走向成熟的智能數字視頻監控

　　隨著CMOS視頻傳感器技術的成熟和推廣，數字一體化攝像機將融合更多的影像處理技術，其中包括自動曝光(AE)、自動白平衡(AWB)和自動聚焦(AF)技術將有可能被掌握。隨著繼承有視頻前端的單片系統(SoC)的推出，不僅支持上述的3A功能，還有可以支持3D噪聲濾波、人臉檢測、LDC鏡頭校正和WDR寬動態等功能。與CCD圖像傳感器相比，由于CMOS圖像傳感器具備同等甚至更好的成像性能、更低的成本、更高的集成度、更低的功耗以及更高的速度，因此在網絡攝像頭領域的應用也日益增多。高速HD視頻攝像頭轉向CMOS圖像傳感器的原因之一是CMOS器件固有低功耗的特性。功耗較低的CMOS圖像傳感器還結合了數項節能功能，如門控時鐘(gated clock)設計、可變幀率，以及低待機電流，這些功能均可通過CMOS工藝技術來實現。

　　萊迪斯半導體的Douglas Hunter認為，視頻監控需要圖像傳感器有更多的像素以得到更好的場景定義，更好的微光性能，并能夠為HDR功能提供足夠的數據。關于市場趨勢，圖像傳感器將繼續從CCD轉變到CMOS技術。更高的兆像素傳感器將變得司空見慣。為了增強微光性能，更大格式的傳感器可能更為常見。像那些萊迪思伙伴的傳感器制造商將對傳感器從提供并行接口轉向串行接口，以便每秒從圖像傳感器送出更多的像素數據。

　　一個新興的發展趨勢是加入寬動態范圍 (Wide Dynamic Range, WDR) 功能，借助WDR功能，視頻監控攝像頭的放置就不再受到限制，幾乎可以放置在任何環境中，包括嚴苛的高對比度光照環境。Aptina用于監控市場的最新HD和全HD圖像傳感器解決方案都加入了統計引擎、3D立體攝像頭支持、感興趣區域 (region of interest) 和WDR功能，將更多的計算工作量從視頻分析引擎中卸載，讓攝像頭的算法可以提供更高的準確度和智能化水平更高的功能性。

　　媒體處理器百花齊放

　　回顧數字視頻監控的發展歷程，數字音視壓縮技術的發展導致了壓縮標準的制定，于是在高速數字信號處理器(DSP)上得以實現和應用。DSP得天獨厚的高性能和低功耗的軟件可編程的特性使之成為嵌入式數字音視頻壓縮的理想處理平臺，而在高速通用DSP芯片上集成多個視頻接口以及豐富的外圍接口，就成為數字媒體處理器。數字視頻監控產品的推陳出新得益于核心處理平臺的升級換代，其中數字媒體處理器發揮了重要的作用。單片的通用DSP可以很好地實現視頻數字壓縮或智能視頻數字分析處理工作，但還需要在外圍接視頻接口和前端或后端處理設備，因此系統比較復雜。

　　TI推出的第一顆數字媒體SoC對于數字視頻監控行業的影響極其深遠，從而開創了以創新大師達芬奇冠名一個系列媒體處理平臺。如圖2為數字視頻SoC集成結構，其中包含有ARM和DSP核心系統，還有視頻協處理器(VICP)，以及視頻處理子系統(VPSS)。

　　隨著監控行業對高清需求的增加，DSP一統天下的格局在變化。賽靈思公司亞太區市場及應用總監張宇清介紹，傳統的視頻監控由于對運算的要求不高，只需要DSP芯片即可。隨著智能分析和高清視頻監控成為主流，FPGA的優勢逐漸顯現。

　　智能分析的關鍵在于算法，需要大量的矩陣運算以及乘法器。通常有兩種方式來實現智能分析。一是，DSP+FPGA，FPGA作為協處理器，來彌補DSP在運算方面的不足。然而，雖然DSP在信號處理、監控方面具有優勢，但其通過執行串行指令進行處理運算、智能分析，一個時鐘只能執行一個指令。而FPGA是并行指令架構，可以在一個時鐘內執行幾百個指令。以運算速度來看，即使DSP的運算達到1G以上，FPGA的速度700M，但顯然，FPGA的并行處理仍然要遠高于DSP的串行處理。同時，FPGA帶有硬件乘法器和DSP核，具有高度靈活的擴展性，目前很多高端視頻監控設備已采用這一架構。二是，在DSP中嵌入硬核，用硬核做硬件加速器，但其彈性小，沒有擴展性，導致產品差異化低。

　　FPGA可以在復雜的像素處理方面替代DSP，如高性能視頻分析，各種圖像傳感器寬動態范圍壓縮，以及高精度圖像處理。對于高清視頻監控來說，FPGA的作用更是不可小覷。高清監控，數據流量非常大，需要更高的處理能力，并且還要提供自動曝光、高效的自動白平衡和高動態范圍等功能，傳統DSP已經難以應付，需要FPGA共同完成。

　　對FPGA在視頻監控領域應用非常看好的還有萊迪斯半導體。Douglas Hunter認為一個顯而易見的方法是從順序處理轉變為并行處理。例如，FPGA是并行處理器件，可以在每個時鐘周期比傳統DSP處理更多的數據。由于在每個時鐘周期能夠處理更多的數據，比如LatticeECP3系列FPGA可以使用較低的時鐘速度，因此消耗的功耗更少，而順序處理的器件需要更快的時鐘速度，因此消耗大量的功率。