2011年疲軟的美國經濟和越鬧越凶的歐盟債(zhai) 務危機為(wei) 2012年的電子工業(ye) 前景蒙上了一層陰影，在大多數傳(chuan) 統電子產(chan) 業(ye) 麵臨(lin) 衰退的背景下，安防行業(ye) 卻逆勢上揚，保持著高速的增長趨勢。在全球經濟低迷的大背景下，中國已成為(wei) 全球最大的安防市場。毋庸置疑，芯片決(jue) 定著安防技術的級別。安防行業(ye) 的巨大市場吸引了越來越多的芯片廠商加入，包括TI、ADI、海思、中星微、Xilinx、Altrea、Aptina等一大批半導體(ti) 企業(ye) 紛紛涉足視頻監控處理芯片領域。

根據CPS中國安防發展指數(CSDI)統計，目前安防領域各類產(chan) 品比重約為(wei) ：視頻監控係統55%、出入口控製係統15%、防盜報警係統12%、其他類別的產(chan) 品18%。在2011年深圳安博會(hui) 上，針對視頻頻監控的各種攝象機、DVR成為(wei) 主要展出產(chan) 品。視頻監控領域的現狀如何？市場又將出現哪些新的變化？本刊特邀多家安防芯片的企業(ye) 負責人共同探討2012年視頻監控技術趨勢以及發展方向，希望給廣大同類企業(ye) 以啟發。

高清攝像機成業(ye) 界標配

2011年是監控領域高清產(chan) 品的爆發年，在2011年的安博會(hui) 上，“高清”和“IP”這兩(liang) 個(ge) 詞成為(wei) 當之無愧的熱門詞匯。

相比40萬(wan) 像素(D1分辨率)標清機，高清機最大優(you) 勢是高分辨率的辨識效益，以及更大的覆蓋範圍與(yu) 畫質。在監控範圍相同條件下，一台高清機可替代2、3台標清機，甚至更多。根據TI視頻產(chan) 品業(ye) 務拓展經理王承寧的介紹，目前一部720P的IP攝像機可替代兩(liang) 部D1標清攝像機，並可增加33%的視野。

高清攝像機的性能，主要取決(jue) 於(yu) 鏡頭、傳(chuan) 感器及主控芯片技術，其中芯片處理能力又是最重要的因素。由於(yu) 高清攝像機視頻數據量很大，所以對芯片的壓縮、CPU處理能力要求非常高，而芯片的壓縮及處理能力將直接決(jue) 定對傳(chuan) 輸網絡、錄像傳(chuan) 輸及後端處理的要求。

目前不少芯片廠商都在提供高清解決(jue) 方案，其中華為(wei) 海思和TI是目前國內(nei) 最主流的解決(jue) 方案。在2011年安博會(hui) 上，海思的展區全麵展示了H3高清監控平台，包括五顆芯片--三顆高清IP Camera SOC芯片(Hi3517、Hi3516、Hi3507)，以及兩(liang) 顆高清DVR/NVR芯片(Hi3531、Hi3532)。其中Hi3517為(wei) 1080P@60fps SOC，Hi3516為(wei) 1080P@30fpsSOC，Hi3507編碼性能則為(wei) 720P@30fps，全麵支持全高清網絡攝像機解決(jue) 方案。另外，Hi3531總性能為(wei) 24路D1，可以單片實現4路全高清DVR/NVR方案；Hi3532則為(wei) 20路 D1或者4路全高清H.264編碼協處理器芯片，與(yu) Hi3531通過級聯實現更多路數的HD CCTV DVR方案。

德州儀(yi) 器(TI)所提供的平台可以支持各種高清需求並支持多種高清視頻壓縮格式，而且具有更高的係統靈活性。現已大批量生產(chan) 的DM6467是一顆單芯片可實現H.264及其它視頻壓縮格式高清或更高的芯片。該平台集成有ARM9處理器和視頻處理器及高速C64+x的DSP核心，還有BT1120高清視頻輸入和輸出端口，另外配備豐(feng) 富的外圍接口。目前DM365已作為(wei) 高清入門產(chan) 品在監控IP攝像機中得到很好地應用。

