走過(guò)2014年，2015年的安防行業(yè)充滿(mǎn)著機(jī)遇與挑戰(zhàn)。作為核心硬件設(shè)備的安防芯片也正在歷經(jīng)著技術(shù)的變革，無(wú)論從前端到后端均是如此。芯片技術(shù)的升級(jí)，最明顯的就是產(chǎn)品設(shè)備在性能上的突破?，F(xiàn)階段，在視頻壓縮技術(shù)、視頻處理技術(shù)以及智能化技術(shù)等方面都有明顯突破。本文將從DSP芯片技術(shù)與圖像傳感芯片技術(shù)兩個(gè)方面探討安防芯片技術(shù)的發(fā)展。

　　DSP技術(shù)的智能化新突破

DSP是Digital Signal Processor，意思是數(shù)字信號(hào)處理器，就是用來(lái)完成數(shù)字信號(hào)處理的器件。

數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。

新興應(yīng)用對(duì)DSP提出的特定需求安防稱(chēng)得上是在DSP應(yīng)用方面走在最前列的領(lǐng)域之一。它正在經(jīng)歷更新?lián)Q代過(guò)程，從以往用DSP進(jìn)行視頻編解碼的普通DVR，發(fā)展到實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別、車(chē)牌識(shí)別、包丟失處理、入侵偵測(cè)等功能。這些先進(jìn)的智能特性都需要通過(guò)DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)大量先進(jìn)的算法。如深圳富視安智能科技有限公司最新研發(fā)的視頻監(jiān)控設(shè)備智能分析、多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，就是一個(gè)典型的智能視頻監(jiān)控應(yīng)用。

多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)

多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、跟蹤、分類(lèi)，并分析目標(biāo)的行為，實(shí)時(shí)發(fā)送預(yù)警信息。當(dāng)存在威脅或檢測(cè)到異常活動(dòng)及某種特定行為時(shí)，即時(shí)發(fā)出預(yù)警。通過(guò)已獲得專(zhuān)利的算法檢查視頻中的每一個(gè)像素，并識(shí)別所有像素的變化。如果在一個(gè)區(qū)域有很多像素發(fā)生變化，該軟件就認(rèn)為這是一種移動(dòng)。根據(jù)預(yù)定的策略和預(yù)警信息，對(duì)實(shí)時(shí)視頻和記錄視頻中的移動(dòng)或變化的檢測(cè)會(huì)觸發(fā)多種警報(bào)接口，并轉(zhuǎn)發(fā)到蜂鳴或語(yǔ)音報(bào)警器、電郵或SMS信息，通過(guò)屏幕報(bào)警或其他行為以警示相關(guān)部門(mén)。

無(wú)論在室內(nèi)還是室外，甚至在光線很暗的情況下，多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)先進(jìn)的視頻移動(dòng)檢測(cè)功能能夠7×24小時(shí)內(nèi)連續(xù)不斷地精確檢測(cè)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)的速度、方向以及大小。該算法還可定制以滿(mǎn)足特定的安全需求。

多個(gè)圖像處理算法是電子警察系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能視頻監(jiān)控的關(guān)鍵。因此，信號(hào)處理性能是富視安智能科技有限公司在選擇處理器解決方案時(shí)的一個(gè)主要考慮。

公司的網(wǎng)絡(luò)高清高速球機(jī)被選為使用核心DSP技術(shù)解決方案。不僅提供了更好的性?xún)r(jià)比，還提供了獨(dú)特的雙核設(shè)計(jì)?？蓪D像處理任務(wù)和系統(tǒng)控制任務(wù)分開(kāi)在獨(dú)立的計(jì)算域中，獲得最穩(wěn)定的實(shí)時(shí)性能。網(wǎng)絡(luò)高清高速球能將現(xiàn)場(chǎng)情況拍攝并傳給NVR存儲(chǔ)等，允許用戶(hù)配置IVS并恢復(fù)對(duì)象和事件列表。

