視頻編碼芯片在數(shù)字視頻監(jiān)控中的作用

   視頻信號(hào)數(shù)字編碼后進(jìn)行傳輸或存儲(chǔ)，同模擬視頻信號(hào)相比，有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。視頻信號(hào)的數(shù)字編碼壓縮是有代價(jià)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(jìn)入實(shí)用化階段。由于滿足數(shù)字視頻監(jiān)控應(yīng)用需求的多樣性要求，采用SOC技術(shù)的視頻處理器（VIDEO PROCESSOR，有的也叫DSP）將在數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品中占據(jù)主流。

    一、專用壓縮芯片帶來(lái)數(shù)字視頻監(jiān)控市場(chǎng)

    在監(jiān)控應(yīng)用中，視頻圖象數(shù)字化是實(shí)時(shí)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(fèi)數(shù)十倍、甚至數(shù)百倍的時(shí)間進(jìn)行編碼壓縮）。視頻編解碼的運(yùn)算強(qiáng)度非常大，用原來(lái)的DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻編解碼幾乎不可能，壓縮算法的優(yōu)化技術(shù)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(yùn)動(dòng)估計(jì)（ME）、DCT模塊、格式轉(zhuǎn)換、變長(zhǎng)編解碼器（VLX）等來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編碼。由于圖象編解碼的復(fù)雜性，純硬件實(shí)現(xiàn)規(guī)模太大，幾乎是不可能的，必須借助強(qiáng)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(shuō)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(fù)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(méi)有發(fā)展到能夠?qū)崟r(shí)壓縮視頻信號(hào)的情況下，專用視頻壓縮芯片的出現(xiàn)，帶動(dòng)視頻模擬監(jiān)控轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhì)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)視頻壓縮算法程序。

    專用的視頻芯片都是為消費(fèi)類應(yīng)用設(shè)計(jì)的，將其應(yīng)用到監(jiān)控領(lǐng)域來(lái)，還存在一些其他方面的問(wèn)題：

    1、 消費(fèi)類使用是單一的視頻編碼，不會(huì)同時(shí)要求多路視頻同時(shí)壓縮，而監(jiān)控往往要多路視頻同時(shí)進(jìn)行壓縮處理。

    2、 消費(fèi)類連續(xù)使用的時(shí)間一般不長(zhǎng)，而監(jiān)控使用往往都是長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用。

    3、 消費(fèi)類使用往往需要對(duì)視頻圖象信號(hào)做后期處理，進(jìn)行編輯；而監(jiān)控系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是實(shí)時(shí)壓縮，在實(shí)時(shí)壓縮的同時(shí)還必須進(jìn)行一些必要的處理，如運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、時(shí)間發(fā)生器、LOGO標(biāo)識(shí)、水印等，這些處理都是前處理，這些輔助功能對(duì)壓縮產(chǎn)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(jìn)行的。

    4、 更為重要的差異是，消費(fèi)類使用不太需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整編碼參數(shù)，而在監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用中，強(qiáng)烈需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)整編碼參數(shù)，如幀率、圖象質(zhì)量、幀結(jié)構(gòu)等。

    同消費(fèi)市場(chǎng)相比，監(jiān)控市場(chǎng)太小，且監(jiān)控應(yīng)用的需求是多樣的，不可能用一款芯片滿足千奇百怪的應(yīng)用需求。芯片廠家也不可能為監(jiān)控市場(chǎng)開(kāi)發(fā)出一系列的芯片，而且芯片開(kāi)發(fā)周期很長(zhǎng)，成本代價(jià)太大，市場(chǎng)又在不斷發(fā)生變化，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度非常迅速，對(duì)監(jiān)控市場(chǎng)而言，等待集成了算法的專用視頻壓縮芯片成熟后開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，肯定跟不上市場(chǎng)的發(fā)展。曾經(jīng)在監(jiān)控領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的專用視頻壓縮芯片如W99200AF、Z1510、SM2210、SM2288、IVT15等，已經(jīng)不能滿足監(jiān)控市場(chǎng)應(yīng)用的要求。

    二、視頻處理器推進(jìn)數(shù)字視頻監(jiān)控市場(chǎng)

    隨著IC技術(shù)的進(jìn)步、處理器技術(shù)的發(fā)展，DSP、RISC、VLIW三種不同技術(shù)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(shù)。

    SOC技術(shù)發(fā)展非常迅速，VIDEO PROCESSOR已經(jīng)非常強(qiáng)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(nèi)部還有一些協(xié)處理器，如變長(zhǎng)編碼/解碼器VLX、運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)ME、DMA控制器、IIC控制器等，這些IP模塊的集成大大增強(qiáng)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(qiáng)，以及視頻編碼技術(shù)的不斷進(jìn)步，在DSP上開(kāi)發(fā)視頻壓縮軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的視頻壓縮成為可能。其中，開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)品的、基于通用DSP平臺(tái)的、高效率的視頻壓縮軟件，顯得非常重要。我們開(kāi)發(fā)通用的DSP的能力不夠，我們開(kāi)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(kāi)發(fā)出高效率的視頻壓縮軟件，并根據(jù)監(jiān)控市場(chǎng)應(yīng)用的需求，不斷增添新的功能。由于監(jiān)控市場(chǎng)的封閉性，視頻壓縮軟件可以不受標(biāo)準(zhǔn)的限制，可以及時(shí)吸納視頻編碼最新成果，以適應(yīng)市場(chǎng)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(fèi)類設(shè)計(jì)的，強(qiáng)調(diào)的是兼容性。因此，為了滿足監(jiān)控市場(chǎng)的需求，在視頻處理器上開(kāi)發(fā)定制的壓縮軟件，具有以下一些特點(diǎn)：

    1、 可以不受標(biāo)準(zhǔn)的限制，采納最新的壓縮技術(shù)，符合監(jiān)控市場(chǎng)的特點(diǎn)。比如，監(jiān)控是長(zhǎng)時(shí)間錄象，對(duì)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(yuǎn)程監(jiān)控很強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的功能，低網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，導(dǎo)致對(duì)低碼率的要求。有些應(yīng)用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)要求很低，要求低延時(shí)。因此，視頻壓縮軟件可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，為不同的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)不同的功能：可以以低碼率為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，可以以低延時(shí)為設(shè)計(jì)目標(biāo)。

    3、 根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和環(huán)境的變化，可以在壓縮過(guò)程中動(dòng)態(tài)地修改編碼參數(shù)，如圖象質(zhì)量、幀率、幀結(jié)構(gòu)等。

    4、 可以很方便地實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)疊加圖標(biāo)、字符串等，如時(shí)間信息、地點(diǎn)信息。

    5、 在很多監(jiān)控場(chǎng)合，還需要語(yǔ)音的壓縮，一般消費(fèi)類芯片支持的是聲音的壓縮，聲音的帶寬比語(yǔ)音的帶寬要大得多（語(yǔ)音在3400Hz以內(nèi)，聲音的帶寬從0~20KHz）。語(yǔ)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(duì)存儲(chǔ)差異不大，但在窄帶上傳輸來(lái)說(shuō)，顯得特別重要。