三芯飙技并进 共同演绎安防高清化大片

2012-09-28 19:29:06来源: 安防知识网 关键字:安防
    目前我国安防市场处于高增长状态,庞大的市场滋养了安防行业产业链的各个环节,以芯片为源头,衍生出各种产品、系统、解决方案,可谓百家争鸣。

    作为安防行业上游环节的芯片,其每一步改进都影响着安防产业的总体脉搏,决定了安防技术的级别。但高处不胜寒,能够进驻芯片产业的企业,可以说是屈指可数。目前国内活跃的芯片厂家主要有海思、TI、安霸、NXP(恩智浦)、ADI、升迈(智源),且大部分市场份额为海思、TI、安霸三家所占有,远不似摄像机、DVR市场的多方混战状态。

    逐鹿者少,阵容齐整

    作为本土企业的海思,在本地化支持上具有绝对性的优势,加之其产品简单的开发流程,在目前的安防嵌入式产品领域(DVR、DVS等产品)上占据绝大份额。其中Hi3515及Hi3520主打中低端市场,以多路DVR为诉求,是主打之一,业内采用者甚多,如蓝色星际的中低端产品目前采用的芯片便是以Hi3520为主。高端市场则主打Hi3531和Hi3532。Hi3531以D1/1080P/960H一体,针对多路D1和多路高清DVR、NVR的应用,支持4路1080p@30fps高清解码,多路高清显示输出,兼容DVR、NVR的特点使得原有DVR客户可快速推出相应的NVR产品系列。Hi3532则专门针对DVR应用,以SDI混合DVR为主诉求,可应对SDI方案的DVR产品,多片Hi3531与Hi3532间级联还可提供更强的编解码能力。据本刊顾问张淂福表示,这两款高端芯片意在通吃IP与SDI方案的DVR与NVR应用。业内如蓝色星际高端产品目前便以Hi3531为主。IP摄像机芯片方面,海思以整合了ISP的Hi3516、Hi3517主打高端百万像素IP摄像机,以Hi3507主打经济型720PIP摄像机。

    而作为老牌芯片厂商的TI,技术成熟,但对安防厂商的研发实力要求也高。在IP摄像机方面居于领先地位,经典的达芬奇系列在IP摄像机市场占据大份额。后继升级产品也在陆续推出,升级产品的主要改进在于图像处理方面,但由于支持力度及开发难度上的限制,应用范围主要在于智能分析领域。

    另外的老牌芯片厂商,安霸是以视频质量著称,在ISP及3D降噪上优势显著,例如艾普视达便是以安霸芯片为主要方案;NXP(恩智浦)最近推出的机顶盒的方案PNX84XX在中低端NVR及解码盒方面得到了一定的应用。

    台系企业目前在国内以升迈为代表,其面向主要是在中低端市场。DVR领域以8182T、8183T分别应对4路、8路的DVR产品;IP摄像机方面,8125支持720p@45fps,8126支持720p@45fps/1080p@22.5fps并整合ISP,合作方多为二三线的年轻厂家。高端芯片上有用于DVR的8187和用于IP摄像机的8128,在目前国内采用的比较少。

    而拥有芯片自主研发实力的摄像机厂家,所推出的芯片虽多为精品,如最近索尼的Xarina系列、安讯士的ARTPEC-4、松下的i5,但多为自用,市场应用上并未进入规模化。

    国内安防IP百万摄像机市场以高中低端看,海思已然冲击到TI的市场,部分台系芯片受到的影响也颇大,韩系芯片在国内的音量则已很微弱。从现有推新情况看,TI也在强化原有的芯片方案,而像升迈等厂商也在调整目标市场。随着SDI、960H不同高清方案的演热,相信今年芯片阵容还会有更多看点。

    ISP:芯片阵容演变重点

    ISP,即图像处理,主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理,主要功能有线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等,依赖于ISP才能在不同的光学条件下都能较好的还原现场细节,ISP技术在很大程度上决定了摄像机的成像质量。

    安防市场过去多使用CCD作为图像传感器,少有CMOS的身影。近年来,相对于已发展成熟的CCD停滞不前的状态,CMOS传感器随着技术发展已逐步打开被CCD独占的市场。但CMOS目前的技术与CCD相比,仍具有感光度低、信噪比高的缺点。这时作为CMOS和CCD摄像机中重要搭配零组件的ISP,因应CMOS的大量出货而引发的更多应用开发,以弥补CMOS在感光度低、信噪比高上的不足。随着人们对画质的关注,ISP已经越来越受到芯片商和摄像机制造商重视

