TI智能高清網絡數字攝像機方案簡析

文/張沭田

網絡數字攝像機經過近幾年的發展，已慢慢為大家所熟知。在新的安防工程中仍然選擇模擬方案的幾率大大降低，網絡、數字、高清等概念已深入人心，漸漸成為安防工程建設的參考標準。伴隨著網絡化、數字化大潮席卷安防產業，模擬安防產品的市場占有率正在不斷萎縮。可以大膽預言：數字安防產品終將逐漸替代傳統模擬安防產品。作為一名長期從事前后端數字安防產品開發的技術人員，謹借此文談一些從研發網絡數字攝像機產品的親身經歷中獲得的體會。

網絡攝像機誕生于上世紀90年代中期，不過在后續的10余年中卻發展緩慢。客觀地講，網絡攝像機當初沒有被大規模應用的主要原因有四個：

1、當時全球網絡以窄帶為主，寬帶網絡尚未普及，中國的網絡帶寬資源更是極其稀缺。網絡帶寬低，限制了高質量的視頻傳輸。

2、落后的編碼方式需要占用大量的帶寬資源。當時是使用M-JPEG的非實時壓縮方式，后來MPEG-2的壓縮算法應用于網絡監控領域，但是仍然解決不了帶寬問題，直到H.264編碼方式出現后，帶寬問題才稍有緩解。

3、當時CCD的成像效果優良，但是其功耗大，價格昂貴；同期的CMOS芯片雖然價格便宜，功耗低，但是成像質量明顯遜色于CCD，市場難以接受。

4、可用于攝像機的集成了編碼功能的芯片屈指可數，且價格昂貴，開發難度較大，更無集成圖像信號處理器(ISP)模塊的SOC芯片。

隨著寬帶技術及其應用的跨越式發展以及其它相關領域突破性技術的出現，上述四點制約網絡攝像機發展的瓶頸被逐一解決。首先，網絡帶寬的大幅提高，使得高清晰度圖像的傳輸有了質量保證；其次，H.264編碼方式的成熟進一步降低了圖像傳輸對帶寬的要求；再次，CMOS技術日趨完善，其成像效果幾可與CCD相媲美；最后，也是最關鍵的一點，以TI SOC為代表、作為網絡數字攝像機核心的高性能編碼芯片的面市。

TI公司于2009年成功推出了面向便攜高清視頻應用的新型數字媒體處理器——基于達芬奇技術的SOC芯片TMS320DM365。該處理器延續了達芬奇家族中DM355的處理器構架，集成了一顆ARM926EJ-S內核、一個H.264高清編解碼協處理器HDVICP和一個MPEG-4/JPEG高清編解碼協處理器MJCP，以及ISP模塊，可以支持H.264/MPEG-4高清視頻編解碼。上海全景數字技術有限公司自2010年起，基于TI DM36X系列芯片持續開發并生產了IPC-520X-Y系列產品。

今天，市場上用于網絡攝像機的芯片方案眾多，主要有TI、海思、安霸、NXP、智源等。在與同行的交流過程中，我發現了一個非常有意思的現象：不少的網絡攝像機供應商都很喜歡將其用其它方案設計出的產品，與基于TI方案的網絡攝像機作對比。由此在我的心目中留下了這樣一個印象，TI的產品在整個安防行業中具有指標性的地位。

對一款性價比高的網絡數字攝像機來說，合適的圖像傳感器(sensor)選用十分重要。數字媒體處理器能夠為產品開發者提供足夠的sensor選擇空間是其能獲得成功的基礎。TI與眾多的sensor廠家皆有對接測試并提供相應的參考數據，如：Aptina、Omnivison、SONY等。這就為其方案應用者大幅縮短產品研發周期、快速適應和滿足時刻變化著的個性化市場需求提供了極大的方便。無論是從產品設計架構還是從各款產品面市的時間來看，可以說DM36X系列芯片在網絡數字攝像機的普及過程中功不可沒。同樣，相對合理的價格、簡單的外圍電路、強大的功能接口、良好的圖像效果、靈活的Sensor選擇，也使得無數的網絡攝像機廠家選擇了它，并確立了TI在安防網絡數字攝像機編碼芯片市場的主角地位。不過用戶對產品質量及性能的要求是永無止境的，TI公司也適時升級了自己的SOC芯片，陸續推出與DM365硬件完全兼容的DM368、DMVA1、DMVA2等方案。下圖是DMVA2的主體架構：

DMVA2與DM368的架構基本相同，只是在DM368的基礎上增加了一個視頻智能分析協處理器，使其擁有了強大的智能化功能。這里，結合全景數字的IPC-5201-C高清網絡數字攝像機的功能，簡單介紹一下DMVA2方案的特點和能力。

