如何設(shè)計基于H.264視頻編解碼SoC滿足高清DVR？

硬盤錄像機(DVR)作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件之一，在10年里高速發(fā)展，從模擬磁帶機的替代品演變成具有自己獨特價值的專業(yè)監(jiān)控數(shù)字平臺，并被市場廣泛接受。監(jiān)控系統(tǒng)伴隨DVR這些年的發(fā)展向著IP化、智能化發(fā)展。

根據(jù)行業(yè)用戶的需求，DVR由以下幾個方向需要被行業(yè)關(guān)注：1、DVR的編碼方式向更高壓縮效率的標準H.264發(fā)展;2、錄像分辨率從CIF(352*288分辨率) 向D1(720*576)、720P、1080P發(fā)展;3、現(xiàn)場監(jiān)控分辨率也從D1向HD高清發(fā)展;4、封閉子系統(tǒng)向開放IP架構(gòu)系統(tǒng)發(fā)展;5、更方便快捷的在海量視頻里面找到所需要的錄像。

基于對DVR產(chǎn)品的發(fā)展方向的理解，海思半導(dǎo)體推出Hi3520，以滿足日益迫切的高清DVR的需求。Hi3520是一款基于ARM11處理器內(nèi)核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器，是海思面向監(jiān)控行業(yè)的D1(720*576的分辨率)和百萬像素DVR市場推出的基于H.264解決方案。

如圖1所示，Hi3520采用雙ARM架構(gòu)運算能力高達1GHz，配合硬件加速引擎、圖像加速引擎，可提供H.264和MJPEG多協(xié)議編解碼，編解碼性能高達240fps @NTSC">D1@NTSC，能夠提供最佳的多路編解碼DVR方案;豐富的視頻輸入輸出接口(CVBS、高清VGA、BT1120)，最高分辨率@30Hz">1920*1080p@30Hz，能夠帶來更加清晰的畫質(zhì)和視頻體驗，真正實現(xiàn)了客戶對錄像和監(jiān)看的需求;片內(nèi)集成了包括數(shù)字視頻接口、USB2.0，GMAC、I2S、I2C、GPIO、SPI、UART、SD RAM、DDR等各種外圍接口，在滿足各種應(yīng)用場景的設(shè)備開發(fā)的同時，能大大降低了設(shè)備的BOM成本;同時具有的原始視頻級聯(lián)設(shè)計，可以通過多片級聯(lián)的模式搭配出各種規(guī)格和型號的DVR設(shè)備，大大提高了產(chǎn)品的開發(fā)速度，降低了設(shè)備廠家的研發(fā)資源投入。

由于DVR設(shè)備以同時錄像的通道數(shù)和錄像分辨率來區(qū)分規(guī)格，如4/8/16路D1/CIF等表示有6款DVR型號，再根據(jù)功能規(guī)格和成本差別如增加DVD刻錄、音頻數(shù)量等，可以分出數(shù)十款的產(chǎn)品，但是廠家又不可能為這數(shù)十款DVR同時開多個平臺，所以一個芯片平臺支持系列解決方案非常重要。

Hi3520芯片平臺方案特點

1、滿足標準H.264要求：Hi3520采用標準H.264 BP/MP編解碼算法，滿足DVR的編碼方式向更高壓縮效率的標準H.264發(fā)展;配合雙碼流設(shè)計，使得存儲成本和網(wǎng)絡(luò)傳輸成本分別比原來降低了30%~50%，大大降低了D1及高清DVR的普及障礙。

2、滿足高清錄像效果：很多被監(jiān)控場合對圖像質(zhì)量都有很高的要求的，如果發(fā)通緝令的照片、看清楚鈔票的面額、看清楚車牌等等。這使得高清監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為市場發(fā)展趨勢，D1普及甚至有高清720P～1080P的錄像需求。

Hi3520單芯片實現(xiàn)8路D1的編解碼性能，同時編碼性能還可以實現(xiàn)1080P以內(nèi)的各種編解碼分辨率，可以滿足系列DVR的需求，而且芯片帶有PCI帶有主從配置，可以非常靈活的實現(xiàn)芯片的增減，可以非常容易實現(xiàn)單芯片16CIF/4D1、2片8D1、3片12D1、4片16D1的同編同解高清混合DVR，所有的編解碼性能可以根據(jù)接入點模擬和IP攝像機的數(shù)量隨意搭配成規(guī)格和性能的產(chǎn)品。

