高清网络摄像机HD-SDI芯片方案发展和选择

高清网络摄像机HD-SDI芯片方案发展和选择

        视频监控系统产品伴随安防行业的近几年规模迅速扩大，取得了持续快速的发展，并占据着安防产业中较大比重。
　　目前传统标清监控系统虽然仍占绝对多数的市场份额，但是由于技术的发展和画质要求的不断提高，对于高清监控系统的需求也在不断增加，随着成本的不断下降，高清有望逐步取代标清监控系统并成为市场的主流。
        视频监控在经历模拟时代、数字时代、网络时代的发展后，现在已经逐步走入了高清与智能时代。与传统标清视频相比，高清在视频质量上有了质的飞跃，但就目前而言，要实现监控系统高清呈现，也并非一蹴而就之易事。从视频监控系统中模拟到数字的转化中，从CIF到D1是一个重要的阶跃，从效果来看数字化视频影像也可与模拟视频影像相当，即使达到标准清晰度(即“标清”)，其存储和传输的增加几乎是翻两番。
        目前，市场上主流产品仍然是标清，标清和高清将来仍会长时间共存。Techwell着手从两方面进行了标清芯片升级：一方面清晰度升级，即将清晰度从D1升级到支持960H格式，如TW2809成功地从D1升级到支持960H，如以前端TV解码芯片TW2960+TW2809系统方案为例，即给用户带来了模拟高清的享受；另一方面是集成前端TV解码器，即将前端的TV解码器嵌入到现有的编解码芯片中，如在推出的TW5866在TW5864的基础上，包含了8路TV解码器，既增加了系统的稳定性又降低了产品的价格。
        而另外一些芯片厂商在平台的继承性上给予深入重视，并注重全面挖掘原有芯片的潜力。以TI为例，在IP网络摄像机的应用中，其DM365虽说目前已经广泛普及，但仍改芯片为ARM9集成视频协处理器并集成有ISP的单片系统，可以支持从D1到720P分辨率，只是主频不同，而管脚和软件完全兼容。这样的兼容性，还延续到DM368，它可以支持1080P@30fps。
        在此全兼容的平台中，还有DMVA1和DMVA2两个智能摄像机平台，前者支持标清而后者支持高清。未来高清1080P@60fps的平台将延续同样的体系结构，只是ARM提高到A8，视频协处理器升级，ISP性能增强。同时，还有支持1080P分辨率的DMVA3智能摄像机平台推出，并沿用原有的应用软件。特别需要强调的是，TI的IP网络摄像机解决方案也都支持ONVIF和PSIA协议。
        各种技术在高清摄像机的发展中争奇斗艳，各显神通，其中基于数字非压缩信号的HD-SDI技术，延续了模拟摄像机的特色，且可以有机地同IP高清进行结合，也是高清发展的一个方向。在HD-CCTV良好发展前景下，富瀚微率先提供了HD-SDI的板卡方案。高清的图像质量至少3倍于D1的图像分辨率，而富瀚FH8735的优良编码性能为HD-SDI的原始图像压缩以及存储，提供了强有力的保证。
       并且，PCI/PCI-E总线可以根据实际应用来选择，对于对预览要求较高的应用，PCI-E的带宽足以保证高清原始码流传输至HOST端进行后处理。显然，高清不仅能使监控场景中的目标看得清，取证准确，重要的是提供了高质量原始图像的保障，使智能视频内容分析识别更加方便而准确。本文介绍视频监控中SoC芯片的发展，HD-SDI芯片方案及选择，HD-SDI在视频监控中的应用，HD-SDI高清摄像机与高清网络摄像机的比较，HD-SDI芯片的问题及发展方向。
        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。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。
       SoC并不是简单的一个芯片
       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。 
    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(ScalableVideoCompress，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。
        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。
    HD-SDI芯片方案及选择
    HD-SDI芯片更好的画质，更低甚至可以忽略不计的延时，与原有模拟系统良好的兼容性等，引起了多家芯片厂商的注意。Gennum不再是一枝独秀，从而促使HD-SDI芯片方案在结构及成本上出现差异化竞争。
    ISP方案的推出，也让SDI摄影机厂商在组件上的选择更多，从而更好地体现了差异化。在此强调的是，我们对芯片的观察也不能停留在单一芯片上，而是整体的芯片方案，需要观察组件的搭配，以SDI摄像机来看，芯片、传感器及ISP(DSP)共同影响着其产品形式和成本。目前，市场上主要有以下4种HD-SDI芯片方案。
    CMOS图像传感器+ISP+Encoder方案
    第一种方案采用专用的ISP处理芯片和编码处理，该方案较灵活，采用专用的ISP芯片稳定性好，能够保证图像的质量，但非VLDS真实高清@60fps；
    CMOS图像传感器+(ISP+CODEC)方案
    第二种方案采用集成ISP的编码芯片，该方案灵活性次于第一种方案，且集成的ISP处理芯片稳定性虽高，但图像质量一般、成本较高；
    CMOS图像传感器+FPGA方案
    第三种方案采用FPGA等芯片实现信号处理及编码功能，该方案灵活性最强，但是稳定性差、成本最高、图像质量难于保证；
    CMOS图像传感器+ISP+SDITx方案
    第四种方案采用专用的ISP处理芯片和SDI发射芯片，该方案较灵活，采用专用的ISP芯片稳定性好，能够保证图像的质量，可提供高清@60fps。
    由此可见，各种搭配都有优劣，更为优秀的画质是HD-SDI的重要亮点，从其芯片方案上也可以看到，HD-SDI中的ISP多由独立的芯片进行处理，而非集成到编解码器CODEC上。