式，功能强大，灵活性高，满足不同用户的不同需要。如图所示的芯片方框图，具有接口丰富，扩展功能强的特点。目前具有最高的市场占有率。

　　
图2 TI芯片方框图

　　华为海思-潜力卓越

　　图3 海思芯片内核方框图

　　如图3所示，内置的ARM11处理器内核以及视频硬件加速引擎的高性能通信媒体处理器，ARM11处理频率达600MHZ，能够满足客户日益增长的软件应用需求；双DDR架构能够提供更大的数据处理带宽和能力；提供H.264和MJPEG多协议编解码，编解码性能高达240FPS D1@NTSC，能够提供最佳的多路编解码方案；丰富的视频输入输出接口（CVBS、高清VGA、BT1120），最高分辨率1920×1080P@30HZ，能够带来更加清晰的画质和视频体验。

　　美国安霸-性价比超然

　　 要做到低网络带宽占用，需要一个高质量的图像传感器来产生低噪声、高质量的图像送给编码器。因为可能多达40%的编码流量最终被用在处理来自图像传感器的噪声上。需要厂家图像处理技术采用了先进的降噪技术，包括MCTF(基于运动补偿的时间滤波器)，该技术通常只在高端的视频广播设备上采用，这种技术可以实现高质量、低噪声的图像输出。当场景有大量运动的时候，一个好的编码器可以基于高级的运动估计算法，对其有效地进行编码，但一个简单的编码器可能就会无法应付，造成很高的码率，结果是在网络上产生不必要的丢包和较差的编码质量。需要专业广播级编码的先进技术，有着高级的码率控制和复杂而有效的运动估计算法，从而在大量运动的场景也可实现有效的编码。

　
　图4 美国安霸芯片方框图

　　如图4所示，安霸芯片方框图，性能卓越，内置CPU528MHZ，ARM11；支持HDMI输出，支持ITU-R BT.656/1120YUV信号，支持H.264和MJPEG编码，可以兼容处理1080P@30帧或3M@20帧或5M@12帧或10M@3帧。

　　三 芯片还需要提升的空间

　　在不断提升的市场需求和企业竞争面前，芯片的应用还需要不断完善，内核的处理还需要不断提升，技术瓶颈和壁垒还需要不断突破，不断丰富对接匹配能力。

　　需要高分辨率动态切换能力

　　高分辨率图像的处理能力，还有待提高。在摄像机监控分辨率300万或500万的摄像机多数为工业摄像机，其价格高昂，且用在监控领域还有诸多的兼容性问题。高清摄像机，需要其不断提升图像分辨率的处理能力，如2048×1536@15帧、2592x1944@10帧、2592×1952@8帧等参数的设置，且可以实现动态的切换分辨率，不需要重启设备。

　　需要图像智能分析

　　在智能交通领域能够自动将车道信息、抓拍时间、速度监测信息等叠加在照片上，具有自动流量统计功能，虚拟线圈抓拍和车牌号识别等智能分析；在安全防护领域，实现图像的行为智能分析，具有划线监测功能、物体滞留、物体闯入、自动跟踪、物体丢失等功能。在出入口防护领域，具有人脸识别功能，建立人脸的数据模型，防止非法入侵等。各种智能分析的模式满足不同的领域应用，智能分析还需要不断的完善。

　　需要实现SDI接口扩展

　　传统高清方式为采用编码压缩后网络传输的形式，其压缩效果跟采用压缩方式标准和技术实现手段有关。但是不论如何，都会有相当一部分的像素损失。目前市场上有一些非压缩的高清接口，如HDSDI的接口，传输高清SDI信号，传输距离远，图像清晰度高，抗干扰能力强。随着后端匹配设备的成熟完善，包括SDI的光端机、SDI矩阵等设备的开发，SDI在高清视频监控领域的应用会更让人心动。

　　以太网芯片具有线路诊断

　　 以太网具有线路诊断，网络断开、IP冲突、网络不通等各种突发情况，可以实现诊断和报警联动处理，方便用户采取相应措施，避免用户盲目的排查分析故障。这一点在占有率日益提高的网络摄像机中，具有非同寻常的意义。以太网芯片比较简单，但是工业级的产品设计，还是应具有稳定性，抗干扰性等内在的技术特征。如图4所示，以太网应用关系。

　　图5 以太网芯片连接图

　　MMC/SD存储具有ESD保护和EMI滤波

　　在实际应用中，大多数产品都具有前端存储，但是其稳定性很差，也逐渐引导客户使用硬盘的方式存储，需要芯片不断完善其应用水平。电电荷会不断积累，直到造成电荷产生的作用停止、电荷被泄放或者达到足够的强度可以击穿周围物质为止。ESD只是表现为容值极低的(一般〈5pf)容抗特性，不会对正常的电器特性产生影响,且不会影响到电子产品的信号及数据传输；当器件两端的过电压达到预定的崩溃电压时，迅速做出反应，以几何级数的量放大极间漏电流通过，从而达到吸收、减弱静电对电路特性的干扰和影响。通过EMI处理，也有效的避免通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。或者干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络，从而使得存储设备异常。

　　编码MCTF（基于运动补偿的时间滤波器）

　　带运动估计的时域滤波，一种基于小波的运动估计方法，可以有效的去除视频流的帧间冗余。与传统的帧参考模式的运动估计相比，没有错误漂移现象。这种方式能够实现高质量、低噪声的图像输出。虽然通常在高端的视频广播设备上采用，但是一些监控的芯片也逐渐在应用，从而使得图像质量提升的空间更大。

　　DSP/FPGA强光抑制或逆光补偿

　　强光抑制技术能有效抑制强光点直接照射造成的光晕偏大，视频图像模糊，能自动分辨强光点，并对强光点附近区域进行补偿以获得更清晰的图像。在网络摄像机中，强光抑制一般不具备，一般都是通过补光灯，把车牌衬托出来，使得抓拍的车牌亮度较高，较为清晰。采用DSP技术或者FPGA图像处理，简单意思就是把强光部分弱化，把暗光部分亮化，达到光线平衡。加入强光抑制滤光处理芯片的网络摄像可以有效抑制迎面的强光，在夜间监控道路车辆时，能较清晰的捕捉车辆车牌。适用于收费站、停车场出路口等区域。如图5所示

　　
　　后记

　　随着不断提高的安防监控技术水平，引发的系列化芯片也带来新的变革，在不断满足市场竞争需求的同时，趋向于一种理性的思考。高清监控正是以一种高姿态高要求进入我们的视界，伴随着内在的芯片也将是一颗璀璨的明星。作为高清监控的核“芯”，它的光芒必将引导我们重新审视周围的世界。

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