TI智能高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機方案簡析

文/張沭田

網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機經(jīng)過近幾年的發(fā)展，已慢慢為大家所熟知。在新的安防工程中仍然選擇模擬方案的幾率大大降低，網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字、高清等概念已深入人心，漸漸成為安防工程建設(shè)的參考標(biāo)準(zhǔn)。伴隨著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化大潮席卷安防產(chǎn)業(yè)，模擬安防產(chǎn)品的市場占有率正在不斷萎縮?？梢源竽戭A(yù)言：數(shù)字安防產(chǎn)品終將逐漸替代傳統(tǒng)模擬安防產(chǎn)品。作為一名長期從事前后端數(shù)字安防產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)人員，謹借此文談一些從研發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機產(chǎn)品的親身經(jīng)歷中獲得的體會。

網(wǎng)絡(luò)攝像機誕生于上世紀(jì)90年代中期，不過在后續(xù)的10余年中卻發(fā)展緩慢。客觀地講，網(wǎng)絡(luò)攝像機當(dāng)初沒有被大規(guī)模應(yīng)用的主要原因有四個：

1、當(dāng)時全球網(wǎng)絡(luò)以窄帶為主，寬帶網(wǎng)絡(luò)尚未普及，中國的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源更是極其稀缺。網(wǎng)絡(luò)帶寬低，限制了高質(zhì)量的視頻傳輸。

2、落后的編碼方式需要占用大量的帶寬資源。當(dāng)時是使用M-JPEG的非實時壓縮方式，后來MPEG-2的壓縮算法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域，但是仍然解決不了帶寬問題，直到H.264編碼方式出現(xiàn)后，帶寬問題才稍有緩解。

3、當(dāng)時CCD的成像效果優(yōu)良，但是其功耗大，價格昂貴；同期的CMOS芯片雖然價格便宜，功耗低，但是成像質(zhì)量明顯遜色于CCD，市場難以接受。

4、可用于攝像機的集成了編碼功能的芯片屈指可數(shù)，且價格昂貴，開發(fā)難度較大，更無集成圖像信號處理器(ISP)模塊的SOC芯片。

隨著寬帶技術(shù)及其應(yīng)用的跨越式發(fā)展以及其它相關(guān)領(lǐng)域突破性技術(shù)的出現(xiàn)，上述四點制約網(wǎng)絡(luò)攝像機發(fā)展的瓶頸被逐一解決。首先，網(wǎng)絡(luò)帶寬的大幅提高，使得高清晰度圖像的傳輸有了質(zhì)量保證；其次，H.264編碼方式的成熟進一步降低了圖像傳輸對帶寬的要求；再次，CMOS技術(shù)日趨完善，其成像效果幾可與CCD相媲美；最后，也是最關(guān)鍵的一點，以TI SOC為代表、作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機核心的高性能編碼芯片的面市。

TI公司于2009年成功推出了面向便攜高清視頻應(yīng)用的新型數(shù)字媒體處理器——基于達芬奇技術(shù)的SOC芯片TMS320DM365。該處理器延續(xù)了達芬奇家族中DM355的處理器構(gòu)架，集成了一顆ARM926EJ-S內(nèi)核、一個H.264高清編解碼協(xié)處理器HDVICP和一個MPEG-4/JPEG高清編解碼協(xié)處理器MJCP，以及ISP模塊，可以支持H.264/MPEG-4高清視頻編解碼。上海全景數(shù)字技術(shù)有限公司自2010年起，基于TI DM36X系列芯片持續(xù)開發(fā)并生產(chǎn)了IPC-520X-Y系列產(chǎn)品。

今天，市場上用于網(wǎng)絡(luò)攝像機的芯片方案眾多，主要有TI、海思、安霸、NXP、智源等。在與同行的交流過程中，我發(fā)現(xiàn)了一個非常有意思的現(xiàn)象：不少的網(wǎng)絡(luò)攝像機供應(yīng)商都很喜歡將其用其它方案設(shè)計出的產(chǎn)品，與基于TI方案的網(wǎng)絡(luò)攝像機作對比。由此在我的心目中留下了這樣一個印象，TI的產(chǎn)品在整個安防行業(yè)中具有指標(biāo)性的地位。

對一款性價比高的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機來說，合適的圖像傳感器(sensor)選用十分重要。數(shù)字媒體處理器能夠為產(chǎn)品開發(fā)者提供足夠的sensor選擇空間是其能獲得成功的基礎(chǔ)。TI與眾多的sensor廠家皆有對接測試并提供相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)，如：Aptina、Omnivison、SONY等。這就為其方案應(yīng)用者大幅縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、快速適應(yīng)和滿足時刻變化著的個性化市場需求提供了極大的方便。無論是從產(chǎn)品設(shè)計架構(gòu)還是從各款產(chǎn)品面市的時間來看，可以說DM36X系列芯片在網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機的普及過程中功不可沒。同樣，相對合理的價格、簡單的外圍電路、強大的功能接口、良好的圖像效果、靈活的Sensor選擇，也使得無數(shù)的網(wǎng)絡(luò)攝像機廠家選擇了它，并確立了TI在安防網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機編碼芯片市場的主角地位。不過用戶對產(chǎn)品質(zhì)量及性能的要求是永無止境的，TI公司也適時升級了自己的SOC芯片，陸續(xù)推出與DM365硬件完全兼容的DM368、DMVA1、DMVA2等方案。下圖是DMVA2的主體架構(gòu)：

DMVA2與DM368的架構(gòu)基本相同，只是在DM368的基礎(chǔ)上增加了一個視頻智能分析協(xié)處理器，使其擁有了強大的智能化功能。這里，結(jié)合全景數(shù)字的IPC-5201-C高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機的功能，簡單介紹一下DMVA2方案的特點和能力。