    早年芯片市场素有ASIC、DSP之争,现今多家芯片公司基于ASIC或DSP开发出整合度更高、更加适合视频监控需求的片上系统——SoC。SoC将处理器资源、内存资源、编解码算法外围设备接口等都集成在单个平台上,将大部分功能固化,并对特殊功能需求模块化,以源代码方式给厂商,厂商根据不同应用需求进行二次开发,同时,还可以增加视频协处理器以及其他视频子系统,以强化视频图像处理能力。它综合ASIC、DSP两者优势,协助终端产品客户简化系统设计。不论选用何种芯片方案,可以看到主流芯片大多已整合ISP功能。

    集成ISP目前有多种方案,芯片集成ISP后对安防厂家的研发水平要求降低,并同时降低系统成本,随着芯片所集成的ISP功能的不断强大,已可满足大多数场合的应用需求。但对于寻求高端差异化发展的安防厂家来说,目前市场SoC上所集成的ISP并不能满足他们全部的需求,因此市面上也有集成ISP处理算法的DSP或FPGA芯片。据本刊顾问张淂福观察,ISP处理在WDR、DNR上有标准化的趋势,50dB/70dB宽动态组件搭配CMOS,在摄像机上已成为标准配备,如Nextchip、pixelplus等。

    三“芯”并进,冲刺高清规模化应用

    高清是不容置疑的未来大势,但从哪条道路上走向高清,行业中却是充斥着各种不同的声音。最早推出的网络高清,因为实时、带宽、存储、兼容、成本等问题难以在短时间之内规模化应用,推广覆盖速度未能达到行业的预期。如何从D1过渡到720P、1080P甚至更高百万级别,对于很多用户来说,都在寻找一种更经济的过渡方案。今年高清虽然已在多个行业试点应用,但多久才能实现规模化未可知,而且即便高清大量上马,不同市场必然还存在对不同画质的需求。对此,芯片商也有充分的考虑,相继推出HD-SDI、960H等高清方案,最终为用户、集成商等提供多种选择。

    主角一:IP方案

    IP百万高清无疑会成为最主流的选择,由于运算的复杂度非常大,对芯片可以实现的效能可谓无终点

    IP摄像机的末端核心压缩芯片CODEC主导了视频输出后传的条件,包括影像流量、码流数提供、处理CPU速度、画面延时差、视频帧数速度及耗热等。

    本刊顾问张淂福表示,CODECSoC这些方面的性能都与过去有很大不同,各厂商在变动码流与固定码流量压缩率方面有进步,过去720P的码流高达4Mbps,而1080p甚至达到8Mbps,现在IP百万在720p@30fps可以压在2-3Mbps,1080p@30fps压在6Mbps以下,大大减轻了传输的负担。

    从芯片供应角度看,海思Hi3516芯片的推出,其效能上的升级改进,让TI不再是高端百万IP摄像机的唯一选择,是否会有更多厂商选择海思还是值得关注的。

    综合本刊顾问张淂福对各重要芯片商的观察,我们了解到,市场上IP百万摄像机依图像传感器、编解码及压缩芯片的结构进行搭配,有以下主要方案。

    ·索尼/OV/Aptina+TI/安霸(或松下、安讯士、索尼等自有芯片);

    ·索尼/OV/Aptina+海思(Hi3516、Hi3517);

    ·Aptina/PIXIM+富瀚微/海思(Hi3507);

    ·Aptina/PIXIM+海思(Hi3507)。

    当然,半导体摩尔定律一直在提升性能,安防用的核心芯片一直在改进并不断有新的方案出台,芯片商也在不断调整产品规划,根据市场需求也有经典方案,但是变化随时会产生。以上四种方案只是就目前的观察而言。相对来说,上面四种方案后两者具备成本优势,OEM产品中多有应用。

    主角二:HD-SDI方案

    更好的画质,更低甚至可以忽略不计的延时,与原有模拟系统良好的兼容性,HD-SDI让大多数没有IP背景的工程商、集成商眼前一亮,引起了多家芯片厂商的注意,安霸、TI、海思等厂家都有加入HD-SDI芯片市场角逐,Gennum不再一枝独秀,促使HD-SDI芯片方案在结构及成本上出现差异化竞争。而ISP方案的推出,也让SDI摄影机厂商在组件上的选择更多,更好地体现了差异化。在此强调的是,我们对芯片的观察也不能停留在单一芯片上,而是整体的芯片方案,需要观察组件的搭配,以SDI摄像机来看,芯片、传感器及ISP(DSP)共同影响着其产品形式和成本。综合本刊顾问张福对各重要芯片商的观察,我们了解到,目前市场上主要有以下4种HD-SDI芯片方案。

