基于TI方案的网络摄像机开发应用

　　近年来，网络摄像机的广泛应用使用户对其有了更加直观的认识。而且网络摄像机芯片方案成为了大家比较关注的问题。用户也在经常问，贵公司的摄像机是什么方案？比其它摄像机方案有何优势？由此可见，随着安防产业的迅猛发展，用户群已经从原来对安防只是概念上的认知到了如今对芯片级架构的理解层次。

　　从某种程序来讲，选择一个合适的方案是很重要的，关系到后期产品面向市场的定位、推广以及企业的根本发展。目前已知主流的高清方案有德州仪器（TI），海思（HiSilicon），安霸（Ambarella），恩智浦（NXP），升迈（GrainMedia），Nextchip；本文着重介绍一下目前关注度比较高的一个方案：TI。

 

　　趋势与技术

　　目前最常见的高清摄像机分为图像传感器、ISP（图像信号处理器）、压缩处理器或者视频转换三个常见部分。 图像传感器是组成数字摄像机的重要组成部分之一。根据元件的不同，通常分为两大类CMOS和CCD，目前在高清领域主要有Aptina、OV和Sony，其Sensor产品各有特点，有主打高像素的，有以低照度为卖点的，也有强调宽动态性能的，总的来说各有千秋。由于篇幅的原因在这里就不做详细的介绍。要实现良好的图像质量，除了前端镜头、传感器部分对光线的处理，影像处理部分也是高清网络摄像机中不可忽视的一环。通常情况下，传感器部分设置有内嵌的图像处理芯片处理一些较简单的功能，而较复杂的自动曝光、自动白平衡以及自动对焦等功能则必须通过后端ISP处理，以获得良好的影像效果。

　　通过集成ISP，不但可大幅降低系统成本，更能大大增强视频的稳定性，优化影像在光学方面的性能。这对于提升高清网络摄像机的成像品质具有及其重要的作用。

　　DaVinciTM数字媒体处理器是信号处理解决方案，专为数字视频、影像和视觉应用而设计。达芬奇平台提供片上系统，包括视频加速器和相关外设。产品包括仅针对 ARM9 的低成本解决方案到基于数字信号处理器 （DSP） 的全功能 SoC。针对视频编码和解码应用进行了优化，可升级的达芬奇处理器系列还包括多媒体编解码器、加速器、外设和框架。以TI的DM36×平台为例，其中视频处理子系统（VPSS）中包含了CCD或CMOS传感器的控制器，直接接收原始视频信号，然后由集成的ISP进行预处理，其中有H3A处理（即自动曝光AE、自动白平衡AWB、自动聚焦AF）、镜头畸形校正模式（LDC）处理、硬件人脸检测引擎、影像协处理器（IMCOP）、影像处理加速器（IPIPE），以及增强型屏幕叠加显示（OSD）等等。

　　TI芯片在安防领域的应用时间比较长，性能比较稳定，相关开发资料比较齐全，监控厂商可以比较快速地实现产品化。正是由于上流厂商提供的几款主流芯片方案加上主流的三四中图像传感器，所以目前高清市场上的产品越来越趋于同质化。不过 IP高清的技术开发难度相对比较高。即使是很成熟的开发方案，仍然需要厂家对于外部输入输出接口、底层驱动、协议、3A等进行配置和调试。而且IP高清应该是一个整体统一的系统，它包括前端高清采集，中间传输带宽、性能和协议的保证，后端高清存储、解码显示、管理、控制、分析、联动等，只有系统整体保证高清性能才算是真正的高清。只提供一只高清的网络摄像机是毫无意义的，因此IP高清研发生产厂商不应该只给客户提供高清前端而忽视后端。此外，从应用层来讲，用户更关注产品的稳定性、易用性，甚至如何从海量数据中快速获取想要的数据，更多地关注IP高清究竟能够为用户带来什么样的价值。

　　目前主流的高清IPC解决方案主要是基于DM365和DM368，DM365可做H.264的720P/30fps高清压缩，其实在这之前还有款DM355,不过DM355只能支持MPEG4编解码算法，但MPEG4的劣势相信大家都已经很了解了。尽管如此TI在2009年推出的DM365最高也还是只能支持到H.264的720P/30fps高清视频压缩，该系列作为TI入门高清级的压缩方案在如功耗、编码效率、画质等方面的性能表现并不理想，但由于其TI在DVR时代的应用惯性，还是有很多高清IPC整合厂家选择它，包括国内主流的大品牌。鉴于DM365的诸多缺陷，TI迅速推出DM368弥补在高清IPC解决方案上的差距，DM368可实现多格式的1080P/30fps压缩，包括了H.264编解码等在内；采用主频为423MHz的ARM926ej-s处理器，整合了（hdvicp，mjcp）视频图像协处理器引擎；DM368已经可以支持H.264的1080P/30fps全高清压缩，同时画质和码流方面有一定提升。

　　未来芯片的发展

　　随着安防产业的不断壮大，对于未来芯片的发展，从目前看来是主要是更高的像素、帧率，更低的照度和动态范围，更低的带宽占用、更高的传输效率，以及更加智能的ISP算法等。作为芯片的直接使用者，视频监控厂商一般的选型原则首先是根据产品的定义和工作环境来进行不同款芯片的比较，同时购买EVM开发板进行方案的预研评估和测试，检验芯片的功能和性能是否满足需求。然后需要了解芯片的成熟度和稳定性，并预估整个产品的整机成本、开发成本和开发难度，功耗低、节能环保也是需要考虑的方面，芯片厂商强有力的技术支持是重要的条件。

　　从供应商的角度来说，希望芯片厂商在大幅度提升编解码性能的同时，能尽量保证芯片体系架构的一致性，以便于开发的延续和继承，保证供应商在技术积累方面能创造更多的价值，加快产品开发和上市周期，节约开发成本。目前DVR和NVR的芯片方案，其功耗太高，核心的芯片TDP高达10多W，与Intel的X86架构低功耗CPU相比也高出了许多，这给电源设计、热设计、可靠性设计都带来了巨大挑战，其稳定性需要大量且长时间的批量测试验证来保障，整个设计成本、验证成本和BOM成本都增加不少。因此，进一步降低功耗，改善封装工艺也是芯片厂商下一步需要改进的方向。

　　目前行业客户对高清解码方面的需求越来越高。因此，需要芯片厂商考虑支持更多的通用解码库，提升解码核的兼容性和功能性，就算解码核模块程序跑飞异常，也不会造成整个系统崩溃。可以采用软件自动复位或用户介入操作进行恢复，不影响设备其它的采集压缩和传输功能，保证设备系统的可靠性。城市级的监控系统中，在做社会化接入时，会遇到许多厂家的设备接入问题，如何完美的接入和展现给用户最良好的客户体验。这也是我们和芯片厂商需要共同努力，芯片厂商如果能够花更多的时间派相关产品负责人和技术工程师定期与视频监控厂商进行交流和指导，同时给供应商提供详细产品介绍和技术培训，这样将由利于双方加深对彼此的了解。芯片厂商如果能开放更多的底层驱动软件和硬件编码的视频处理部分软件源码，将有利于做出更多的更契合市场需求的创新特色产品，从而避免产品同质化，促进市场繁荣。

　　作者单位：深圳市景阳科技股份有限公司