HD-SDI芯片方案选择应用与趋势(上)

　　SoC芯片在视频监控中的发展

　　在安防市场中，作为产业上游产品的音视频编解码芯片素有DSP、ASIC与SoC之争。而近两年来，随着微电子技术以及SoC芯片处理技术的不断发展，借助低成本、低功耗、高集成度可以提供更高的处理能力和运算速度等显著优势，SoC迅速崛起，大有独霸编解码芯片市场之势。因为SoC芯片的出现兼顾了DSP与ASIC两家之长，弥补了两者之短，因此被行业赋予了更大的期待。如SoC具备了ASIC的性能专用特点，具有高性能、低成本、低功耗等特征，同时也保持了DSP的灵活性，并且解决了DSP芯片成本较高的问题。

　　除了解码的兼容性和编码的压缩质量的基本要求，高速的系统架构、内存频宽、高效率的DMA控制器，甚至多核的平行处理也是检验SoC效能是否优秀的关键指标。

　　SoC芯片是具有多处理器核心的单片集成系统，其中集成有CPU主处理器，所集成的核心既可以是ASIC类的硬核，也可以是DSP或协处理器类的软核，甚至也包含其它的专用处理子系统，且集成有丰富的外设。由于SoC是面向特性应用的片上系统，结合硬件加速等技术可以实现H.264的高复杂度的算法运算，并可针对视频编码方面进行优化，以实现最优化效果。视频的数字化应用在安防市场中发展非常迅猛，其中核心的视频处理起着举足轻重的地位，因而SoC的闪电式“上位”无疑为视频监控带来新的活力。

　　目前，很多半导体方案提供商都在走向SoC，其中就不乏像TI、NXP、ADI以及Techwell等众多欧美老牌实力派厂家，此外，近年来在中国大陆和台湾地区也迅速添入一批SoC新秀，如海思、中星微、升迈、映佳。而在应用上，SoC也在视频安防监控、视频会议、高清视频游戏、远程机房控制、远程教育和远程医疗等应用中得到广泛认同。

　　事实上，SoC并不是简单的一个芯片，而是一个解决方案。TI的LMH0394提供业界最长的，可达到200m高清(或400m标清)，其数据率达3Gbps，并且最低功耗为115mW典型值。SDI视频信号的编解码需要有强大的处理器来处理，DM81xx平台也可实现这种多路的高清系统。同样，针对HD-SDI的需求，Techwell也推出基于TW2809的HD-SDI PC DVR广播级高清产品，它支持720P/1080i/1080P。

　　国内的海思提供了从Hi3512、Hi3515到Hi3516一套完整的高清解决方案。以Hi3512为例，该方案基于ARM9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，具有高集成，可编程，支持H.264和MJPEG等多协议的优点，其中视频处理单元可以支持H.264MainProfile、Baseline、Profile、MJPEG、JPEG等多种协议实施编解码;支持1.3MPixels@30fps，支持最大300万像素的JPEG抓拍;视频处理单元还可以支持双码流编码等功能。Hi3512方案丰富的外围接口，方便满足设备规格需求，能有效降低整机BOM成本。

　　又如TI的DM8168的数字视频H.264编码能力，已经飚到三通道1080P@60fps高清，且可支持MPEG4、MPEG2、VC1等视频压缩格式，还有能力支持SVAC中国自主知识产权标准的能力。DM8168还可采用单片实现六通道高清1080P@30fps或720P@60fps编码、十二通道高清720P@30fps编码、三十通道D1编码，支持各种高清或标清数字视频监控系统的所有编码要求。而解码和编码也具有相同的能力，这就使之既可以用于开发多通道DVR和DVS，又能开发多通道NVR，且都支持高清应用。此外，DM8168还嵌入强大的主处理器ARMCortexA8，主频可达1GHz，可以作为产品的核心处理器，运行高速实时操作系统，支持千兆以太网络、SATA硬盘接口、PCIe高速总线接口等。由于集成了性能强大的视频处理子系统，可以实现反隔行处理和图像增强和降噪功能，并且支持三个独立图形层和线性缩放及三个高清或标清的OSD等功能。又由于集成有3D图形加速器，产品可支持三维菜单界面，为数字视频监控产品界面带来全新改观。

　　为了满足不同网络带宽和显示设备的需求早先IP监控系统往往采用多码流同时编码的方式，这无疑增加了数据吞吐量。H.264SVC(Scalable VideoCompress，可扩展视频编码)提供了一个有效的解决办法。利用可扩展编码，编码器只需要提供一个码流，人们可以选择需要的层级(分辨率、帧率等)进行传输、存储和解码，节约带宽和存储设备，充分利用原有的非高清显示器。

　　显然，仅有高清还远远不够，高清编解码芯片需要更高级别的SoC化来增加去隔行、3D降噪、视频增强等图像处理和智能识别能力，用以满足DVR和NVR所需的功能。也就是说，要重点考虑如何提升监控效率——智能监控。智能监控算法提升高清监控效率。随着监控摄像头的增多、金融犯罪手法多样化，智能监控势在必行。智能要聚焦于业务可视化管理，未来智能算法进一步提升内容分析可靠性，从监控辅助手段升级到支撑业务流程变革。而且将推进更多数字视频监控中的增值应用，如智能图像识别和实时视频分析，以及车牌识别、人脸识别、行为异常识别等。针对数字视频监控的智能化需求，通用可编程的高速处理器是最为理想的平台。TI的DSP已为众多的开发者所应用，实现嵌入式智能分析系统。在DM8168平台中已集成了一个C674x核心的DSP，并可以达到主频1GHz，而全部资源都可以用作包括智能视频分析的增值性功能。

　　全面系统整合云架构模式电子系统发展宗旨之一就是最大限度地简化电路设计，达到整体产品系统的可靠性、精度、稳定等品质指标。然而，刚登上前台的SoC芯片距离这一目标尚有一段距离。从硬件方面看，高SoC化需要的多个CPU核的协调处理，大量的DMA操作以及海量的内存数据管理，虽然满足了更多路的编解码处理性能，但也给编解码芯片带来了更高的复杂度和难度，同时稳定性问题无可避免;从软件方面看，底层驱动和SDK需要提供更多的接口来满足上层AP的需要。实际上，一个芯片的成功与否，不但要求芯片硬件的性能稳定，更需要功能强大的驱动和SDK的配套支持。

　　面向安防市场的发展，系统全面整合集成仍然是未来的发展方向。对芯片而言，所有系统的单片化解决方案将是必由之路，而体系结构也必将为一致性。视频编解码的实现将采用硬件和软件结合的方式，这样才可以满足各种更新格式视频压缩和处理技术的需要。各种显示、传输和交互接口性能和功能都将继续高度集成和提升。因此，未来的数字视频监控系统开发的大量工作，将集中在软件的系统开发。从编解码芯片看，超多路高清编解码性能的芯片是未来趋势，且编解码芯片中集成前后端模块也是未来发展方向之一。

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