    ·CMOS/CCD+ISP+Encoder

    第一种方案采用专用的ISP处理芯片和编码处理,该方案较灵活,采用专用的ISP芯片稳定性好,能够保证图像的质量,但非VLDS真实高清@60fps;

    ·CMOS/CCD+(ISP+CODEC)

    第二种方案采用集成ISP的编码芯片,该方案灵活性次于第一种方案,且集成的ISP处理芯片稳定性虽高,但图像质量一般、成本较高;

    ·CMOS/CCD+FPGA

    第三种方案采用FPGA等芯片实现信号处理及编码功能,该方案灵活性最强,但是稳定性差、成本最高、图像质量难于保证;

    ·CMOS/CCD+ISP+SDITx

    第四种方案采用专用的ISP处理芯片和SDI发射芯片,该方案较灵活,采用专用的ISP芯片稳定性好,能够保证图像的质量,可提供高清@60fps。

    由此可见,各种搭配都有优劣,更为优秀的画质是HD-SDI的重要亮点,从其芯片方案上也可以看到,HD-SDI中的ISP多由独立的芯片进行处理,而非集成到编解码器CODEC上。

    主角三:960H方案

    被业内称为模拟高清的960H方案由Techwell和索尼公司共同定义和开发,被视为高清的过渡方案而大受关注。960H内部组件多采用SonyEffioDSP+SonyHADSensor,Effio分为P、S、E三级,可搭配一般功能的SonyHAD-II,或具备WDR/BLC/DN功能的SuperHAD-II,或具备WDR+BLC+DN+Lowlight功能的ExviewHAD-II。

    本刊顾问张淂福表示,EffioE、S、P带动了芯片商960H的DSP,以及960HEncoder/Decoder的生产投入,960H摄影机的出现,令DSP市场再起波澜,而以WDR/BLC/DNR为标准配置的需求会带动DSP(ISP)的销售。可以看到,960HDSP与960HENCODER/DECODER是较新的发展芯片,而960H的竞争更多的被视为是DSP效能的竞争。

    目前韩日都有生产960HDSP,Nextchip也推出了NVP2180/2190及2080/2090的960HDSP成熟版。产品供应商也在投入960H的产品生产,代表性厂商如大华已推出960H产品系列。

    不过,960H的产品化和应用还存在诸多的不足。张福举例说明,960H(976x494NTSC)格式目前LCD都不支持,无法在LCD监视器全部显示。CRT监视器可以完整显示效果较好,但已少生产,960H在模拟录像下损失部分画面,可能影响证据完整性。因此960H在产品和应用后端方面还有诸多难题需要解决。

    FPGA风云再起

    在以上提及的多种高清芯片方案中可以看到,FPGA已被逐步应用并关注度日增。FPGA——现场可编程门阵列,通俗的讲,FPGA为可再程式化的芯片,即具备可编可读可改的性能,可反复使用,极具灵活性。此外FPGA为实际的平行架构,因此不同的处理作业并不需要占用相同的资源,每个独立的处理作业均将被指派至专属的芯片区块,不需影响其他逻辑区块即可自动产生功能。因此当新增其他处理作业时,原应用部分的效能亦不会受到影响。

    HD-SDI摄像机在设计时,除了要考虑到无压缩条件下庞大的数据量处理,还要对CPU性能进行评估,而并行数据处理正是FPGA的优势所在,适合于HD-SDI摄像机的视频处理应用。同时,之前FPGA高昂的价格也随着其制造技术的进步及行业的逐步应用而下滑,性能与价格的优势,让FPGA随着HD-SDI的发展,迈入更为快速的发展应用轨道。

    同质化下,安防厂家的个性化策略

    高清方案可选择性相对不多,以行业内安防厂家的数量之巨,在众厂家都使用同一种芯片的情况下,如何规避同质化是安防厂家所必须面对的一个问题。“由于目前安防芯片的严重同质化,做出特色、做出差异化成为了我们当前研发的主要难点,”蓝色星际技术开发项目经理龚向锋谈到。这是行业内品牌厂商的共同心声。

