‧ 基於TI方案的網路攝像機開發應用

來源:CPS中安网 作者:李冬贺

近年來，網路攝像機的廣泛應用使用戶對其有了更加直觀的認識。而且網路攝像機晶片方案成為了大家比較關注的問題。用戶也在經常問，貴公司的攝像機是什麼方案？比其它攝像機方案有何優勢？由此可見，隨著安防產業的迅猛發展，用戶群已經從原來對安防只是概念上的認知到了如今對晶片級架構的理解層次。

　　從某種程式來講，選擇一個合適的方案是很重要的，關係到後期產品面向市場的定位、推廣以及企業的根本發展。目前已知主流的高清方案有德州儀器（TI），海思（HiSilicon），安霸（Ambarella），恩智浦（NXP），升邁（GrainMedia），Nextchip；本文著重介紹一下目前關注度比較高的一個方案：TI。

 

趨勢與技術 

　　目前最常見的高清攝像機分為圖像感測器、ISP（圖像信號處理器）、壓縮處理器或者視訊轉換三個常見部分。 圖像感測器是組成數位攝像機的重要組成部分之一。根據元件的不同，通常分為兩大類CMOS和CCD，目前在高清領域主要有Aptina、OV和Sony，其Sensor產品各有特點，有主打高圖元的，有以低照度為賣點的，也有強調寬動態性能的，總的來說各有千秋。由於篇幅的原因在這裡就不做詳細的介紹。要實現良好的圖像品質，除了前端鏡頭、感測器部分對光線的處理，影像處理部分也是高清網路攝像機中不可忽視的一環。通常情況下，感測器部分設置有內嵌的影像處理晶片處理一些較簡單的功能，而較複雜的自動曝光、自動白平衡以及自動對焦等功能則必須通過後端ISP處理，以獲得良好的影像效果。

　　通過集成ISP，不但可大幅降低系統成本，更能大大增強視頻的穩定性，優化影像在光學方面的性能。這對於提升高清網路攝像機的成像品質具有及其重要的作用。

　　DaVinciTM數位媒體處理器是信號處理解決方案，專為數位視訊、影像和視覺應用而設計。達芬奇平臺提供片上系統，包括視頻加速器和相關外設。產品包括僅針對 ARM9 的低成本解決方案到基於數位訊號處理器 （DSP） 的全功能 SoC。針對視頻編碼和解碼應用進行了優化，可升級的達芬奇處理器系列還包括多媒體轉碼器、加速器、外設和框架。以TI的DM36×平臺為例，其中視頻處理子系統（VPSS）中包含了CCD或CMOS感測器的控制器，直接接收原始視訊訊號，然後由集成的ISP進行預處理，其中有H3A處理（即自動曝光AE、自動白平衡AWB、自動聚焦AF）、鏡頭畸形校正模式（LDC）處理、硬體人臉檢測引擎、影像輔助處理器（IMCOP）、影像處理加速器（IPIPE），以及增強型螢幕疊加顯示（OSD）等等。

　　TI晶片在安防領域的應用時間比較長，性能比較穩定，相關開發資料比較齊全，監控廠商可以比較快速地實現產品化。正是由於上流廠商提供的幾款主流晶片方案加上主流的三四中圖像感測器，所以目前高清市場上的產品越來越趨於同質化。不過 IP高清的技術開發難度相對比較高。即使是很成熟的開發方案，仍然需要廠家對於外部輸入輸出介面、底層驅動、協定、3A等進行配置和調試。而且IP高清應該是一個整體統一的系統，它包括前端高清採集，中間傳輸頻寬、性能和協定的保證，後端高清存儲、解碼顯示、管理、控制、分析、聯動等，只有系統整體保證高清性能才算是真正的高清。只提供一隻高清的網路攝像機是毫無意義的，因此IP高清研發生產廠商不應該只給客戶提供高清前端而忽視後端。此外，從應用層來講，使用者更關注產品的穩定性、易用性，甚至如何從海量資料中快速獲取想要的資料，更多地關注IP高清究竟能夠為用戶帶來什麼樣的價值。