基于純DSP平臺(tái)的電子警察

基于純DSP平臺(tái)的電子警察系統(tǒng)，是嵌入式高清純視頻電子警察系統(tǒng)(它同時(shí)具備闖紅燈、卡口、監(jiān)控等多項(xiàng)功能于一體)，具備高清純視頻檢測(cè)車(chē)輛、號(hào)牌識(shí)別和紅綠燈狀態(tài)檢測(cè)功能，可抓拍控制部分實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)部分采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，分析違法過(guò)程，觸發(fā)拍攝部分進(jìn)行抓拍，壓縮記錄數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｄ壳?，行業(yè)幾乎都用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)硬件構(gòu)成，風(fēng)扇、Windows操作系統(tǒng)都是工控機(jī)存在的不穩(wěn)定因素。

富視安基于城市交通對(duì)電子警察的高標(biāo)準(zhǔn)需求，自主研發(fā)DSP嵌入式主機(jī)，采用最先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)，抓拍軟件固化到DSP硬件中，屬于純硬件抓拍系統(tǒng)，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，也大大提高系統(tǒng)的抓拍效力。中心違法后處理系統(tǒng)，安裝通用型電子警察處理平臺(tái)，平臺(tái)兼容闖紅燈系統(tǒng)、卡口系統(tǒng)、超速系統(tǒng)等捕獲的違法數(shù)據(jù)，不論是高清抓拍還是標(biāo)清圖片均可錄入違法系統(tǒng)中，方便一線干警實(shí)際工作，大大提高了工作效率。前端系統(tǒng)將違法照片自動(dòng)傳輸?shù)街付ǖ臄?shù)據(jù)服務(wù)器上，數(shù)據(jù)服務(wù)器端自動(dòng)接收數(shù)據(jù)并入庫(kù)。違法自動(dòng)抓拍系統(tǒng)集多種功能于一身，系統(tǒng)在實(shí)時(shí)記錄通過(guò)的車(chē)輛圖像時(shí)，判斷是否有違法駕駛行為(闖紅燈、軋黃線、逆行、違法變線等)，同時(shí)識(shí)別車(chē)牌號(hào)碼，并可測(cè)算車(chē)輛速度，數(shù)據(jù)傳輸可采用網(wǎng)絡(luò)、串口、USB等多種方式。調(diào)節(jié)攝像頭的光圈、快門(mén)等參數(shù)，保證抓拍圖像的視覺(jué)效果，如圖1、圖2所示?？蛇m應(yīng)清晨、正午、傍晚、夜晚、夕照、車(chē)輛大燈、陽(yáng)光直射、多云、以及雨、雪等天氣情況。有能力處理大流量情況，可以處理每小時(shí)車(chē)道流量在10000輛(每秒3輛車(chē))以上的極端情況。視頻檢測(cè)時(shí)間在5ms內(nèi)完成，號(hào)牌識(shí)別在50ms內(nèi)完成。系統(tǒng)高度集成，在原有闖紅燈抓拍的基礎(chǔ)上，拓展更多的功能，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備多臺(tái)功能，多臺(tái)設(shè)備單臺(tái)的價(jià)格。主機(jī)可實(shí)現(xiàn)闖紅燈及卡口監(jiān)測(cè)自由切換，即實(shí)現(xiàn)紅燈期間抓拍闖紅燈，綠燈期間抓拍所有車(chē)輛實(shí)現(xiàn)卡口功能。本系統(tǒng)的各種判別方式、識(shí)別算法均采用軟件實(shí)現(xiàn)，所以對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)換代，只需更換軟件，無(wú)需動(dòng)硬件。

圖1 車(chē)輛監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)

圖2 抓拍車(chē)牌信息傳送到平臺(tái)

