优化视频监控的关键技术:电源管理、编解码、视频分析

2011-11-13 17:18:11来源: 电子系统设计

  IP视频监控近年已经逐渐走入我们生活的每个角落,无论是公共安全、交通、住宅、消费类产品、或是工业和商业建筑,都开始大量采用IP视频监控设备。对于IP视频监控系统的最终客户而言,他们主要关心三个方面:即系统整体成本;稳定性以及创新性。通过提升CMOS技术、电源管理技术、高级视频编解码器以及视频分析功能,德州仪器(TI)公司为在视频监控系统中实现更小的外形、更低功耗、更高性能提供了一条行之有效的途径。

  “未来IP摄像机的普及将进一步加速,对于混合型DVR的需求也会增多,视频大矩阵的应用将会更加广泛,IP视频监控产品则将加入更多视频分析功能。”TI半导体事业部 DSP系统业务部视频安全业务经理Cyril Clocher表示。鉴于上述发展趋势,TI能够提供大量基于IP的产品和相关技术。“我们保证产品在成本上是比较优化的;平台稳定性也较好,因为尽管TI有不同产品系列和平台,但都提供相同的IP。此外,我们会给客户提供一些智能分析功能,并利用DSP的灵活性给客户提供差异化选择。”


图1:TI嵌入式技术助力视频安全行业实现“绿色”发展。

  无论是多通道、百万像素摄像机或是HD技术,归根到底都会转化为对芯片的集成度要求越来越高,为了将更多的晶体管集成到更小尺寸的芯片上去,需要不断地提高工艺水平。从2002年的90纳米发展到现在的28纳米,TI在CMOS工艺上不断提升,才有可能使尺寸更小、更便宜的芯片成为现实。

  工艺的推进使得单芯片方案成为可能。片上DVR能够大幅减少电路板面积和功耗。过去,设计一个16路D1 DVR可能需要多颗芯片,而TI推出的DM8168单芯片将前端的采集和显示部分、视频协处理器、DSP核,以及ARM CPU主控完全集成在一个芯片里面,只需传统解决方案1/5的电路板面积,1/3的系统整体功耗和1/2的系统成本。“该芯片是业界唯一一颗可以实现16路D1编码、16路CIF网络传输,以及16路D1解码的单芯片方案。”Cyril Clocher强调。

  不过,强工艺也会对功耗带来巨大挑战。芯片的功耗由两个部分组成:动态功耗和漏电。随着工艺越高,速度越快,漏电会越来越大,导致整个系统的功耗很高。TI新的电源控制技术可以有效降低随着工艺提升而不断增加的功耗。SmartReflex技术首先通过动态控制整个系统对电源电压的要求来减少这种动态功耗,同时,当动态功耗减少以后,该技术通过降低较快工艺点上的电压来减少漏电,最终达到优化整个工艺中的功耗的目的。


图2:视频分析有助于优化视频流量、数据存储以及CCTV系统效率。

  对于视频监控而言,视频图像质量非常重要,因此视频编码器的效率是一个关键衡量标准。压缩效率可测量视频编码器实现一系列视频质量水平的效率。比特率越低,压缩效果越好。在相同视频质量下,H.264 HP可压缩比MPEG4 SP高出4倍的视频。利用这项技术可进一步优化视频流量和数据存储,降低拥有成本。例如,客户可使用250G磁盘驱动器取代1T磁盘驱动器,并仍然能够未所有视频获得相同的质量。目前TI所有的产品都支持H.264 HP,而市场上大多数产品仅能支持H.264 BP或MP。

  视频分析同样有助于优化视频流量、数据存储以及CCTV故障,包括智能动作检测、人数统计、摄像机篡改检测、触发区检测等。因此,无论是系统前端还是后端,加入视频分析功能都非常重要。例如,在一个并不繁忙的交通路口,当在没有任何运动发生的情况下,可以采用较低的分辨率度(如VGA0)、较低的帧率将这个场景记录下来;而在少数有车通过的情况下,通过视频分析的功能能够知道当前有运动发生,此时可以用720P30高清图像将出现运动时的场景拍下来,从而相比传统方式可以节省大量硬盘空间。

  从网络传输来讲,优化视频编码,还能够支持在同等图像质量下以最小码流来传输视频。由于现在市场上仍然有很多模拟摄像机,如果同时支持模拟摄像机和IP摄像机,实现最大限度的重复利用,就能够避免现有基础设施的巨大浪费。考虑到在相当长一段时间内模拟和数字摄像机将并存,TI的混合型DVR能同时支持模拟和数字方案。

  Cyril Clocher 指出,“TI的技术既支持前端视频分析,也支持后端实现,因为后端强大的DSP同样可以实现很强的视频分析功能。”他解释说,TI的前端解决方案有DMVA系列产品(现在已推出DMVA2版本)。如果客户需要更高级、更精确的算法,则可以利用DM64系列DSP,或通过81系列来实现后端的视频分析(无论是DVR、NVR还是DVS产品都已具备视频分析能力)。而与FPGA方案相比,他认为单芯片方式能够实现成本和功耗的最优化,视频分析处理也比FPGA更加灵活。

  TI现在有两大系列产品,即IP摄像机产品和后端的DVR、NVR产品。已经推出的参考设计包括前端DM8127参考设计(采用达芬奇DM812x+Aptina A10030 1000万像素CMOS影像传感器)和后端DM8168的DVR和NVR的参考设计(基于达芬奇DM8168+TVP5158多通道视频解码器的16通道混合DVR),这两款芯片都已经接受订货。

 

关键字:视频监控

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/1113/article_4173.html
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