IPC-5201-C機器整體小巧緊湊，接口齊全，整機功耗小于2.5W。利用整體結(jié)構(gòu)散熱的外殼設(shè)計，使其適應(yīng)各種安裝環(huán)境。鏡頭接口采用C/CS的設(shè)計，支持自動光圈，用戶可以自配鏡頭，以滿足不同場景需求。電源供應(yīng)支持DC12VAC24V、PoE等方式。以太網(wǎng)供電（Power over Ethernet,PoE）技術(shù)，可以實現(xiàn)以太網(wǎng)信號和直流電源在同一以太網(wǎng)電纜系統(tǒng)中的傳輸，提升點位布置的靈活性，只要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間距不超過100米即可運用；同時，節(jié)省單獨的電源線敷設(shè)，減少工程量、減低成本。此外，IPC-5201-C具備SD卡本地存儲、音頻輸入輸出、雙向語音對講、報警輸入輸出、ICR日夜模式切換、支持自動電子快門等功能，同時預(yù)留了一個模擬輸出口，方便攝像機安裝調(diào)試。

DMVA2主體架構(gòu)圖

此款機型所采用的視頻技術(shù)，支持全幀率1080P輸出；應(yīng)用H.264 High Profile視頻壓縮技術(shù)，壓縮比高，節(jié)省傳輸帶寬和后端存儲空間；支持H.264 SVC技術(shù)，即使在丟包率大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，仍然能夠保證視頻質(zhì)量。目前安防行業(yè)通用的3大國際國內(nèi)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)：PSIA、ONVIF、GB/T 28181，也都在此款機型中得到完整的集成，可以無縫連接國內(nèi)外各款主流的后端存儲設(shè)備或中央控制系統(tǒng)（平臺）。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最大價值體現(xiàn)在其可能具備的事前預(yù)警、事中關(guān)注能力方面，而要實現(xiàn)這樣的能力就需要在系統(tǒng)中植入相關(guān)的智能分析能力。網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機作為一個承載智能技術(shù)的理想平臺，一旦加入針對生物（人、特定動物）與物體（汽車、指定形態(tài)的對象）的識讀算法軟件，就很容易實現(xiàn)單點智能拍攝，或與后臺分析系統(tǒng)結(jié)合形成分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)。使用DMVA2的這款攝像機正是因為能夠運行大量內(nèi)置的視頻檢測算法而成為智能型網(wǎng)絡(luò)攝像機，進而在道路、公安、倉庫、校園、醫(yī)院、社區(qū)、金融機構(gòu)等眾多場合得到安裝使用。這些算法包括：篡改檢測、對象記數(shù)、運動檢測、觸發(fā)區(qū)域偵測、流量檢測、人臉檢測、逆行偵測等，用于報警方面就可實現(xiàn)越界報警、遮擋報警、出現(xiàn)/消失報警等功能。

近年來，隨著無線互聯(lián)技術(shù)在安防行業(yè)應(yīng)用的興起，全景公司又在此款機型上加入了WIFI接口模塊，以滿足別墅、家庭、商鋪等場合以及一些不太方便布線的應(yīng)用場景（如：地下車庫）的需要，極大簡化了聯(lián)網(wǎng)施工的復(fù)雜性。

作為國內(nèi)為數(shù)不多的使用多個廠商芯片方案開發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機的產(chǎn)品供應(yīng)商，全景數(shù)字還使用海思和安霸的相關(guān)芯片產(chǎn)品。這里，也簡單地就此做些敘述，以期能從不同的角度對市場上的主流產(chǎn)品進行深入的理解。海思之前主要是做DVR市場，近兩年發(fā)力IPC領(lǐng)域，在IPC領(lǐng)域推出的產(chǎn)品頻率較高。集成其自主技術(shù)的ISP后的產(chǎn)品的性能是優(yōu)秀的，圖像質(zhì)量也不錯，但是稍遜于同級別的TI方案。作為國內(nèi)方案廠商，最大的優(yōu)勢是技術(shù)支持比較到位，對開發(fā)者來說，做出一款產(chǎn)品相對容易一些。目前，海思芯片方案以其高性價比、良好的技術(shù)支持而被市場的廣泛接受，市場占有率正在不斷提升。作為傳統(tǒng)的DV方案提供商，安霸長期致力于滿足高端客戶的需求，在視頻圖像的壓縮、碼流、畫質(zhì)等各方面下足了功夫。其視頻圖像效果處理質(zhì)量方面的表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)秀，在低碼率的情況下是我們所用三家廠商目前方案中圖像質(zhì)量最好的。從安霸系的網(wǎng)絡(luò)攝像機廠家喊出“同樣碼流看效果，同樣效果比碼流”的口號也可以體會到其在編碼算法實現(xiàn)上自信。受其現(xiàn)行開發(fā)者支持策略以及價格方案的影響，安霸的目前市場份額還不是太高。

結(jié)束語

安防產(chǎn)業(yè)巨大的市場容量和可觀的利潤空間正在吸引眾多IT巨頭竟相挺進這一領(lǐng)域，高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字攝像機的相關(guān)芯片解決方案正呈現(xiàn)出技術(shù)日新月異、具體產(chǎn)品層出不窮的態(tài)勢。大浪淘沙，最后只有符合市場需求的方案才會被大家銘記；大多數(shù)的解決方案可能是曇花一現(xiàn)，還未進入市場即遭淘汰。作為一位安防人，我期待新一代高清編碼芯片王者的早日到來，并能鑄就超越TMS320DM36X系列芯片曾有的輝煌。