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高清视频芯片技术发展趋势分析

  随着近两年尤其是2010年高清视频监控产品的应用取得突飞猛进的发展,预计在接下来的1-2年,市场对高清产品的需求将呈现井喷的趋势,需求量的提升一方面会带来更高性能和更多功能的需求,另一方面也会带来差异化竞争的进一步加剧。而高清视频SoC作为最能影响到这两者的核心部分,其技术的演进和性能的提升对高清视频终端的市场状况起到决定性作用。
  一般的高清视频终端分为传感器、ISP、编码压缩或转换三个常见部分,部分高清相机还会包含一个智能处理器。
  1.传感器,指得是CCD Sensor或CMOS Sensor。主要作用是光电转换,将光信号转换为后端可以接收识别的电信号。
  2.ISP,即图像处理部分,2A(AWB/AE)或者3A(AWB/AE/AF)都在这里完成的。传统模式下一般采用一颗DSP或者一颗FPGA来完成对图像的后期处理。
  3.编码压缩或转换,传感器信号经过ISP部分处理后,一般以SMPTE296M/BT.1120等数字接口格式传输到后续的编码压缩或转换部分,处理成压缩后的TCP/IP信号或者非压缩的HD-SDI信号。
  4.智能视频分析部分,一般采用一颗单独的DSP来实现,通过该DSP实现视频分析功能,如行为分析、视频诊断、特征识别等,由于受算法性能有限和跨平台移植的难度等限制,目前这类产品应用较少。
  传统意义上,这几个部分是彼此分开的,不同的部分由不同的芯片来完成,随着技术的发展,越来越多的芯片厂商将后面的两个部分融合到了一起,这使得高清视频终端的集成度越来越高,在这一个以融合为趋势的大背景下,高清视频SoC在多业务融合上的技术发展将是最关键的点。
  在未来的1-2年,高清视频SoC在功耗、编码性能、ISP、智能分析、解码和显示几个方面的技术突破和发展状况将会深入影响到终端产品的发展。
  与以往的编码芯片一般处于后端的DVR/DVS不同的是,高清的编码和ISP芯片都处于前端摄像机部分。如果这些芯片的功耗较高导致发热量较大,DVR和DVS可以用加装散热片或者制冷风扇的方式来保证设备的正常工作,但是在摄像机部分采取这些措施显然不是最佳的选择,即使安装了这些设备能将整机温度降低,也无形中增加了故障点和维护成本。
  最理想的情况是高清终端本身的功耗降低到通过自然散热即可以稳定工作的程度。这一方面要求高清视频芯片本身功耗要更低,同时也要求其要求匹配的FLASH、DDR等周边芯片的功耗也要尽可能的降低。但是功耗的降低和性能的提升又是一个矛盾,编码能力为1080P的芯片会比编码能力为D1的芯片要求更高的功耗。如何解决这个问题,就取决于芯片厂商的在这方面的技术实力了。
  根据智能视频技术目前的应用情况,预计以下几类分析算法会最先在高清的前端产品中得到应用:视频诊断算法,主要用于判断前端设备的工作状态是否正常,是否有模糊、噪点、异常遮挡、视频丢失等异常情况;行为分析算法,主要用于对视频监控场景内的运动物体行为的识别和判定等;人脸检出和识别算法,主要用于对监控场景中人脸特征的检出、识别和对比;智能交通算法,主要用于交通违章管理,属于一类特定的行业应用。
  按照现在的状况,芯片厂商暂时还不具备成熟的条件直接在芯片中内置上述算法,比较可行的办法是在高清视频芯片中预留一颗较高主频的DSP或者ARM核心,开发者可以自己选择将上述算法中的某一部分或者全部移植到该DSP或者ARM上,形成带智能算法的智能相机。
  目前业界主要的芯片制造商都已经意识到高清视频芯片的整合化趋势,并投入大量力量进行新一代高清芯片的研发,不管是率先推出ASC8850的NXP和推出DM368的TI,还是即将推出Hi3516的海思半导体,都已经开始在高度融合的高清视频芯片上有所建树,同时也还有一些有影响力的IC厂商正跃跃欲试,相信随着芯片厂商的努力和推动,结合下游终端厂商的市场推广和用户需求的拉动,高度集成和高度融合的新一代高清视频芯片会取得越来越大的发展,并逐步成为一个成熟的产业。