繽紛“芯”時代，監控廠商如何做到“芯”中有數？——高清網絡攝像機芯片方案選擇要素淺析

前言

2013年10月29日，第十四屆安博會在深圳開展。如火如荼的安博會體現出安防行業的蓬勃發展，“高清”仍然是視頻監控領域炙手可熱的話題。如今，安防的高清應用呈全面普及、跨界發展之勢，基于高清、智能技術上的可視化管理應用的新安防時代已經到來，定制化智能高清方案將是新安防時代的典型特征。高清網絡攝像機是高清監控系統中重要環節之一，面對層出不窮的高清IP芯片解決方案，監控廠商應該如何選擇，才能定制出滿足用戶復雜、個性化的高清應用需求的高清網絡攝像機？

芯片架構知多少

在音視頻編碼芯片市場上有著DSP、ASIC和SOC之爭。SoC芯片的出現兼顧了DSP與ASIC兩家之長，彌補了兩者之短。SoC芯片即具有多處理器核心的單片集成系統，其集成有CPU主處理器，所集成的核心既可以是ASIC類的硬核，使SoC具備高性能、低成本、低功耗等特征，也可以是DSP或協處理器類的軟核，且集成有豐富的外設，保持了DSP的靈活性，解決了DSP芯片成本較高的問題。更由于SoC是面向特性應用的片上系統，結合硬件加速等技術可以實現H.264的高復雜度的算法運算，如High profile，并可針對視頻編碼方面進行優化，以實現最優效果。另外，高端的SoC也為視頻分析發展提供了更好的方案——智能算法可以被集成在與網絡攝像機的編解碼處理器上，這比早前將智能算法放在單獨一塊芯片上集成在產品中的方案更節省成本，開發難度也更小。因此SoC迅速成為編解碼芯片市場的主流。

目前市場上的高清網絡攝像機方案基本上有三種架構：

攝像機模組+SOC(DSP)

此方案以機芯作為圖像采集設備，配套ASIC或DSP進行編碼壓縮和傳輸。由于采用專業成像模塊，此方案優勢為開發難度相對較小，原始視頻圖像效果較好，整體產品效果一般取決于配套的壓縮傳輸模塊，主要指標就是壓縮后圖像的清晰度及實時性。缺點是由于鏡頭固化，開發者的配套自由度較小。

攝像機模塊+SOC(DSP)

此方案與第一種方案相似之處是均以攝像機模塊作為圖像采集設備，前端sensor和ISP已經整合，配套ASIC或DSP進行編碼壓縮和傳輸。而不同之處在于，此類方案的可操作部分較多，如鏡頭就可以自由搭配，還可以定制一些產品增值功能。該方案色彩還原和低照度等各方面的指標都處理得非常優異，適合掌握了網絡壓縮和傳輸技術且對圖像要求比較高的客戶使用。

SENSOR+SOC(DSP)

此方案采用圖像傳感器作為圖像采集設備，配套提供ISP的SoC芯片。這類方案具有明顯的成本優勢，成像效果主要取決于芯片廠商集成的ISP(如3A，寬動態等)效果。另外，此類方案比較靈活，可以根據方案的特點加以定制，如抓拍、低幀率、超大尺寸視頻等。

芯片性能匹配否

隨著高清網絡攝像機的應用普及，用戶的高清應用需求也愈發復雜化、個性化。如何滿足豐富的應用需求，對高清IP芯片的性能提出了更高的要求。

高像素、高幀率

目前，720p/1080p實時高清IPC已占據高清攝像機市場主流地位。然而在一些場景較大、且較重要的應用場合，如廣場、大廳等，還需要更高的分辨率以滿足對畫面細節的需求。在此次安博會上，已有不少廠家展示出800萬高清IPC，相信千萬像素監控的問世也不會遠。另外，在監控一些快速移動的物體，如高速公路上飛速的車輛、銀行點鈔機點鈔時，25幀每秒的幀率已經難以滿足需求，出現了對高幀率攝像機的應用需求，展會上500萬實時高清IPC、200萬60幀像素IPC的展出都吸引了不少用戶的目光，這都有賴于高像素的圖像傳感器及高處理性能的編解碼芯片才可實現。

低碼率、低延時、多碼流

高清網絡攝像機的高帶寬占用及高存儲成本一直為人所詬病，不過好在“低碼率“時代來臨了。現在，720p只需1-2M碼率，1080p只需2-4M碼率就可以獲得和以前同等質量的監控畫質，直接節省了一半甚至四分之三的帶寬和存儲成本。這得益于編碼芯片的性能提升到足以運行H.264的高復雜度編碼算法High profile。性能和運算速度的提升還能獲得更低的網絡延時，例如海康Smart IPC全系列產品延時均在200ms以內。另外，網絡環境和終端用戶需求日益復雜，例如用1080p@25fps來進行本地錄像存儲，同時可以用1080p@15fps遠程PC預覽，用4CIF@25fps手機遠程預覽，這要求IPC能同時輸出多路獨立碼流。

