高清網絡攝像機芯片方案對比之安霸與TI

文/蘇彬

高清網絡視頻監控發展到今天，市場也開始進入真正的高清時代，諸多的有實力的高清攝像機廠家的產品線也逐漸完善起來，高清網絡視頻監控的配套產品有更加豐富和成熟。與此同時困擾很多人的高清網絡攝像機與后端平臺或者與后端NVR互聯互通的問題也在逐漸迎刃而解，這得益于各個方案研發公司、生產廠家、平臺商、標準協議組織都不遺余力的在網絡攝像機協議對接這塊投入了大量精力，使得高清網絡攝像機與第三方設備或者軟件平臺的對接不在像早期那么尷尬?，F階段面向市場的高清推廣商以及用戶本身面對紛繁復雜的高清芯片方案、高清品牌，同時也被諸多的高清概念、產品宣傳弄得暈頭轉向。一些公司在產品導入階段感覺很多產品都不錯，但有時候細看有些又有很大的差距，反復琢磨后便會想到是否IPC的方案本身的差別呢？同行之間也經常討論目前哪一家的產品做得比較好，用的什么方案，資深一點的用戶在看到我們的高清網絡攝像機產品時偶爾也會提出疑問：你們的攝像機是用的什么方案？前段時間從相關媒體上還看到一則消息說在“安防之都”深圳搞了一個TI、海思、Ambarella高清方案的PK論壇。可見人們對高清網絡攝像機使用什么樣的芯片方案本身還是非?？释?。從某種程序來講，選擇一個合適的方案是很重要的，關系到后期產品面向市場的定位、推廣以及企業的根本發展。目前已知主流的高清方案有德州儀器（TI）、海思(HiSilicon)、安霸(Ambarella)、恩智浦（NXP）、升邁（GrainMedia）、Nextchip；本文著重介紹一下目前關注度比較高的兩個方案：TI 和Ambarella。為了讓大家更清晰的了解這兩家的高清方案的優劣勢，我將先從兩家方案公司簡單的背景介紹開始逐一為大家梳理。

公司背景介紹

TI是美國德州儀器的簡稱，總部位于美國德克薩斯州的達拉斯，是全球知名的半導體企業，主要從事模擬電路和數字信號處理技術的研究，其具有代表性的DaVinci- DM3x ARM9視頻處理器解決方案在安防行業有著廣泛的應用。TI成立之初是一家使用地震信號處理技術勘探原油的地質勘探公司，1951年更名為現用名的德州儀器公司，其后逐漸進入半導體市場。當安防領域的視頻監控從模擬階段發展到數字壓縮處理階段后，TI在安防視頻壓縮領域逐漸暫居主導地位。高清視頻監控領域有代表性的解決方案是DM355、DM365、DM368。

Ambarella于2004年由C-Cube Microsystems公司三位元老組建，總部位于加州的圣克拉拉市；公司中文名稱為“安霸”，安霸是高清視頻業界的技術領導者，主要提供低功耗、高清視頻壓縮與圖像處理的解決方案，在電視廣播市場，安霸技術也得到廣泛應用，大量來自世界各地的電視節目都經安霸芯片壓縮后傳送。在業界率先推出了基于最新H.264視頻壓縮標準的高集成SoC芯片，集成了各種關鍵系統功能，提供高性價比的高清整體解決方案，在H.264高清專業廣播編碼設備市場擁有近90%的市場?，F在已有多款DV/Hybrid Cam采用安霸芯片，品牌包括Kodak, SONY, Samsung等。安霸從最初將A2系列引入到安防視頻監控領域至今已經發布了成熟的A5系列安防高清IPC解決方案，而在國內能夠從A2到A5系列都有深入開發，有深厚技術積累，并能規模轉化為實用的高清視頻監控產品的公司屈指可數。