　　目前主流的高清IPC解決方案主要是基於DM365和DM368，DM365可做H.264的720P/30fps高清壓縮，其實在這之前還有款DM355,不過DM355只能支援MPEG4編解碼演算法，但MPEG4的劣勢相信大家都已經很瞭解了。儘管如此TI在2009年推出的DM365最高也還是只能支持到H.264的720P/30fps高清視訊壓縮，該系列作為TI入門高清級的壓縮方案在如功耗、編碼效率、畫質等方面的性能表現並不理想，但由於其TI在DVR時代的應用慣性，還是有很多高清IPC整合廠家選擇它，包括國內主流的大品牌。鑒於DM365的諸多缺陷，TI迅速推出DM368彌補在高清IPC解決方案上的差距，DM368可實現多格式的1080P/30fps壓縮，包括了H.264編解碼等在內；採用主頻為423MHz的ARM926ej-s處理器，整合了（hdvicp，mjcp）視頻圖像輔助處理器引擎；DM368已經可以支援H.264的1080P/30fps全高清壓縮，同時畫質和碼流方面有一定提升。

未來晶片的發展 

　　隨著安防產業的不斷壯大，對於未來晶片的發展，從目前看來是主要是更高的圖元、幀率，更低的照度和動態範圍，更低的頻寬佔用、更高的傳輸效率，以及更加智慧的ISP演算法等。作為晶片的直接使用者，視頻監控廠商一般的選型原則首先是根據產品的定義和工作環境來進行不同款晶片的比較，同時購買EVM開發板進行方案的預研評估和測試，檢驗晶片的功能和性能是否滿足需求。然後需要瞭解晶片的成熟度和穩定性，並預估整個產品的整機成本、開發成本和開發難度，功耗低、節能環保也是需要考慮的方面，晶片廠商強有力的技術支援是重要的條件。

　　從供應商的角度來說，希望晶片廠商在大幅度提升編解碼性能的同時，能儘量保證晶片體系架構的一致性，以便於開發的延續和繼承，保證供應商在技術積累方面能創造更多的價值，加快產品開發和上市週期，節約開發成本。目前DVR和NVR的晶片方案，其功耗太高，核心的晶片TDP高達10多W，與Intel的X86架構低功耗CPU相比也高出了許多，這給電源設計、熱設計、可靠性設計都帶來了巨大挑戰，其穩定性需要大量且長時間的批量測試驗證來保障，整個設計成本、驗證成本和BOM成本都增加不少。因此，進一步降低功耗，改善封裝工藝也是晶片廠商下一步需要改進的方向。

　　目前行業客戶對高清解碼方面的需求越來越高。因此，需要晶片廠商考慮支援更多的通用解碼庫，提升解碼核的相容性和功能性，就算解碼核模組程式跑飛異常，也不會造成整個系統崩潰。可以採用軟體自動重定或使用者介入操作進行恢復，不影響設備其它的採集壓縮和傳輸功能，保證設備系統的可靠性。城市級的監控系統中，在做社會化接入時，會遇到許多廠家的設備接入問題，如何完美的接入和展現給使用者最良好的客戶體驗。這也是我們和晶片廠商需要共同努力，晶片廠商如果能夠花更多的時間派相關產品負責人和技術工程師定期與視頻監控廠商進行交流和指導，同時給供應商提供詳細產品介紹和技術培訓，這樣將由利於雙方加深對彼此的瞭解。晶片廠商如果能開放更多的底層驅動軟體和硬體編碼的視頻處理部分軟體源碼，將有利於做出更多的更契合市場需求的創新特色產品，從而避免產品同質化，促進市場繁榮。

作者單位：深圳市景阳科技股份有限公司