缤纷“芯”时代，监控厂商如何做到“芯”中有数？——高清网络摄像机芯片方案选择要素浅析

前言

2013年10月29日，第十四届安博会在深圳开展。如火如荼的安博会体现出安防行业的蓬勃发展，“高清”仍然是视频监控领域炙手可热的话题。如今，安防的高清应用呈全面普及、跨界发展之势，基于高清、智能技术上的可视化管理应用的新安防时代已经到来，定制化智能高清方案将是新安防时代的典型特征。高清网络摄像机是高清监控系统中重要环节之一，面对层出不穷的高清IP芯片解决方案，监控厂商应该如何选择，才能定制出满足用户复杂、个性化的高清应用需求的高清网络摄像机？

芯片架构知多少

在音视频编码芯片市场上有着DSP、ASIC和SOC之争。SoC芯片的出现兼顾了DSP与ASIC两家之长，弥补了两者之短。SoC芯片即具有多处理器核心的单片集成系统，其集成有CPU主处理器，所集成的核心既可以是ASIC类的硬核，使SoC具备高性能、低成本、低功耗等特征，也可以是DSP或协处理器类的软核，且集成有丰富的外设，保持了DSP的灵活性，解决了DSP芯片成本较高的问题。更由于SoC是面向特性应用的片上系统，结合硬件加速等技术可以实现H.264的高复杂度的算法运算，如High profile，并可针对视频编码方面进行优化，以实现最优效果。另外，高端的SoC也为视频分析发展提供了更好的方案——智能算法可以被集成在与网络摄像机的编解码处理器上，这比早前将智能算法放在单独一块芯片上集成在产品中的方案更节省成本，开发难度也更小。因此SoC迅速成为编解码芯片市场的主流。

目前市场上的高清网络摄像机方案基本上有三种架构：

摄像机模组+SOC(DSP)

此方案以机芯作为图像采集设备，配套ASIC或DSP进行编码压缩和传输。由于采用专业成像模块，此方案优势为开发难度相对较小，原始视频图像效果较好，整体产品效果一般取决于配套的压缩传输模块，主要指标就是压缩后图像的清晰度及实时性。缺点是由于镜头固化，开发者的配套自由度较小。

摄像机模块+SOC(DSP)

此方案与第一种方案相似之处是均以摄像机模块作为图像采集设备，前端sensor和ISP已经整合，配套ASIC或DSP进行编码压缩和传输。而不同之处在于，此类方案的可操作部分较多，如镜头就可以自由搭配，还可以定制一些产品增值功能。该方案色彩还原和低照度等各方面的指标都处理得非常优异，适合掌握了网络压缩和传输技术且对图像要求比较高的客户使用。

SENSOR+SOC(DSP)

此方案采用图像传感器作为图像采集设备，配套提供ISP的SoC芯片。这类方案具有明显的成本优势，成像效果主要取决于芯片厂商集成的ISP(如3A，宽动态等)效果。另外，此类方案比较灵活，可以根据方案的特点加以定制，如抓拍、低帧率、超大尺寸视频等。

芯片性能匹配否

随着高清网络摄像机的应用普及，用户的高清应用需求也愈发复杂化、个性化。如何满足丰富的应用需求，对高清IP芯片的性能提出了更高的要求。

高像素、高帧率

目前，720p/1080p实时高清IPC已占据高清摄像机市场主流地位。然而在一些场景较大、且较重要的应用场合，如广场、大厅等，还需要更高的分辨率以满足对画面细节的需求。在此次安博会上，已有不少厂家展示出800万高清IPC，相信千万像素监控的问世也不会远。另外，在监控一些快速移动的物体，如高速公路上飞速的车辆、银行点钞机点钞时，25帧每秒的帧率已经难以满足需求，出现了对高帧率摄像机的应用需求，展会上500万实时高清IPC、200万60帧像素IPC的展出都吸引了不少用户的目光，这都有赖于高像素的图像传感器及高处理性能的编解码芯片才可实现。

低码率、低延时、多码流

高清网络摄像机的高带宽占用及高存储成本一直为人所诟病，不过好在“低码率“时代来临了。现在，720p只需1-2M码率，1080p只需2-4M码率就可以获得和以前同等质量的监控画质，直接节省了一半甚至四分之三的带宽和存储成本。这得益于编码芯片的性能提升到足以运行H.264的高复杂度编码算法High profile。性能和运算速度的提升还能获得更低的网络延时，例如海康Smart IPC全系列产品延时均在200ms以内。另外，网络环境和终端用户需求日益复杂，例如用1080p@25fps来进行本地录像存储，同时可以用1080p@15fps远程PC预览，用4CIF@25fps手机远程预览，这要求IPC能同时输出多路独立码流。

