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由于數字視頻監控系統不僅包含適于DSP的視頻壓縮編解碼處理，還有大量適于CPU的控制、管理、存儲和網絡功能，于是，更高的集成度將通過SOC來實現。業界所普遍認可的SOC具有兩個或兩個以上處理器核心的單片集成系統，而且其中即可有CPU主處理器，同時也可有DSP和協處理器類的軟核，后者是ASIC類的硬核，甚至也可包含其它的專用處理子系統，并且集成有豐富的外設接口。 眾所周知，通用可編程DSP引領眾了數字視頻監控的興起，然而同數字視頻產品不斷產業化的進程一樣，當某一階段技術趨于成熟之后，就會有眾多的定制器件參與競爭，這也就是使得可編程平臺在持續提高的基礎上還要不斷推陳出新，甚至要有新理念的突破才能立于不敗之地。由于數字視頻監控系統不僅包含適于DSP的視頻壓縮編解碼處理，還有大量適于CPU的控制、管理、存儲和網絡功能，于是，更高的集成度將通過SOC來實現。SOC全稱為System On Chip，關于其中文譯法則仁者見仁，智者見智。部分人認為就直譯為“片上系統”，又有部分人覺得似乎是“單片系統”更準確。業界所普遍認可的SOC具有兩個或兩個以上處理器核心的單片集成系統，而且其中即可有CPU主處理器，同時也可有DSP和協處理器類的軟核，后者是ASIC類的硬核，甚至也可包含其它的專用處理子系統，并且集成有豐富的外設接口。以下將結合德州儀器（TI）通用可編程單片系統在數字視頻監控中的應用，探討SOC發展的優勢和趨勢。 單一SoC平臺面向多種產品 TI所規劃的面向視頻監控類的產品的通用可編程平臺始于DM642通用媒體處理器，這是一個以DSP為核心集成有豐富的外設接口的芯片，其全球累計銷售量已超過一千萬片。以此為基礎，TI規劃出達芬奇（Davinci）平臺，這是系列SOC期間，充分體現了單片系統的特色，既能應用于嵌入式的DVR和NVR的多路設別，也兼顧DVS和IPC的需求，因此一個平臺就可以支持多種不同類型產品的開發，有效降低研發投入并加速產品推出周期。 DM644X是第一款的Davinci芯片，其中所集成的CPU時ARM9核心，所集成的DSP是C64+核心，還集成有視頻協處理器VICP。另外所集成的視頻子系統同時包含前端和后端兩部分，其中前端可以直接與CCD或CMOS視頻傳感器，并配有圖像縮放和預覽工具，還有所謂“3Ａ”功能，即自動白平衡、自動曝光和自動聚焦控制單元；后端集成多層字幕疊加(OSD)、四個視頻DAC和24位數字RGB輸出。所集成的外設包含以太網接口、PCI接口、SPI串行接口、ASP音頻接口、USB2.0接口、ATA硬盤接口、MMC/SD存儲卡接口等。軟件開發為開放式，可采用業界認可的多媒體API進行軟件系統的集成。如圖1為基于DM644x的視頻監控產品。 圖1 基于DM644x的視頻監控產品 Davinci系列包含成熟的視頻軟件、完善的開發工具和有力的技術支持，因此一個原型設計可以衍生出數字視頻錄像機、數字視頻服務器和IP網絡攝像機等更多的產品形態。Davinci所構建的是一個數字媒體開發框架，并將為各個系列的平臺所共享。 多種SoC平臺面向單一產品 一個SOC平臺的成功表現在為業界認并經過市場驗證，DM644x就是如此，而由此延伸到更多的系列中的應用。在Davinci的后續單片系統中，DM646x、DM3xx都有主CPU，并集成有DSP類軟核和處理子系統及豐富外設。 DM643x和DM648雖沒有主CPU但所包含的DSP核心，但是可以基于DSP?BIOS實現實時操作系統功能，或者第三方的商用Linux嵌入式實時操作系統，另外集成有處理子系統或協處理器軟核，以及豐富的外設，可以自成系統。 IP網絡攝像機方案是一個很典型的視頻監控產品，客戶對其產品規格由不同的需求，對此Davinci以統一的數字媒體框架提供不同平臺的支持。DM6446可支持D1下H.264并附加智能視頻功能；DM6437可作從DM642平臺升級同樣支持D1下H.264；基于DM355的IP攝像機在業內備受青睞，其突出特點是可以單片支持MPEG4高清720P編碼，同時還可支持一個CIF流。