DSP芯片尺寸始終是DSP的技術(shù)發(fā)展方向。當(dāng)前的DSP尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝，改進(jìn)DSP芯核，并將幾個(gè)DSP芯核、MPU芯核、專(zhuān)用處理單元、外圍電路單元、存儲(chǔ)單元統(tǒng)統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)DSP系統(tǒng)級(jí)集成電路，也就是當(dāng)前主流的單芯片解決方案，簡(jiǎn)稱(chēng)SoC。

H.265視頻編解碼技術(shù)帶來(lái)的變革

視頻編解碼技術(shù)決定了監(jiān)控設(shè)備的傳輸能力。當(dāng)前，H.264是主流的編解碼技術(shù)。不過(guò)，自從H.265出現(xiàn)后，其受關(guān)注程度可以說(shuō)是空前。

H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265 標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) H.264，保留原來(lái)的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時(shí)和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。具體的研究?jī)?nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯(cuò)誤恢復(fù)能力、減少實(shí)時(shí)的時(shí)延、減少信道獲取時(shí)間和隨機(jī)接入時(shí)延、降低復(fù)雜度等。

H.264由于算法優(yōu)化，可以4Mbps左右的速度實(shí)現(xiàn)高清數(shù)字圖像傳送;基本上安防數(shù)字產(chǎn)品已經(jīng)全部采用H.264算法，而新一代的H.265算法已經(jīng)在芯片企業(yè)的量產(chǎn)推廣階段，預(yù)計(jì)1-2年左右，H.265編碼格式將全面應(yīng)用于安防數(shù)字產(chǎn)品，更高的壓縮效率更低的編碼碼流，無(wú)疑又講推動(dòng)安防產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。H265則可以實(shí)現(xiàn)利用 1～2Mbps的傳輸速度傳送高清音視頻。安防行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品已經(jīng)普及，而網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控帶來(lái)的最直接影響就是高清數(shù)字圖像網(wǎng)絡(luò)帶寬瞬間暴增，存儲(chǔ)容量以PB級(jí)計(jì)算，如此大的帶寬需求及存儲(chǔ)需求，讓安防行業(yè)陷入了被動(dòng)，如何優(yōu)化編解碼技術(shù)、如何降低存儲(chǔ)技術(shù)。特別近年來(lái)，4K、高幀率等高清網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的出現(xiàn)，進(jìn)一步加劇了這一現(xiàn)狀，且高像素的編解碼技術(shù)，迫切需要 H.265 的支持。因此， 2015 年，H.265必將成為安防監(jiān)控行業(yè)的一大熱點(diǎn)話(huà)題。更低的帶寬占用量、更高分辨率視頻的編解碼能力、更優(yōu)的畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)，都讓 H.265 成為安防廠家的不二之選，呼聲一浪高過(guò)一浪。目前，華為已正式推出了Hi3516A的 H.265芯片，富視安智能科技已經(jīng)推出H.265編碼格式IPC和NVR，我們也將看到更多、更優(yōu)秀的H.265 產(chǎn)品。

圖像傳感芯片的進(jìn)步

圖像傳感器作為核心的成像元件，決定了前端視頻采集設(shè)備獲取的圖像質(zhì)量。從技術(shù)角度和像素發(fā)展角度而言， 主要的突破點(diǎn)集中在高靈敏度和低噪聲。

在目前的監(jiān)控用高清攝像機(jī)產(chǎn)品中，以130萬(wàn)和200萬(wàn)像素為主，且200萬(wàn)及以下像素的產(chǎn)品在傳感器方面以CCD、CMOS平分秋色，200萬(wàn)像素以上的產(chǎn)品則主要以CMOS為主，但總體而言，高清攝像機(jī)在低照度、寬動(dòng)態(tài)方面的表現(xiàn)仍有待提高，而CMOS Sensor的半導(dǎo)體工藝使低成本、高清晰度、大畫(huà)面的成像效果成為可能。

高靈敏度、高速、高信噪比、低噪聲、低照度、高動(dòng)態(tài)范圍、更強(qiáng)大的功能、更緊湊的尺寸是當(dāng)前圖像傳感器的主要技術(shù)發(fā)展方向。