智能分析前端化

隨著監控攝像頭的增多、犯罪手法多樣化，智能監控勢在必行。以前，由于高清網絡攝像機編碼芯片性能不足，無法運行太多復雜的智能編碼算法，智能分析一般通過服務器上運行軟件來進行。服務器價格昂貴，這種方式無疑增加了整體監控系統的成本，也是導致高清監控“智能化”應用無法全面普及的重要原因之一。高性能編碼芯片的問世，讓智能算法前置成為可能，例如海康威視Smart IPC全系列產品支持跨界、區域入侵偵測，人臉偵測，畫面虛焦、場景變更偵測等智能分析功能，脫離后端服務器的支持，讓“智能”成為IPC的標配功能，而價格并未增加，因此可在不增加監控成本的條件下，提升高清監控效率。

芯片發展看今朝

視頻監控市場需求的不斷增長，帶動了視頻監控核心器件——芯片生產商的快速發展，芯片市場的競爭也異常激烈。高清攝像機中的SoC市場上常見的廠商有Ti（德州儀器）、Ambarella（安霸）、Hisilicon（海思半導體）、NXP（恩智浦半導體）、升邁（GrainMedia）、Nextchip等。據調查機構IHS統計，德州儀器是2012年網絡攝像機處理器市場占統治地位的制造商，其市場份額為76.2%。

各大芯片廠家積極研發新技術推出新產品，推動了高清IPC的飛速發展。高清IPC的芯片大致可以按工藝制程、ARM架構版本、支持ISP功能、編碼能力等屬性分為三代。

第一代

2007年TI推出的TMS320DM355以及海思的HI3512可以視為第一代高清IPC芯片的典型。兩種芯片均具備720p@30fps的編碼能力，海思HI3512支持H.264編碼，但未集成ISP處理模塊，因此只能選用一些具有圖像預處理功能的sensor。TI的DM355在處理器內部集成了ISP圖像預處理模塊，可以實現3A（自動白平衡、自動曝光、自動聚焦）等CMOS解決方案所必須的功能，可以無縫對接各類圖像傳感器，但只支持MPEG4編碼。第一代高清IPC芯片最終由于其網絡性能、圖像處理等方面的不足以及第二代芯片的及時推出而退出市場。

第二代

2009年，以TI的DM365/DM368以及安霸A5系列為代表的第二代高清IPC芯片推出市場。第二代芯片全面支持H.264編碼算法，720p@30fps以及1080p@30fps的編碼能力，整體編碼效率提升；在圖像處理方面，也都集成了ISP圖像處理模塊，圖像畫質有保證；值得一提的是，整體性能的提升使其已經可以初步支持人臉檢測等智能分析的功能。但高清數據的帶寬占用和存儲成本仍是高清攝像機發展的阻力，市場亟需更高的編碼效率以降低高清監控的成本。另外，在一些特殊應用場景，如低照度環境、逆光環境，高清IPC的適應能力以及處理算法仍有待完善。

第三代

隨著對高清IPC更高編碼性能以及智能分析功能的需求不斷提升，各大廠家在2012年左右又相繼推出了第三代高清IPC芯片。代表性的芯片有TI的TMS320DM385、安霸的S2、海思的Hi3518（A/C）/3516C以及恩智浦（NXP）的ASC885x/4xA等。第三代高清IPC芯片的編碼引擎有了全面的提升，TI的DM385以及安霸的S2采用的是主頻1GHZ的處理器，可支持3D降噪、寬動態等功能，且相比前兩代芯片，第三代芯片可以支持千兆網絡，支持多項智能分析功能，在編碼性能上均有很大提升，并可實現H.264下200萬60fps，500萬25fps的編碼性能。目前有實力的安防廠商已經推出了選用第三代高清IPC芯片的全新一代高性能IPC，例如海康威視的Smart IPC產品系列，搭載最新硬件平臺，結合自身沉淀多年的視頻編碼算法及圖像處理算法，具備智能編碼、智能偵測、智能控制三大技術集，旨在給用戶提供更優質的圖像效果，更豐富的監控價值，更便捷的操作管理，更完善的維護體系。

對于監控設備廠家來說，即使選擇同樣的芯片，仍然需要廠家對于外部輸入輸出接口、底層驅動、協議、ISP等進行配置和調試，而這些才是決定一個產品最終效果和性能的關鍵因素，也最能體現一個廠家的底蘊實力。海康威視根據自身產品定位以及不同廠家不同性能的芯片特點，博采眾長、揚長避短，提供符合市場需求的多系列網絡攝像機產品。

結束語

芯片市場百家爭鳴，百花齊放，這種良性競爭的局面推動著各大芯片廠家不斷推出更高性能、集成度更高的編解碼芯片，無疑也促進了安防產業的發展。最基本的功能、規格由芯片來完成并提供一個強大的平臺，這樣讓設備廠家能夠把更多的資源應用到研究、開發并為下游用戶帶來更多價值上來，從而推動產業向更深、更廣的范圍發展。

時刻關注用戶需求，提供更高的像素、幀率，更低的照度和動態范圍，更低的帶寬占用、更高的傳輸效率，以及更加智能的ISP算法的產品，滿足用戶個性化、多樣化的監控需求，才是每個監控廠家應當追求的終極目標。