視頻編碼芯片在數(shù)字視頻監(jiān)控中的作用

視頻信號數(shù)字編碼后進行傳輸或存儲，同模擬視頻信號相比，有不可比擬的優(yōu)勢。視頻信號的數(shù)字編碼壓縮是有代價的，壓縮成本的高低，決定系統(tǒng)的成本。 


      只有在單片視頻編碼芯片出現(xiàn)后，數(shù)字視頻監(jiān)控才進入實用化階段。由于滿足數(shù)字視頻監(jiān)控應用需求的多樣性要求，采用SOC技術的視頻處理器（VIDEO PROCESSOR，有的也叫DSP）將在數(shù)字視頻監(jiān)控產品中占據主流。 


一、專用壓縮芯片帶來數(shù)字視頻監(jiān)控市場 


   在監(jiān)控應用中，視頻圖象數(shù)字化是實時編碼壓縮的，這完全不同于VCD和DVD節(jié)目的制作（VCD和DVD節(jié)目的制作可以花費數(shù)十倍、甚至數(shù)百倍的時間進行編碼壓縮）。視頻編解碼的運算強度非常大，用原來的DSP來實現(xiàn)視頻編解碼幾乎不可能，壓縮算法的優(yōu)化技術還不成熟，必須在專用ASIC中借助一些特定的硬件加速器如運動估計（ME）、DCT模塊、格式轉換、變長編解碼器（VLX）等來實現(xiàn)實時編碼。由于圖象編解碼的復雜性，純硬件實現(xiàn)規(guī)模太大，幾乎是不可能的，必須借助強大的處理器完成。這便是專用的圖象壓縮芯片也需要下載微碼的原因，目前在使用的MPEG-1/2編碼芯片都存在微碼，所說的硬壓縮即芯片壓縮都是有處理器的。也正是這些壓縮芯片的出現(xiàn)，特別是單片編碼芯片的出現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)的復雜程度大幅度降低，成本也隨著降低，才使得視頻數(shù)字化監(jiān)控成為可能。在通用DSP或視頻處理芯片還沒有發(fā)展到能夠實時壓縮視頻信號的情況下，專用視頻壓縮芯片的出現(xiàn)，帶動視頻模擬監(jiān)控轉向數(shù)字視頻監(jiān)控。 


   視頻圖象處理芯片（VIDEO-PROCESSOR）除了處理器以外，在芯片內還集成了一些其它的IP（INTELLIGENT PROPERTY）模塊，如VIDEO IN、VIDEO OUT、AUDIO IN、AUDIO OUT等，有的還有圖象壓縮硬件加速模塊等。這樣的芯片，稱為SOC（SYSTEM ON CHIP），即單片系統(tǒng)。從本質上講，專用視頻壓縮芯片和通用視頻處理芯片都屬于SOC，差異是前者帶有固定的壓縮模塊、固定的處理方式和固定的微碼，后者需要監(jiān)控產品開發(fā)商開發(fā)視頻壓縮算法程序。 


   專用的視頻芯片都是為消費類應用設計的，將其應用到監(jiān)控領域來，還存在一些其他方面的問題： 


   1、 消費類使用是單一的視頻編碼，不會同時要求多路視頻同時壓縮，而監(jiān)控往往要多路視頻同時進行壓縮處理。 


   2、 消費類連續(xù)使用的時間一般不長，而監(jiān)控使用往往都是長時間連續(xù)使用。 


   3、 消費類使用往往需要對視頻圖象信號做后期處理，進行編輯；而監(jiān)控系統(tǒng)強調的是實時壓縮，在實時壓縮的同時還必須進行一些必要的處理，如運動檢測、時間發(fā)生器、LOGO標識、水印等，這些處理都是前處理，這些輔助功能對壓縮產品而言顯得也非常重要，這些處理都是在壓縮前或壓縮中進行的。 


   4、 更為重要的差異是，消費類使用不太需要動態(tài)調整編碼參數(shù)，而在監(jiān)控領域的應用中，強烈需要動態(tài)的調整編碼參數(shù)，如幀率、圖象質量、幀結構等。 


   同消費市場相比，監(jiān)控市場太小，且監(jiān)控應用的需求是多樣的，不可能用一款芯片滿足千奇百怪的應用需求。芯片廠家也不可能為監(jiān)控市場開發(fā)出一系列的芯片，而且芯片開發(fā)周期很長，成本代價太大，市場又在不斷發(fā)生變化，產品更新?lián)Q代的速度非常迅速，對監(jiān)控市場而言，等待集成了算法的專用視頻壓縮芯片成熟后開發(fā)產品，肯定跟不上市場的發(fā)展。曾經在監(jiān)控領域獲得廣泛應用的專用視頻壓縮芯片如W99200AF、Z1510、SM2210、SM2288、IVT15等，已經不能滿足監(jiān)控市場應用的要求。 