IPC-5201-C機器整體小巧緊湊，接口齊全，整機功耗小于2.5W。利用整體結構散熱的外殼設計，使其適應各種安裝環境。鏡頭接口采用C/CS的設計，支持自動光圈，用戶可以自配鏡頭，以滿足不同場景需求。電源供應支持DC12VAC24V、PoE等方式。以太網供電（Power over Ethernet,PoE）技術，可以實現以太網信號和直流電源在同一以太網電纜系統中的傳輸，提升點位布置的靈活性，只要網絡節點間距不超過100米即可運用；同時，節省單獨的電源線敷設，減少工程量、減低成本。此外，IPC-5201-C具備SD卡本地存儲、音頻輸入輸出、雙向語音對講、報警輸入輸出、ICR日夜模式切換、支持自動電子快門等功能，同時預留了一個模擬輸出口，方便攝像機安裝調試。

DMVA2主體架構圖

此款機型所采用的視頻技術，支持全幀率1080P輸出；應用H.264 High Profile視頻壓縮技術，壓縮比高，節省傳輸帶寬和后端存儲空間；支持H.264 SVC技術，即使在丟包率大的網絡環境下，仍然能夠保證視頻質量。目前安防行業通用的3大國際國內監控標準：PSIA、ONVIF、GB/T 28181，也都在此款機型中得到完整的集成，可以無縫連接國內外各款主流的后端存儲設備或中央控制系統（平臺）。

視頻監控系統的最大價值體現在其可能具備的事前預警、事中關注能力方面，而要實現這樣的能力就需要在系統中植入相關的智能分析能力。網絡數字攝像機作為一個承載智能技術的理想平臺，一旦加入針對生物（人、特定動物）與物體（汽車、指定形態的對象）的識讀算法軟件，就很容易實現單點智能拍攝，或與后臺分析系統結合形成分布式智能監控系統。使用DMVA2的這款攝像機正是因為能夠運行大量內置的視頻檢測算法而成為智能型網絡攝像機，進而在道路、公安、倉庫、校園、醫院、社區、金融機構等眾多場合得到安裝使用。這些算法包括：篡改檢測、對象記數、運動檢測、觸發區域偵測、流量檢測、人臉檢測、逆行偵測等，用于報警方面就可實現越界報警、遮擋報警、出現/消失報警等功能。

近年來，隨著無線互聯技術在安防行業應用的興起，全景公司又在此款機型上加入了WIFI接口模塊，以滿足別墅、家庭、商鋪等場合以及一些不太方便布線的應用場景（如：地下車庫）的需要，極大簡化了聯網施工的復雜性。

作為國內為數不多的使用多個廠商芯片方案開發網絡數字攝像機的產品供應商，全景數字還使用海思和安霸的相關芯片產品。這里，也簡單地就此做些敘述，以期能從不同的角度對市場上的主流產品進行深入的理解。海思之前主要是做DVR市場，近兩年發力IPC領域，在IPC領域推出的產品頻率較高。集成其自主技術的ISP后的產品的性能是優秀的，圖像質量也不錯，但是稍遜于同級別的TI方案。作為國內方案廠商，最大的優勢是技術支持比較到位，對開發者來說，做出一款產品相對容易一些。目前，海思芯片方案以其高性價比、良好的技術支持而被市場的廣泛接受，市場占有率正在不斷提升。作為傳統的DV方案提供商，安霸長期致力于滿足高端客戶的需求，在視頻圖像的壓縮、碼流、畫質等各方面下足了功夫。其視頻圖像效果處理質量方面的表現相當優秀，在低碼率的情況下是我們所用三家廠商目前方案中圖像質量最好的。從安霸系的網絡攝像機廠家喊出“同樣碼流看效果，同樣效果比碼流”的口號也可以體會到其在編碼算法實現上自信。受其現行開發者支持策略以及價格方案的影響，安霸的目前市場份額還不是太高。

結束語

安防產業巨大的市場容量和可觀的利潤空間正在吸引眾多IT巨頭竟相挺進這一領域，高清網絡數字攝像機的相關芯片解決方案正呈現出技術日新月異、具體產品層出不窮的態勢。大浪淘沙，最后只有符合市場需求的方案才會被大家銘記；大多數的解決方案可能是曇花一現，還未進入市場即遭淘汰。作為一位安防人，我期待新一代高清編碼芯片王者的早日到來，并能鑄就超越TMS320DM36X系列芯片曾有的輝煌。