就單像素尺寸的工藝發(fā)展,由之前的1/4、1/3、發(fā)展到現(xiàn)在1/2.8、1/2.9、1;低照度是每個(gè)安防廠商都注重的技術(shù)，低照度拍攝水平在不斷地提升，CMOS已經(jīng)達(dá)到甚至超越了CCD的低照度拍攝水平。這也是未來(lái)不斷發(fā)展和成熟的方向，隨著CMOS感光度的提升，未來(lái)的sensor基本上都具有低照度的性能。

傳感器的另一技術(shù)體現(xiàn)在于高速。未來(lái)的高清拍攝，甚至超高清4K2K的拍攝，都離不開(kāi)高速CMOS的支持，未來(lái)將從30fps的需求，到達(dá)60fps的視頻播放視覺(jué)需求。更高的幀速需要CMOS和高速讀出電路的支持，這兩方面也是要不斷改進(jìn)的地方。

傳感器的每一次技術(shù)改進(jìn)，都會(huì)強(qiáng)調(diào)靈敏度和信噪比這兩個(gè)參數(shù)，因?yàn)樗麄儧Q定了畫(huà)質(zhì)的評(píng)價(jià)。也通過(guò)改進(jìn)模擬噪點(diǎn)消除模塊和增加數(shù)字噪點(diǎn)消除模塊，同時(shí)改進(jìn)CMOS生產(chǎn)工藝，來(lái)達(dá)到更低的噪聲。

結(jié)束語(yǔ)

在安防的產(chǎn)業(yè)鏈中，處于上游地位的無(wú)疑是各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對(duì)安防芯片的設(shè)計(jì)和生

產(chǎn)具有關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，芯片廠商根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議設(shè)計(jì)出不同應(yīng)用類(lèi)型的芯片，如數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)和用于圖像信息采集的圖像傳感芯片(CCD芯片和CMOS芯片)。視頻監(jiān)控是目前安防行業(yè)芯片應(yīng)用量最大的領(lǐng)域。

視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)方面，安防壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)從MPEG4、H.264發(fā)展到如今的H.265標(biāo)準(zhǔn)，壓縮能

力逐步上升，這些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在市場(chǎng)上取得了巨大的成功，尤其是H.265已經(jīng)成為了安防乃至消費(fèi)領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，得以大量普及，特別是在高清領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2013年ITU組織更是推出了H.265標(biāo)準(zhǔn)，有望比H264的壓縮能力提高一倍。

硬件方面，自從視頻錄像數(shù)字化以來(lái)，芯片技術(shù)一直在不斷發(fā)展。早期的視頻壓縮采用的是PC機(jī)的CPU利用壓縮軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，存在著成本高、體積大、功耗高和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。隨著嵌入式芯片的發(fā)展，特別是國(guó)內(nèi)以海思為代表的廠商推出了Hi3516A等芯片，對(duì)高清和4K極高清的支持更上一層樓。這一系列安防芯片性能和功能的提升使得安防設(shè)備得以小型化并廣泛部署于前端，安防市場(chǎng)得以迅猛發(fā)展。

未來(lái)的安防將越來(lái)越精細(xì)化高清和寬動(dòng)態(tài)范圍低功耗，基本有一下幾個(gè)主要的方向：一是專(zhuān)業(yè)的公共安全，大型的國(guó)家級(jí)別公安系統(tǒng)使用的安防平臺(tái)產(chǎn)品，如富視安智能科技研發(fā)基于海思Hi3516A 的IP高清200W像素?cái)z像機(jī)BB78、BB63以及NVR等，使用富視安配套的產(chǎn)品還能實(shí)現(xiàn)智能視頻分析人臉識(shí)別和車(chē)牌號(hào)識(shí)別等功能;二是民用安防，富視安智能科技研發(fā)的K01可以用在看家，關(guān)注老人、嬰兒等并實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)互聯(lián)手機(jī)實(shí)時(shí)觀看。