優化視頻監控的關鍵技術：電源管理、編解碼、視頻分析

　　IP視頻監控近年已經逐漸走入我們生活的每個角落，無論是公共安全、交通、住宅、消費類產品、或是工業和商業建筑，都開始大量采用IP視頻監控設備。對于IP視頻監控系統的最終客戶而言，他們主要關心三個方面：即系統整體成本；穩定性以及創新性。通過提升CMOS技術、電源管理技術、高級視頻編解碼器以及視頻分析功能，德州儀器(TI)公司為在視頻監控系統中實現更小的外形、更低功耗、更高性能提供了一條行之有效的途徑。

　　“未來IP攝像機的普及將進一步加速，對于混合型DVR的需求也會增多，視頻大矩陣的應用將會更加廣泛，IP視頻監控產品則將加入更多視頻分析功能?！盩I半導體事業部 DSP系統業務部視頻安全業務經理Cyril Clocher表示。鑒于上述發展趨勢，TI能夠提供大量基于IP的產品和相關技術?！拔覀儽ＷC產品在成本上是比較優化的；平臺穩定性也較好，因為盡管TI有不同產品系列和平臺，但都提供相同的IP。此外，我們會給客戶提供一些智能分析功能，并利用DSP的靈活性給客戶提供差異化選擇。”

圖1：TI嵌入式技術助力視頻安全行業實現“綠色”發展。

　　無論是多通道、百萬像素攝像機或是HD技術，歸根到底都會轉化為對芯片的集成度要求越來越高，為了將更多的晶體管集成到更小尺寸的芯片上去，需要不斷地提高工藝水平。從2002年的90納米發展到現在的28納米，TI在CMOS工藝上不斷提升，才有可能使尺寸更小、更便宜的芯片成為現實。

　　工藝的推進使得單芯片方案成為可能。片上DVR能夠大幅減少電路板面積和功耗。過去，設計一個16路D1 DVR可能需要多顆芯片，而TI推出的DM8168單芯片將前端的采集和顯示部分、視頻協處理器、DSP核，以及ARM CPU主控完全集成在一個芯片里面，只需傳統解決方案1/5的電路板面積，1/3的系統整體功耗和1/2的系統成本?！霸撔酒菢I界唯一一顆可以實現16路D1編碼、16路CIF網絡傳輸，以及16路D1解碼的單芯片方案?！盋yril Clocher強調。

　　不過，強工藝也會對功耗帶來巨大挑戰。芯片的功耗由兩個部分組成：動態功耗和漏電。隨著工藝越高，速度越快，漏電會越來越大，導致整個系統的功耗很高。TI新的電源控制技術可以有效降低隨著工藝提升而不斷增加的功耗。SmartReflex技術首先通過動態控制整個系統對電源電壓的要求來減少這種動態功耗，同時，當動態功耗減少以后，該技術通過降低較快工藝點上的電壓來減少漏電，最終達到優化整個工藝中的功耗的目的。

圖2：視頻分析有助于優化視頻流量、數據存儲以及CCTV系統效率。

　　對于視頻監控而言，視頻圖像質量非常重要，因此視頻編碼器的效率是一個關鍵衡量標準。壓縮效率可測量視頻編碼器實現一系列視頻質量水平的效率。比特率越低，壓縮效果越好。在相同視頻質量下，H.264 HP可壓縮比MPEG4 SP高出4倍的視頻。利用這項技術可進一步優化視頻流量和數據存儲，降低擁有成本。例如，客戶可使用250G磁盤驅動器取代1T磁盤驅動器，并仍然能夠未所有視頻獲得相同的質量。目前TI所有的產品都支持H.264 HP，而市場上大多數產品僅能支持H.264 BP或MP。

　　視頻分析同樣有助于優化視頻流量、數據存儲以及CCTV故障，包括智能動作檢測、人數統計、攝像機篡改檢測、觸發區檢測等。因此，無論是系統前端還是后端，加入視頻分析功能都非常重要。例如，在一個并不繁忙的交通路口，當在沒有任何運動發生的情況下，可以采用較低的分辨率度(如VGA0)、較低的幀率將這個場景記錄下來；而在少數有車通過的情況下，通過視頻分析的功能能夠知道當前有運動發生，此時可以用720P30高清圖像將出現運動時的場景拍下來，從而相比傳統方式可以節省大量硬盤空間。

　　從網絡傳輸來講，優化視頻編碼，還能夠支持在同等圖像質量下以最小碼流來傳輸視頻。由于現在市場上仍然有很多模擬攝像機，如果同時支持模擬攝像機和IP攝像機，實現最大限度的重復利用，就能夠避免現有基礎設施的巨大浪費?？紤]到在相當長一段時間內模擬和數字攝像機將并存，TI的混合型DVR能同時支持模擬和數字方案。

　　Cyril Clocher 指出，“TI的技術既支持前端視頻分析，也支持后端實現，因為后端強大的DSP同樣可以實現很強的視頻分析功能?！彼忉屨f，TI的前端解決方案有DMVA系列產品(現在已推出DMVA2版本)。如果客戶需要更高級、更精確的算法，則可以利用DM64系列DSP，或通過81系列來實現后端的視頻分析(無論是DVR、NVR還是DVS產品都已具備視頻分析能力)。而與FPGA方案相比，他認為單芯片方式能夠實現成本和功耗的最優化，視頻分析處理也比FPGA更加靈活。

　　TI現在有兩大系列產品，即IP攝像機產品和后端的DVR、NVR產品。已經推出的參考設計包括前端DM8127參考設計(采用達芬奇DM812x+Aptina A10030 1000萬像素CMOS影像傳感器)和后端DM8168的DVR和NVR的參考設計(基于達芬奇DM8168+TVP5158多通道視頻解碼器的16通道混合DVR)，這兩款芯片都已經接受訂貨。