同樣在2011年安博會(hui) 期間，Aptina展示了其麵向監控市場的最新圖像傳(chuan) 感器產(chan) 品，包括可在60fps幀率下以寬動態範圍(WDR)或非寬動態範圍模式提供720P/1080P高清視頻的傳(chuan) 感器，以及采用AptinaA-Pix和DR-Pix技術的500萬(wan) 像素高性能圖像傳(chuan) 感器。

在從(cong) 超亮到超暗場景的所有亮度條件下，擷取高質量的60fpsHD視頻非常具有挑戰性。過去，百萬(wan) 像素傳(chuan) 感器可以提供寬動態範圍或出色的弱光靈敏度，但無法二者兼顧。現在，“Aptina采用DR-Pix技術與(yu) 多重曝光寬動態範圍成像技術設計的最新HD百萬(wan) 像素傳(chuan) 感器，能夠提供寬動態範圍或出色的弱光靈敏度。”Aptina Imaging公司高級業(ye) 務發展/營銷經理Cliff Cheng介紹，AptinaDR-Pix可在所有像素上實現全局可程序設計轉換增益調節，以便與(yu) 場景中的所有不同光照程度相匹配。結合使用真正的相關(guan) 兩(liang) 次采樣技術，可以讓高畫質成像器實現小於(yu) 2erms的低讀取噪聲和超過60%的量子效率。

除了DSP廠商，FPGA廠商也十分關(guan) 注這一市場。以往在高端視頻監控市場，FPGA一般作為(wei) 協處理器，很少獨立於(yu) DSP。不過，賽靈思近日推出了將FPGA與(yu) ARM核集成的可擴展平台“ZYNQ係列”，有望改變這一狀況。據賽靈思公司亞(ya) 太區銷售和市場總監張宇清介紹，“ZYNQ係列”配有760個(ge) DSP引擎，性能超過910GMAC。並且FPGA與(yu) ARM的連接架構專(zhuan) 門采用處理器與(yu) FPGA定製的標準架構，這一架構的優(you) 勢體(ti) 現在可實現3000個(ge) 內(nei) 部互連，帶寬可達到100Gbps。而分立的FPGA和ARM的互連，其管腳非常有限，最多可解決(jue) 1300個(ge) 管腳。並且ZYNQ可通過ARM實現軟件編程，可廣泛應用於(yu) 智能視頻監控、汽車駕駛員輔助係統、工控等嵌入式市場。

IP攝像機帶動遠程視頻監控發展

在安防行業(ye) 內(nei) ，對高清攝像機的理解主要分為(wei) 兩(liang) 種：一種為(wei) 模擬高清攝像機，一種為(wei) 數字(IP)攝像機。近年來，越來越多的廠商開始采用IP攝像機。對此，德州儀(yi) 器半導體(ti) (TI)事業(ye) 部DSP係統業(ye) 務部視頻安全業(ye) 務經理Cyril Clocher先生就表示：“IP Camera必將徹底取代模擬Camera。”

視頻監控市場從(cong) 模擬CCTV視頻係統向更為(wei) 成熟、主動預防性、基於(yu) 網絡的IP視頻的轉化這一趨勢仍將是未來的主流。在CCTV時代，保安人員隻能坐在中央監控室內(nei) 從(cong) 監視器幕牆上監視某棟大樓或某個(ge) 區域的安全狀況，但2011年日趨普及的IP攝像機正使得視頻安全監控係統可以進行遠程監控。“IP遠程視頻監控係統使得我可以在深圳任何一個(ge) 地方通過手機看到法國家裏發生的一切情況。”德州儀(yi) 器(TI)DSP係統業(ye) 務部視頻安全業(ye) 務經理CyrilClocher表示，2012年IP視頻監控的三大趨勢就包括了遠程視頻監控、綠色節能和內(nei) 建視頻分析功能。