智能分析前端化

随着监控摄像头的增多、犯罪手法多样化，智能监控势在必行。以前，由于高清网络摄像机编码芯片性能不足，无法运行太多复杂的智能编码算法，智能分析一般通过服务器上运行软件来进行。服务器价格昂贵，这种方式无疑增加了整体监控系统的成本，也是导致高清监控“智能化”应用无法全面普及的重要原因之一。高性能编码芯片的问世，让智能算法前置成为可能，例如海康威视Smart IPC全系列产品支持跨界、区域入侵侦测，人脸侦测，画面虚焦、场景变更侦测等智能分析功能，脱离后端服务器的支持，让“智能”成为IPC的标配功能，而价格并未增加，因此可在不增加监控成本的条件下，提升高清监控效率。

芯片发展看今朝

视频监控市场需求的不断增长，带动了视频监控核心器件——芯片生产商的快速发展，芯片市场的竞争也异常激烈。高清摄像机中的SoC市场上常见的厂商有Ti（德州仪器）、Ambarella（安霸）、Hisilicon（海思半导体）、NXP（恩智浦半导体）、升迈（GrainMedia）、Nextchip等。据调查机构IHS统计，德州仪器是2012年网络摄像机处理器市场占统治地位的制造商，其市场份额为76.2%。

各大芯片厂家积极研发新技术推出新产品，推动了高清IPC的飞速发展。高清IPC的芯片大致可以按工艺制程、ARM架构版本、支持ISP功能、编码能力等属性分为三代。

第一代

2007年TI推出的TMS320DM355以及海思的HI3512可以视为第一代高清IPC芯片的典型。两种芯片均具备720p@30fps的编码能力，海思HI3512支持H.264编码，但未集成ISP处理模块，因此只能选用一些具有图像预处理功能的sensor。TI的DM355在处理器内部集成了ISP图像预处理模块，可以实现3A（自动白平衡、自动曝光、自动聚焦）等CMOS解决方案所必须的功能，可以无缝对接各类图像传感器，但只支持MPEG4编码。第一代高清IPC芯片最终由于其网络性能、图像处理等方面的不足以及第二代芯片的及时推出而退出市场。

第二代

2009年，以TI的DM365/DM368以及安霸A5系列为代表的第二代高清IPC芯片推出市场。第二代芯片全面支持H.264编码算法，720p@30fps以及1080p@30fps的编码能力，整体编码效率提升；在图像处理方面，也都集成了ISP图像处理模块，图像画质有保证；值得一提的是，整体性能的提升使其已经可以初步支持人脸检测等智能分析的功能。但高清数据的带宽占用和存储成本仍是高清摄像机发展的阻力，市场亟需更高的编码效率以降低高清监控的成本。另外，在一些特殊应用场景，如低照度环境、逆光环境，高清IPC的适应能力以及处理算法仍有待完善。

第三代

随着对高清IPC更高编码性能以及智能分析功能的需求不断提升，各大厂家在2012年左右又相继推出了第三代高清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芯片的编码引擎有了全面的提升，TI的DM385以及安霸的S2采用的是主频1GHZ的处理器，可支持3D降噪、宽动态等功能，且相比前两代芯片，第三代芯片可以支持千兆网络，支持多项智能分析功能，在编码性能上均有很大提升，并可实现H.264下200万60fps，500万25fps的编码性能。目前有实力的安防厂商已经推出了选用第三代高清IPC芯片的全新一代高性能IPC，例如海康威视的Smart IPC产品系列，搭载最新硬件平台，结合自身沉淀多年的视频编码算法及图像处理算法，具备智能编码、智能侦测、智能控制三大技术集，旨在给用户提供更优质的图像效果，更丰富的监控价值，更便捷的操作管理，更完善的维护体系。

对于监控设备厂家来说，即使选择同样的芯片，仍然需要厂家对于外部输入输出接口、底层驱动、协议、ISP等进行配置和调试，而这些才是决定一个产品最终效果和性能的关键因素，也最能体现一个厂家的底蕴实力。海康威视根据自身产品定位以及不同厂家不同性能的芯片特点，博采众长、扬长避短，提供符合市场需求的多系列网络摄像机产品。

结束语

芯片市场百家争鸣，百花齐放，这种良性竞争的局面推动着各大芯片厂家不断推出更高性能、集成度更高的编解码芯片，无疑也促进了安防产业的发展。最基本的功能、规格由芯片来完成并提供一个强大的平台，这样让设备厂家能够把更多的资源应用到研究、开发并为下游用户带来更多价值上来，从而推动产业向更深、更广的范围发展。

时刻关注用户需求，提供更高的像素、帧率，更低的照度和动态范围，更低的带宽占用、更高的传输效率，以及更加智能的ISP算法的产品，满足用户个性化、多样化的监控需求，才是每个监控厂家应当追求的终极目标。