綜合評述：從兩家公司的背景和發展歷程可以看出，TI在半導體領域有強大的綜合實力，特別是在標清時代與海思、NXP（原飛利浦半導體）等壓縮方案的角逐中全線勝出，比如國內比較主流的?？?、大華等都與其有莫大的聯系。相比較而言安霸從歷史發展和規?？磥矶急容^年輕，屬于新生代，但安霸團隊有個明顯的優勢就是從一開始就專注于視頻壓縮技術與圖像處理解決方案的研究，早期的MPEG和現在的H.264高清視頻壓縮都注定了其純粹的高清視頻壓縮和圖像處理技術的血統。傳統的廣播編碼領域的深厚積累，到現在引入安防高清IPC解決方案都顯示出了無與倫比的先天優勢。

方案特性概述

盡管如此TI在2009年推出的DM365最高也還是只能支持到H.264的720P/30fps高清視頻壓縮，該系列作為TI入門高清級的壓縮方案在如功耗、編碼效率、畫質等方面的性能表現并不理想，但由于其TI在DVR時代的應用慣性，還是有很多高清IPC整合廠家選擇它，包括國內主流的大品牌。鑒于DM365的諸多缺陷，TI迅速推出DM368彌補在高清IPC解決方案上的差距，DM368可實現多格式的1080P/30fps壓縮，包括了H.264編解碼等在內；采用主頻為423MHz的ARM926ej-s處理器，整合了（hdvicp，mjcp）視頻圖像協處理器引擎；DM368已經可以支持H.264的1080P/30fps全高清壓縮，同時畫質和碼流方面有一定提升。

安霸目前提供給安防領域的方案主要有A2和A5系列，A2作為初期導入的一個系列在高清IPC領域名噪一時，早期高清市場唯一可做1080P全高清全幀率壓縮的高清IPC方案，其銳利的畫質和較低的碼流讓同時期很多其他同類方IPC方案望塵莫及；但A2作為初期導入的方案在功耗和多碼流方面有不足之處，所以目前已經全線過渡到A5系列。A5采用528MHz ARM11處理器，高清H.264和MJPEG視頻編碼引擎，并且集成了專業處理240MPixel/s圖像處理功能。其圖像處理引擎包含了增強的降噪處理、圖像增強濾波，以及電子防抖動等技術。A5s方案擁有多通道視頻編碼器，支持高達14MP像素的視頻編碼，先進的3D MCTF 降噪技術和寬動態處理功能，支持多達四路的視頻流（其中兩路視頻流可達1080P/30fps+800x600P/30fps）。采用了先進的45納米芯片工藝及豐富的I/O設備，可將A5s的eBOM縮減到最小，可讓產品適用于多樣化的外形，同時期低功耗這一特性被充分的展現了出來，其原有的銳利的高清畫質、低碼流、多碼流輸出等優勢也表現得更加優秀，保持了一貫的優勢。

綜合比較：TI和安霸都是采用ARM+視頻壓縮單元，都能做到1080P/30fps，都能實現H.264的高清壓縮，在目前高清壓縮方案中都是比較優秀的方案；但就單個高清IPC這一領域來說安霸更有優勢，這主要是由于TI更注重于傳統的監控市場，其主要目標是多路D1編碼，這也是TI的強項，同時由于DM365和368的主頻和性能比起安霸A5s系列來說要低，而且安霸一開始就專注于單個高清IPC方案的研究，沒有原來傳統多路標清市場的困擾，與DM365相比，早期的A2就已經可以支持H.264的1080P/30fps壓縮，而最新的A5系列還可支持4路碼流同時輸出（碼流可獨立調節），最高可支持3MP@20fps、5MP@12fps、10MP@3fps的視頻壓縮。在1080P模式下其功耗不到1W。在保持比較良好的畫質情況下1080P/30fps可做到2Mps的高效率網絡傳輸。