遠程視頻監控的發展離不開網絡的進步。由於(yu) 3G網絡帶寬的提升可以提供比現有CDMA和GPRS網絡更清晰更流暢的視頻傳(chuan) 輸效果。因此這種帶寬變化是3G的最大優(you) 勢。3G與(yu) 安防產(chan) 業(ye) 的結合對兩(liang) 者而言都是一種應用領域的擴充。但是對於(yu) 廠商而言，首要挑戰是安防監控產(chan) 品以及整體(ti) 解決(jue) 方案如何與(yu) 3G技術進行融合，這就要求安防設備廠商同時具備3G接口和通信協議的相應開發能力。

Aptina 公司高級業(ye) 務發展/營銷經理Cliff Cheng認為(wei) ，產(chan) 業(ye) 從(cong) CCTV轉而采用IP攝影機的發展，將帶來多項好處，包括擺脫NTSC/PAL分辨率標準的種種限製，為(wei) 百萬(wan) 像素影像傳(chuan) 感器的應用提供更多的機會(hui) 。此外，現今許多IP攝影機都采用寬動態範圍(WDR)技術，這使得攝影機幾乎能在任何環境中工作，因為(wei) 它克服了攝影機在極暗、極亮環境下擷取影像時的相關(guan) 技術挑戰，使攝影機幾乎可以放置在任何地點。

目前，IP視頻監控現已廣泛應用到空港、列車、地鐵、地麵交通樞紐、政府大樓、國土安全、城市商業(ye) 中心、重大設施、商場、銀行、住宅和馬路，並推動市場產(chan) 生了對新型IP攝像機、混合DVR和NVR(網絡視頻錄像機)的需求。

Cyril Clocher表示，第二代達芬奇DSP單芯片DM8168及8127分別滿足高清DVR和高清IP攝像機應用，同時28nm的工藝進步也大大降低了體(ti) 積和成本。與(yu) MPEG4SP相比，H.264HP的壓縮率提高了4倍以上。低數據流量使得電信運營商可以通過2G或3G蜂窩通信網絡將IP視頻傳(chuan) 送到世界各地用戶的手機上。

ADI技術市場經理張鐵虎表示，目前ADI的Blackfin係列產(chan) 品可以為(wei) IP攝像頭應用提供雙芯片解決(jue) 方案，同時可在視頻標準、分辨率、幀速和相關(guan) 的視頻前/後處理功能方麵實現完全的靈活性。另外，Blackfin的雙芯片解決(jue) 方案能夠實現視頻壓縮、操作係統支持、CCD/CMOS傳(chuan) 感器的本地互操作、完整的接口選擇以及目標視頻分析所需的開銷處理。 #p#分頁標題#e#

FPGA將進為(wei) 智能視頻分析提供更強運算能力

與(yu) 高清、IP攝像機發展配套興(xing) 起的是發展迅速的視頻分析技術，可以說沒有高清，就沒有視頻分析的發展。

“隨著攝像機技術的不斷發展，分析技術也在不斷發展以支持全1080p圖像，以充分利用攝像機現在能夠提供的詳細細節和分辨率技術。” Altera亞(ya) 太區工業(ye) 市場開發經理江允貴認為(wei) ，模擬CCTV攝像機過渡到高清數字IP攝像機，推動了對HD1080p/30fps視頻分析的需求。

視頻監控常規產(chan) 品DVR、DVS和IP攝像機都可以通過添加前端智能視頻處理來增加風險性管理和智能化業(ye) 務。據TI通用DSP業(ye) 務發展部經理鄭小龍介紹，TI的DM642在智能視頻嵌入化應用中發揮了重要的作用，而後續推出的Davinci係列平台則可以滿足不同方麵的數字視頻需求並不斷取得市場的成功。

