DSP在网络摄像机DVR应用中风光独好

随着数字视频监控技术门槛的降低，不少专用视频编***芯片一经推出似乎就可以以解决方案方式提供给设备厂商。于是基于数字信号处理器（DSP）的可编程平台的主流数字视频监控的地位难免受到动摇，不少人质疑在未来的IP Camera/DVR的应用中还有多少市场？对此，只有全面而深入地了解数字视频监控未来的需求，以及以DSP为核心的通用媒体处理器的发展趋势，才能真正理解DSP在数字视频监控应用中的主导作用不但远没有减弱，而且还将在若干方向上起推进作用。

    众所周知，数字视频压缩技术的嵌入式应用取决于DSP的成功应用，由此催生了数字硬盘录像机（DVR）。DSP所实现的视频压缩和解压算法历经MPEG1、MPEG4到H.264的发展阶段，并不断有其它格式的需求，如WMV、AVS等。在标准有待完善的阶段，DSP所起得作用举足轻重。虽然近年来各种视频压缩专用芯片(ASIC)的推出，但不难发现ASIC的出现是呈波浪性的，且每一波的间隔时间稍长，而且每一波的面孔又不尽相同，因此视频监控制造厂家难免无所适从。如MPEG1 的ASIC其实是VCD芯片的变种，台湾公司捷足先登不足为奇；而MPEG4的ASIC与数码产品联系紧密，韩国公司呈现“韩流”也有情可原；到了H.264的ASIC，前两拨曾经的佼佼者几乎荡然无存，后起之秀似乎主要出于美国和中国大陆与台湾。纵观潮起潮落的变局，始终勇往直前而常盛不衰的是DSP平台，其制胜之处在于“以不变应万变”的软件可编程性以支持各种标准，以及不断“推陈出新”的处理器系统架构发展以适应各种市场需要。

    对于IP Camera应用，大概许多人都认为该是ASIC的天下了，因为数码相机市场不就是DSP占过先机但却没能守住阵地。不过在以数字视频监控为目的的IP Camera系统方案中，ASIC的综合功能尚未真正完善，基于DSP的通用媒体处理器单片系统的优势明显。IP Camera核心技术的表现其实已经由数字视频压缩编***转向两大关键技术，其一就是光学处理技术，其二就是智能技术应用。

    光学处理技术包含视频前处理，包括视频传感器（CCD或CMOS）控制器、前端视频缩放单元，以及柱状图H3A处理，即自动曝光、自动白平衡和自动聚焦

    视频后处理则包含屏幕图文叠加、视频编码器及视频数模转换器。作为通用数字媒体处理单片系统，不但可以集成包含上述视频前处理和后处理单元，还可以集成摄像机中的视频信号处理器（ISP），以构成视频处理子系统。依托于视频处理子系统的一项技术革新，就是视频噪声滤波器（VNF）,包括降低噪声突出细节、提高图像品质、低照度影响质量保证，以及提高视频编码效率的功能；另一方面的技术革新与智能视频处理相关，这就是先进视频稳定、人脸检测，还有人脸跟踪和识别。如图一所示为视频处理子系统中的革新技术。

                     图1 视频处理子系统中的革新技术

    当然，一些ASIC是可以做到上述部分功能，但是真正能够胜任全部这些功能者还非通用媒体处理单片系统莫属。TI的达芬奇就集成有这样的视频处理子系统，是一种强大的通用媒体处理单片系统，其中核心集成为ARM处理器和DSP核心或视频协处理器，因此具有很强的灵活性。所以IP Camera的应用中DSP的作用不可或缺，特别是在智能IP Camera应用中，可以增加一个通用DSP模块作为一个智能处理单元，并行运行各种智能视频算法。

    对于DVR应用，ASIC的势头有些咄咄逼人，但DSP的阵地依然稳固。目前基于以DSP为核心的通用媒体处理器应用仍极为广泛，特别是可以自由编程支持各种视频格式处理，还可以增加智能视频处理功能。智能技术应用是数字视频监控的一个重要发展方向。新型的通用媒体处理器集成有ARM作为主处理器，集成有视频协处理器实现视频压缩编***处理，集成有DSP核心承担智能视频处理工作。所以，在DVR应用中的DSP元素将成为特色化的标志。TI的达芬奇高清就是一个不断突破的通用媒体处理器单片系统，其以DSP主频为特征的标称已经由600MHz提高729MHz，再达到1GHz，这就不仅使单片处理能力由H.264四个D1编码到突破六个D1编码，再突破八个D1编码，而DSP性能提高带来了更大的增值空间，于是使得多通道DVR解决方案所实现的产品具有极高的性能价格比。

    面向未来的IP Camera/DVR应用，通用媒体处理器单片系统的体系架构将有重大的改进，DSP元素因此而将有更大的发挥空间。主处理器将有可能由ARM9一跃而为新能提高数倍的Cortex A8，视频协处理器性能极大提高，而DSP的核心可以为定点和浮点兼容。针对IP Camera的平台将有升级版的视频前端子系统，无论在光学特性上，还是图文字幕叠加上都有增强的功能，同时增加了二维和三维图形加速器。针对DVR的平台将集成有强大的视频前端编码器和后端数字高清显示单元，结合多个升级的视频协处理器，还有高性能DSP单元，该解决方案可以只用一个芯片支持十六个D1通道的H.264视频压缩格式的智能型DVR。

    总之，随着数字视频监控应用的普及，各类型视频产品类层出不穷，而各类可供选择的平台也在不断演化。ASIC将继续发展，但存在着延续性问题，应为当一种ASIC设计定型之后，其性能和功能也就固定，难以更改，除非再修改原设计，而这也需要一定的投入。作为产品规划，ASIC的设计由于延续性差，所以周期较长。而这些弱点对于以DSP为核心的通用数字媒体处理单片系统而言就不成为问题,因为该单片系统中的各个部件单元均成熟，且大部分都有通用器件；每个系列都有规模可伸缩的管脚兼容器件；充分的软件可编程特性使得系统开发更加得心应手。在新的市场环境下，作为DSP行业领导者的TI正在进行着深刻的通用数字媒体处理器体系和应用的革新，并且取得了令人瞩目的巨大进展，期待着这种进展将使得数字视频监控市场的风光常在。（本文由德州仪器半导体技术（上海）有限公司通用DSP业务发展经理 郑小龙提供）