在CIF(352×288分辨率) DVR時代，多片級聯(lián)的方案的關(guān)鍵點在PCI，由于PCI的帶寬是固定的，而預(yù)覽視頻的是沒有壓縮的原始碼流(數(shù)據(jù)量非常大)，一般PCI上跑2路D1的原始碼流已經(jīng)非常緊張。所以在高清時代，想通過PCI解決多片級聯(lián)時原始視頻問題是不現(xiàn)實的，Hi3520針對這個問題提出了原始視頻級聯(lián)通道技術(shù)，由于該技術(shù)的提出，使得多片方案級聯(lián)的時候，能保證高清的原始碼流能從各芯片傳到Video out口，以保證真實分辨率的效果。

3、更真實的高清實時監(jiān)控：實時高清晰的預(yù)覽圖像的能更真實的反饋遠端現(xiàn)場環(huán)境，這意味著系統(tǒng)能幫助用戶實現(xiàn)遠程圖像的高清晰集中監(jiān)控，實現(xiàn)有序的集中管理，以降低人員投入，降低管理成本。

現(xiàn)在的監(jiān)控室一般都會備傳統(tǒng)的矩陣和電視墻的模式進行監(jiān)控，受制于CVBS輸出的限制，輸出的圖像最大只能是D1分辨率。只看4路CIF視頻還湊合，但是監(jiān)控系統(tǒng)的視頻都超過4路，這樣一個大屏幕同時瀏覽8路或16路以上視頻其實是看不清楚的。新的監(jiān)控系統(tǒng)需要提升預(yù)覽的效果。

我們可以通過使用VGA或者HDMI等接口，把高清晰度的預(yù)覽圖像、回放圖像放到監(jiān)視器、電視墻上，一方面集中管理時，提高了每路視頻的清晰度，特殊場合還能實現(xiàn)高清圖像，滿足了用戶在實際工程中對圖像質(zhì)量的追求，同時也降低了系統(tǒng)的使用成本。CVBS接口的監(jiān)視器越來越難獲得，并且成本高，VGA接口的監(jiān)視器可以有效解決這個問題。

區(qū)別于VGA和HDMI物理接口概念，Hi3520提供了高分辨率的效果的數(shù)據(jù)流輸出能力，可以讓監(jiān)控系統(tǒng)通過VGA/HDMI接口來實現(xiàn)高清分辨率的視頻預(yù)覽和回放功能。

4、更方便快捷的找到所需要的錄像：7×24小時的不間斷工作，使得錄像數(shù)據(jù)成為海量，雖然有各種報警和智能措施的實現(xiàn)幫助大大降低了人工搜索的困難，但是在一組沒有報警的正常視頻里面尋找有用的信息也常常被用到，如何快速的在海量數(shù)據(jù)中找到需要的內(nèi)容被提到議題上。

Hi3520解決方案根據(jù)事件的發(fā)生與空間和時間有強綁定關(guān)系原則，搭建強大的多路同時回放、高清回放輸出功能，能幫助用戶快速在一個大屏幕把關(guān)聯(lián)空間的視頻在同一時間內(nèi)重新呈現(xiàn)出來，結(jié)合快進慢放功能，可以一次性把多路視頻調(diào)查完，找到需要的信息。大大降低了視頻的查詢時間。

5、封閉系統(tǒng)向開放IP架構(gòu)系統(tǒng)發(fā)展：監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不是那個一個臺設(shè)備錄像自稱系統(tǒng)的時代，統(tǒng)一的集中管理，持續(xù)的擴容需求，已經(jīng)是一個大型監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求。IP組網(wǎng)相對模擬聯(lián)網(wǎng)是最低成本的組網(wǎng)方式。而各分控中心與中心的聯(lián)網(wǎng)、分控中心里面各設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，他們都需要IP的組網(wǎng)，否則這些都對設(shè)備的兼容性、互通性提出了新要求。

Hi3520遵循電信全球眼3.0等標準，提供了標準壓縮算法，其具有高清的編解碼性能的靈活配置性能，配合優(yōu)化的GMAC網(wǎng)口大大降低了網(wǎng)絡(luò)交換對CPU的消耗，使得對接各種IP設(shè)備的能力大大增強，為混合型DVR管理多路數(shù)高清IP CAMERA提供強大支持。

本文小結(jié)

Hi3520是海思向監(jiān)控推出的第三代解決方案，它符合了監(jiān)控未來的發(fā)展方向，并更貼近了用戶的使用習慣和使用需求。繼承前2代監(jiān)控解決方案的積累，Hi3520SDK架構(gòu)在前兩代的基礎(chǔ)上大大加強新特性的應(yīng)用，客戶可以保持在Hi3511的產(chǎn)品上的85%s以上的API開發(fā)，只需增加15%的新功能開發(fā)量，就能推出新產(chǎn)品，大大保護了設(shè)備商的前期投資、加強了設(shè)備的可靠性、縮短了產(chǎn)品推出時間。[!--empirenews.page--]

圖1 Hi3520芯片架構(gòu)