    对于中高端定位的安防厂家来说,针对芯片的二次开发能力非常重要。蓝色星际龚向锋表示,“我们以严格的研发管理要求和对客户反馈的及时跟进作为基础,以更好的用户体验和性能分配作为研发重点。例如在视频输出上的优化处理,基于硬盘断电丢失时间的严格要求而做文件系统优化,深入芯片底层进行一些独特处理。”

    二次开发的难点则主要在于对客户需求的理解。北京汉邦高科数字技术股份有限公司北京研发中心总经理艾奇提到:“我们要开发出更多的功能,但芯片资源是有限的,如何平衡客户需求和产品的性能,这方面需要一个很好的折中方法。”

    在规避同质化问题上,定制化被安防厂家越来越看重,但实现定制化并不容易,一是对客户需求的理解和评估,二是更好的原材料和生产掌控等。如果芯片商能予以重视的话,对于设备供应商无疑是强有力的支持。现在,供应商和芯片商互相绑在一起共同成长也并非没有可能,不过,对于绝大多数厂商来说,眼下更实际的还是充分掌握芯片资源,尽量争取上游支持,研发更有行业共性的产品。

    “结合用户的实际需求及应用,开发不同类型的产品,如在结构安装、外部接口、供电方式等方面开发行业定制类的产品。并根据不同芯片厂商在芯片的低照、清晰度、宽动态、编码效率、扩展性等功能的侧重性,开发不同针对性的产品,如索尼在低照度方面处理较好,我们在低照度摄像机方案可选用索尼,如Pixem在宽动态效果处理上有侧重性,我们可选择Pixem芯片开发宽动态摄像机产品。”深圳市景阳科技股份有限公司产品推广部经理罗琳介绍道。

    另外,四川艾普视达数码科技有限公司市场部范清华也认为:“虽然芯片和解决方案大同小异,但在产品模具、光学处理、3A控制、一体机对焦自动聚焦算法、扩展接口、应用功能开发、极端环境以及长期稳定工作等问题上,各个摄像机研发厂商还是有很多可以发挥的空间。”

    另一个角度,芯片商也开始思考芯片层面的定制化。但定制的芯片技术达到什么高度?站略合作伙伴如何选择?合作伙伴的具体数目及合作深度等,都是芯片厂家所必须考虑的,失之毫厘,差之千里。

    未来演进方向

    各厂家都在追求产品集成度的提升。现有芯片可以实现4路1080p高清码流,多路高清成为芯片发展的一个趋势;另外,在芯片上集成更多组件的功能也是一个趋势所在,SoCFPGA设计为人们所关注,SoCFPGA是整合了FPGA、实体处理器以及其他硬件IP组件的SoC芯片,在市场需求、技术成熟与商业竞争等因素推动下,在可见的未来里,众厂商在SoCFPGA设计上将大有所为。

    另一个孜孜以求的方向是智能分析。除了TI、海思之外,作为老牌芯片商ADI目前推出了针对安防监控系统推出的BlackfinBF60x处理器系列。

    据ADI处理器和数字信号处理器亚太区市场经理张铁虎介绍,其亮点之一是流水线视觉处理器PVP,PVP属于高性能视频分析加速器范畴,提供12个高性能,配置灵活的信号处理模块(卷积,缩放,算数等),支持各种常用算法,例如索贝尔(sobel),坎尼(Canny),拉普拉斯,阀值,直方图,积分,可用于加速多达五个并行图像算法,从而实现对象跟踪、检测和识别性能,以应对安防产业对智能分析识别的需求。

    在台湾升迈科技股份有限公司监控产品线产品与市场部经理郑顺发看来,云端安防也是市场的趋势所在,芯片商也应该根据市场的需求,提供效能更优异的影像编解能力来减轻云端服务器负荷

    此外,芯片商也在考虑提供更快速的视频图像编解码技术以减轻服务器的负荷,高集成度、高负荷之下必然带来高功耗,芯片商也在节能方面考虑较多,像TI亦有朝向节能芯片的趋势。

    面对越来越高要求的安防监控要求,具有更快运算处理速度、更高集成度、可应对更高复杂度的智能分析、更为强大的网络功能,并且更低功耗的芯片,已然是安防厂商共同关心的要素。虽然不可能有一颗芯片,可以十全十美的对应市场上的所有功能,但市场的期待总是芯片商努力的方向。

关键字:安防

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2012/0928/article_4822.html
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