DSP處理器提升智能分析處理能力

從技術的發展趨勢看，網絡視頻監控將逐漸成為主流模式；這已經是不容置疑的趨勢。而隨著網絡監控的發展，智能視頻分析則成為IP視頻監控發展的下一個重要方向。不過，對于大多數芯片廠商和系統廠商來說，隨著IP視頻監控逐漸向高清、智能化方向發展，帶給他們的除了巨大的市場機會，還有新的挑戰。設計數字視頻監控系統的主要技術趨勢是需要達到高畫質(1080p分辨率)、視頻分析、智能化管理、IP、H.264視頻壓縮標準、更高的圖像信號處理清晰度、器件功能針對應用并配合項目算法功能。這些新趨勢使開發人員必須要面對低功耗、低成本以及在環保方面的挑戰。

曾經，在中國的監控市場上，數字硬盤錄像機(DVR)占據著視頻監控市場的半壁江山，不過，隨著網絡監控的發展，網絡攝像機(IPC)和網絡硬盤錄像機(NVR)也奮起直追。而這其中，視頻智能分析正在成為數字視頻監控的熱點，而DSP則成為這一技術的推動力。目前還沒有關于智能數字視頻分析的國際標準，因此只有可編程的高性能DSP和視頻處理器才使得更復雜的監測算法的實現成為可能。

強大的SoC系統

TI公司的數字信號處理器(DSP)曾經有力地推動了數字視頻監控技術的發展，其中具有里程碑的是TMS320DM642通用數字媒體處理器。TI之后所推出的數字媒體處理單片系統達芬奇(DavinciTM)更是為數字視頻監控提供了強大的平臺。達芬奇的各種系列平臺可以完全覆蓋數字視頻監控的各個應用方向，其中有以ARM為主控處理器和以DSP為主處理器兩個主要的發展方向。其共同的特性就是可以支持多種視頻壓縮格式，包括H.264/MPEG-4等等，所有DSP核心均具有支持VCA的能力。

目前基于DSP SoC的方案在監控市場占主流地位。同時，一些FPGA廠商希望能在差異化和客戶定制化方面顯示出自己的優勢。通過針對監控應用將FPGA器件和MPU/DSP結合在一起，設計師能從可編程協處理器的固有靈活性中得到好處，還可利用FPGA將精力集中在開發算法上，以充分利用MPU/DSP的處理能力。有的廠商就在其多路視頻監控系統硬件平臺中采用了DSP+FPGA的方式，用到的是TI的TMS320DM6437，只有1個數字視頻輸入接口，為了連接8路視頻解碼器，需要在視頻解碼器與DSP的視頻輸入接口之間增加耦合邏輯，而可編程的FPGA可以方便實現二者之間的耦合邏輯。

為滿足未來數字視頻監控市場的需求，更大限度的靈活性是必須的，視頻壓縮技術會向智能化編解碼發展，傳統的監控還是要向實時智能分析發展，光學系統將會與數字化電子系統更緊密地結合。

DSP處理器提升智能分析處理能力

歷經幾代技術的演進，視頻監控系統正朝著網絡化(IP)和智能化方向邁進。另外，模擬與數字監控系統混合并存也會是未來幾年中國安防市場的特點。作為中高端的方案選擇，DSP是目前中國監控市場的主流處理器。ASIC SoC是后進者，對市場有一定沖擊。此外，FPGA也在試圖進入該市場，但目前還沒有明顯的成功例子。由于現階段還沒有標準的用于智能分析和處理的算法，基于不同的壓縮格式實現智能視頻分析處理會對DSP的MIPS要求有很大不同，所以算法的優化非常關鍵。由于兼具靈活性和高性能，DSP更為擅長智能分析處理工作。

針對圖像處理應用的理想DSP處理器必須具備以下幾方面的特點：內核處理能力強；專門針對圖像處理的指令集；易于大量數據傳輸的低功耗硬件架構；高集成度；豐富的軟件模塊庫；功能強大的開發工具。對于視頻監控系統來說，最適合的控制和處理應該是控制功能和數字信號處理功能合二為一的匯聚處理器。

中國國內早期的視頻監控產品大部分都是采用DSP，在多通道、高分辨率視頻編解碼應用中，DSP用軟件很難達到系統的要求。而FPGA采用硬件加速的方法，可以實時進行多通道壓縮。FPGA的優勢是可編程，非常適合需要靈活性高、提供差異化的應用設計。目前，采用FPGA芯片的視頻監控產品已經量產。

H.264視頻編解碼技術

H.264視頻編解碼技術

在視頻監控歷史上，曾先后有多種視頻壓縮標準。由國際電信聯盟ITU定義的專用于低比特率視頻電話的標準，包括H.261/2/3；由國際標準化組織ISO針對消費類應用的，對運動圖像壓縮定義了MPEG標準，包括MPEG1/2/4；由ITU與ISO根據目標應用合作（聯合視頻小組JVT）定義了H.264編解碼技術，有些標準至今仍并存著。目前主要在應用中的是M-JPEG，MPEG4及H.264三種，我們通過以下幾點對這些標準進行比較。

實現成本：包括算法實現的復雜度和資源占有程度，技術獲取的難度和代價，以及其最終體現在產品中的成本高低；

編碼性能：主要體現在同等主、客觀視覺質量情況下，壓縮后所得到的碼流大小，這對于網絡傳輸和存儲都非常關鍵；

網絡支持：對網絡支持的好壞主要取決于對網絡丟包和出錯的容錯能力與支持網絡的自適應能力；

應用支持范圍：由于視頻監控領域的應用需求千變萬化，一個平臺對不同需求的支持能力也非常重要；

未來潛力：以發展的眼光來看，一個標準的潛力大小體現在未來被行業接受的廣泛程度，在相關應用上轉化的平滑程度，和對互聯互通的支持程度等方面。

在視頻監控產品中，編碼器始終是方案的重點，一個合適的編碼器方案往往能夠決定一個產品的成敗。H.264編碼方案正在成為市場的主流，其以卓越的編碼性能和良好的網絡適應性得到了市場的廣泛認同。它不僅可以支持寬廣的應用環境，還可滿足不同分辨率、不同碼率以及不同傳輸和存儲環境的需求。

H.264是先進的視頻處理技術，業內人士公認，在同樣的視頻回放質量條件下，H.264比MPEG4約節省近40%的傳輸帶寬或硬盤存儲空間，這無疑為遠程監控的推廣應用起到很重要的作用。但H.264的編碼效率是以其遠較MPEG4復雜的運算量為代價的，其采用最先進的禎間預測模式，包括復雜的運動估計、1/2和1/4像素預測；遠較MPEG4先進的禎內預測模式，包括多達13種禎內預測模式；H.264引進全新的環路濾波（in-loopfiltering）技術，對視頻回放質量的大幅提高貢獻巨大。

但是應用新技術均需要大量的運算處理，對視頻編解碼處理平臺也提出了新的要求。對軟件形式的視頻編解碼器，如用DSP等通用處理器實現的編解碼器，因處理能力的限制，只能舍棄很多H.264的最先進技術（如禎內，間編碼預測模式，環路濾波等），這樣的結果是其編碼效果回復到MPEG4的水平。更嚴重的是這樣的編碼器輸出的碼流不符合H.264標準，所有通用解碼器均不能與其配套組成開放的系統。選用非標準的編碼器，用戶只能限制選用與其配套的非標準解碼器，從而變成了一個封閉的系統。