IPC方案主要技術規格比較

方案類型技術規格 安霸TI方案架構 ARM+視頻壓縮單元 ARM+視頻壓縮單元處理器 ARM1136J-S ARM926EJ-S主頻 528MHz 432MHz制造工藝 45納米 65納米編碼算法 H.264 BP/MP/HP Level 5.0/MJPEG H.264 BP/MP/HP,MPEG-4,MPEG-2,MJPEG,VC1/WMV9最高壓縮分辨率1080p,30fps碼流控制 1080P/30fps≤4Mbps,CBR/VBR/ConstantQP rate control 1080P/30fps≤6Mbps接口 主流接口都支持 主流接口都支持3A控制 支持 支持功耗 1080P模式下≤1W 未知Full HD 1920x1080@30fps+D1，3MP@20fps, 5MP@12fps,or 10MP@3fps

下表主要對兩個方案的主要參數做了比較，這里有必要強調一下，方案本身的技術規格雖然能體現一定性能優勢，但這種比較并不能決定選擇了誰家的方案就一定能做出優秀的產品。相信大家都能理解，高清IPC的外圍設計、產品的功能目標定位、產品市場的定位以及對高清IPC的經驗積累和技術沉淀都可能會左右最終產品的實際性能。舉個淺顯的例子，早期做TI365的有做的不錯的，也有很多廠家失敗的；安霸雖然方案本身優勢多一點，但由于是新切入安防市場的，很多沒有高清沉淀的廠家望而卻步，或者勉強做出來的產品千差萬別；再比如你配置臺式電腦，如果你只選擇了一顆頂級CPU，并不代表你這臺電腦就能有頂級的性能，因為還有主板、內存、顯卡、硬盤這些外圍呢？甚至不同的操作系統的選擇也會體現出不同的性能，這只是舉了個不是很嚴謹的例子，但能說明一定問題的。

實際應用優勢

安霸方案從早期A2做720P和1080P/30fps的H.264編碼只需要2Mbps和4Mbps的網絡傳輸碼流，而同期的方案在2Mbps碼流時長時間持續壓縮720P/30fps的話其芯片的發熱量和編碼出現異常的幾率很高，甚至有時候出現不能完成壓縮的現象。這是個很有意思的比較，因為當基于安霸方案的攝像機廠家在宣傳這個優勢時其他方案廠家也跟著宣傳，有點類似模式時代的參數跟風現象，但做不做得到只有用戶自己長時間測試過后才知曉其真偽。后來安霸體系的廠家又提出了同樣碼流看效果，同樣效果比碼流這些客觀的概念讓用戶能清晰的去辨別高清攝像機的綜合性能，這里說的效果當然是指畫質、解析度等綜合指標。

上面說到高清畫質、低碼流為網絡傳輸帶來了優勢，同樣低碼流為高清后端存儲解決方案也提供了至關重要的依靠；這里同樣有個基本的概念：就是前端攝像機高清視頻壓縮過后通過網絡傳輸回后端的視頻流大小決定了后端存儲投資的大小。高清網絡視頻監控在給用戶帶來震撼的視覺沖擊的同時，后端存儲投資收益不可忽視。同樣畫質的720P或者1080P，碼流每增加1Mpbs，那么后端的存儲硬盤等介質、以及存儲服務器等相應會增加，而這類投資稍微控制不好，整個系統的收益就會嚴重失衡，這時候有些廠家選擇就是強行壓低前端投資，但后端的造價一路走高，維護難度和實施難度也隨之增加；這種收益失衡很多時候用戶看不全，最后得到的是效果也沒預期的好，最終造價也沒達到預期的控制目標。

真正的高清不僅僅是做一個分辨率出來，高清實際上所涵蓋的意義應該包括優秀的色彩還原、真正的高清的解析度，而這些對于方案本身的3A控制技術是有相當高的要求。安霸在廣播視頻編解碼處理技術上的優勢自然的延伸到了安防領域，同時安霸編碼方案在H.264算法方面獨有的優勢讓其在低碼流、低延時穩定的網絡傳輸、真正的高清畫質等方面一直有較大的優勢。