ADI在智能視頻監控方麵的市場策略則比較獨特。據了解，ADI目前同許多高校與(yu) 科研院所(如清華大學)進行合作，共同展開視頻分析的開發工作。ADI技術市場經理張鐵虎表示，高清智能視頻分析已將成為(wei) 主流，ADI將在即將麵世的芯片中加入了智能視頻分析基礎算法的硬件加速模塊，並提供相關(guan) 的演示代碼和文檔，幫助客戶設計出更高效的係統。不過他表示，具體(ti) 細節將在2012年初披露。他同時認為(wei) ，由於(yu) 目前還沒有標準的用於(yu) 智能分析和處理的算法，基於(yu) 不同的壓縮格式實現智能視頻分析處理會(hui) 對DSP的MIPS(衡量CPU速度的一個(ge) 指標)要求有很大不同，所以算法的優(you) 化非常關(guan) 鍵。由於(yu) ASIC的性能表現不能滿足智能處理的需求，而DSP的靈活性和高性能，使得智能分析處理成為(wei) DSP比較擅長的工作。

在中國，交通監控係統對視頻分析有很高的需求，重要的功能如能找到車牌號，識別到作為(wei) 國家監控跟蹤係統一部分的車身形狀，汽車顏色和汽車品牌等。Altera亞(ya) 太區工業(ye) 市場開發經理江允貴介紹，目前智能視頻分析在交通管理上主要麵臨(lin) 幾大挑戰：包括傳(chuan) 感器要支持在寬動態的圖像處理；對於(yu) 不同的光線強度變化要能夠達到自適應性；低照度的噪聲處理；從(cong) 監控到報警、抓拍；多支攝相機不同角度的綜合判斷；高精度智能偵(zhen) 測率；簡單的係統配置等。在功能上這些的規格都帶給芯片製造商很大的挑戰，江允貴認為(wei) 唯有先進製程工藝的FPGA才能提供上述完整的解決(jue) 方案。

事實上，Altera近期發布的基於(yu) FPGA的全HD1080p/(每秒30幀)30fps視頻分析解決(jue) 方案就是針對交通監控。據介紹，這一應用采用了低成本、低功耗的CycloneIVFPGA平台，滿足了視頻監控應用的成本、功耗和性能要求。江允貴認為(wei) ，Altera的單芯片解決(jue) 方案進一步提高視頻分析的性能，同時實現極大的吞吐量(每秒60-Mpixel)，以及傳(chuan) 統基於(yu) 數字信號處理(DSP)方法無法實現的像素精度細節。這一解決(jue) 方案很容易集成到HD互聯網協議攝像機中，因此，它非常適合包括流量監控在內(nei) 的各種應用，監視事故探測、車輛計數、道路偏離探測、停止車輛、闖紅燈以及車輛逆向行駛等。

賽靈思公司亞(ya) 太區銷售和市場總監張宇清同樣認為(wei) FPGA在智能視頻分析中占據優(you) 勢：“傳(chuan) 統的視頻監控由於(yu) 對運算的要求不高，隻需要DSP芯片即可。隨著智能分析和高清視頻監控成為(wei) 主流，FPGA的優(you) 勢逐漸顯現。”智能分析的關(guan) 鍵在於(yu) 算法，需要大量的矩陣運算以及乘法器。目前通常有兩(liang) 種方式來實現智能分析：一種是DSP＋FPGA，FPGA作為(wei) 協處理器，來彌補DSP在運算方麵的不足。第二種是在DSP中嵌入硬核，用硬核做硬件加速器，但其彈性小，沒有擴展性，導致產(chan) 品差異化低。張宇清認為(wei) ，FPGA可以在複雜的像素處理方麵替代DSP，如高性能視頻分析，各種圖像傳(chuan) 感器寬動態範圍壓縮，以及高精度圖像處理等。

“我們(men) 需要一種更加靈活而且具備實時性的視頻分析方案來滿足視頻監控應用新的需求。軟硬件協同處理的方案會(hui) 是一個(ge) 不錯的選擇。”張宇清對此表示，賽靈思低成本的Spartan FPGA將為(wei) 客戶實現高靈活性、實時的且兼具高性能視頻分析的解決(jue) 方案。