視頻前端可直接連CCD或CMOS傳感器。片上有各種存儲接口。該片軟件免費捆綁提供，工藝采用低功耗設計，易于實現小型一體化設計。剛剛推出的DM365除具有上述所有優點之外，增加了對高清H.264的支持，且集成音頻和網絡等增強功能，而且視頻前端有ISP單元，可支持人臉檢測、視頻穩定和噪點去除功能；DM6467可支持1080P下H.264高清并由所集成DSP核心C64+支持高級視頻智能分析功能，并支持高清BT1120高清輸入和千兆以太網接口。如圖2所示為基于不同Davinci的IP網絡攝像機方案。 圖2 基于Davinci的IP網絡攝像機方案 由此可見，在特定產品規劃、定義和設計前，應該評估多種SOC平臺，如果這些平臺又具有共同性，且又覆蓋不同檔次的產品，這對數字視頻監控開發人員而言將意義重大。 多個SoC平臺的強大組合 無論是嵌入式DVR、DVS或NVR都須希望能一芯支持多路系統，對此Davinci各個系列平臺均有相應的支持能力。DM6446或DM6441單片可支持H.264格式四路CIF,目前已有成熟的產品在市場銷售；DM365單片可支持H.264格式兩路D1或八路CIF。由于Davinci系列的視頻接口只有一組BT656的輸入和輸出，在支持多路應用時要擴展，為此TI單片四路視頻解碼器已被廣泛采用，而將推出的TVP5158更是增加視頻多路分割功能，可以直接連接Davinci視頻口。 DM6467屬于Davinci-HD，即單片支持1080P高清H.264編碼，其核心處理由兩個視頻協處理器實現。DM6467單片多路能力極強，可支持H.264格式實時四路D1或十六路CIF，而升級到千兆主頻后更是能單片可支持H.264格式實時八路D1。DM6467可通過PCI或千兆網絡口擴展級聯，而TVP5158也可支持級聯，于是就可實現不同分辨率和不同視頻路數下的組合，最高可達H.264格式實時十六路D1。如圖3所示為基于Davinci-HD的多路系統方案，核心為多片DM6467，視頻擴展由多片TVP5158。值得一提的是每片DM6467的DSP都有能力處理每路視頻所需的智能分析。 圖3 基于Davinci-HD的多路系統方案 “軟硬兼施”SoC平臺的巨大潛力 為使SOC芯片方案盡可能地提高性能并豐富功能，可編程是一大要素。而對大幅度降低功耗、減少成本，高集成是又一大要素。為此TI所推出的系列SoC平臺力求通過創新，以便安防視頻監控廠商的產品能更完善地順乎市場的發展和滿足客戶的需要。達芬奇平臺的成功推進奠定了TI通用可編程平臺在視頻監控領域的領先地位，這些系列產品所集成的ARM9處理器、C64+?DSP核心、視頻協處理器VICP、視頻前后端子系統VPSS等核心單元式的數字視頻監控產品的定義和研發更加高效和靈活，根據不同應用需要選擇不同系列應用于目標產品開發設計可以兼顧硬件和軟件系統平臺的開發，這些都在安防領域獲得了不同程度的成功印證。 在目前經濟形勢下監控市場仍在成長，但競爭也異常激化。市場上的專用器件(ASIC)也開始在做“單片系統化”，已存在的SOC芯片方案就由以ARM集成硬件編解碼器，但其不足在于對視頻格式的支持受限，不具有靈活性。無論SoC芯片如何發展，對可編程的特性將長期保持存在。SoC芯片的發展趨勢將表現在主控CPU的升級換代、視頻協處理器的能力增強、DSP資源完全同于增值應用且同時支持定點和浮點運算，還有更多的高性能外設接口被集成到單片中來，如DVI、SATA、PCIe等等。雖然也有一些可編程性專用平臺出現，但不具有通用性，開發設計較為復雜，而且對類似視頻監控增值性功能的支持能力很弱。 隨著數字視頻壓縮編解碼技術的成熟，視頻監控領域的創新技術熱點將轉向視頻內容分析（VCA）技術。為提高視頻監控系統的效率，VCA將有可能全面改變視頻監控應用的方方面面。技術的發展和革新加速了VCA在視頻監控中的普及，而可編程DSP又首當其沖地發揮著重要的作用，TI在C64+和核心上開發了名為VLIB的VCA開發底層函數庫，并承諾免費提供廣大的視頻監控客戶，這將開啟了一個新型智能視頻產品不絕的源泉。 |