二、視頻處理器推進數(shù)字視頻監(jiān)控市場 


   隨著IC技術的進步、處理器技術的發(fā)展，DSP、RISC、VLIW三種不同技術的處理器逐步統(tǒng)一，現(xiàn)在的多媒體處理器融合了三種處理器技術。 


   SOC技術發(fā)展非常迅速，VIDEO PROCESSOR已經非常強大。視頻處理器集成了很多外圍電路，包括VI單元（VIDEO IN UNIT）、VO單元（VIDEO OUT UNIT）、AI單元（AUDIO IN UNIT）、AO單元（AUDIO OUT UNIT），內部還有一些協(xié)處理器，如變長編碼/解碼器VLX、運動預測ME、DMA控制器、IIC控制器等，這些IP模塊的集成大大增強了VP的處理能力，這些VP也是以DSP的名稱出現(xiàn)。 


   隨著DSP主頻的不斷提高，處理能力的不斷增強，以及視頻編碼技術的不斷進步，在DSP上開發(fā)視頻壓縮軟件，實現(xiàn)實時的視頻壓縮成為可能。其中，開發(fā)擁有自主知識產品的、基于通用DSP平臺的、高效率的視頻壓縮軟件，顯得非常重要。我們開發(fā)通用的DSP的能力不夠，我們開發(fā)專用的視頻壓縮芯片的能力也不夠，但我們可以在通用的DSP上，開發(fā)出高效率的視頻壓縮軟件，并根據監(jiān)控市場應用的需求，不斷增添新的功能。由于監(jiān)控市場的封閉性，視頻壓縮軟件可以不受標準的限制，可以及時吸納視頻編碼最新成果，以適應市場需求、滿足用戶要求為第一目的。而專用視頻壓縮芯片是為消費類設計的，強調的是兼容性。因此，為了滿足監(jiān)控市場的需求，在視頻處理器上開發(fā)定制的壓縮軟件，具有以下一些特點： 


   1、 可以不受標準的限制，采納最新的壓縮技術，符合監(jiān)控市場的特點。比如，監(jiān)控是長時間錄象，對低碼率的要求很高。因此，在視頻壓縮軟件中，第一追求的是高壓縮比。 


   2、 遠程監(jiān)控很強調網絡的功能，低網絡帶寬的限制，導致對低碼率的要求。有些應用，對網絡的延時要求很低，要求低延時。因此，視頻壓縮軟件可以根據不同的應用需求，為不同的應用實現(xiàn)不同的功能：可以以低碼率為實現(xiàn)目標，可以以低延時為設計目標。 


   3、 根據應用場合和環(huán)境的變化，可以在壓縮過程中動態(tài)地修改編碼參數(shù)，如圖象質量、幀率、幀結構等。 


   4、 可以很方便地實現(xiàn)視頻信號疊加圖標、字符串等，如時間信息、地點信息。 


   5、 在很多監(jiān)控場合，還需要語音的壓縮，一般消費類芯片支持的是聲音的壓縮，聲音的帶寬比語音的帶寬要大得多（語音在3400Hz以內，聲音的帶寬從0~20KHz）。語音壓縮可以采用G.729a、G.729、G.723、G.723.1等，壓縮碼流只有8Kbit/s、6.3Kbit/s、5.3Kbit/s，而聲音的壓縮碼流最低為16Kbit/s，一般都在32Kbit以上，這對存儲差異不大，但在窄帶上傳輸來說，顯得特別重要。 


   6、 支持“水印”技術，防止記錄文件被串改。 


   總之，在視頻處理器上開發(fā)自己的壓縮軟件，擁有自主的知識產權，能夠根據應用的實際需求做相應的編碼軟件的調整，意義特別重大：不再受壓縮芯片約束，可以自由的發(fā)揮。在視頻處理器（DSP）上實現(xiàn)視頻圖象的軟件壓縮編碼，正是國人的長處。國人互勉，抓住機遇，在日益增長的監(jiān)控領域，創(chuàng)立民族品牌。 


三、結束語 


   杭州海康威視數(shù)字技術有限公司是一家致力于研究視音頻編解碼核心技術、開發(fā)和生產自主數(shù)字視音頻壓縮產品的專業(yè)公司，作為國內在視頻處理器（DSP）上開發(fā)視頻編碼軟件的先驅，在多款視頻視頻處理器（DSP）上進行了非常有益的嘗試，已經取得了非常有意義的進展，目前推出的COIN DS-400XM和COIN DS-400XH兩個系列的產品，代表了監(jiān)控類數(shù)字視音頻編碼產品的發(fā)展方向。