基于Blackfin的無(wú)線IP視頻監(jiān)控解決方案

在當(dāng)前的國(guó)際金融危機(jī)下，視頻監(jiān)控是少數(shù)逆市增長(zhǎng)的行業(yè)之一。市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)ABI Research預(yù)測(cè)，2009年將有兩類電子產(chǎn)品持續(xù)快速增長(zhǎng)，其中就包括視頻監(jiān)控，特別是基于IP的視頻監(jiān)控應(yīng)用。據(jù)iSuppli公司預(yù)計(jì)，與視頻監(jiān)控應(yīng)用緊密相關(guān)的中國(guó)安防產(chǎn)業(yè)到2012年的營(yíng)收將從2007年的151億美元增長(zhǎng)到247億美元。

事實(shí)上，2008年全球視頻監(jiān)控市場(chǎng)銷售額實(shí)現(xiàn)了30%至40%的增長(zhǎng)，這主要得益于數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷成熟和政府對(duì)平安城市建設(shè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的投資拉動(dòng)。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控設(shè)備集中于金融、交通、公共設(shè)施等行業(yè)市場(chǎng)，隨著監(jiān)控設(shè)備的價(jià)格門檻越來(lái)越低，特別是無(wú)線IP視頻的規(guī)?；瘧?yīng)用，未來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)將逐步擴(kuò)展到各行各業(yè)乃至家庭用戶。

當(dāng)前3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在全球主要國(guó)家大面積部署，同時(shí)WiFi熱點(diǎn)日益普遍，基于無(wú)線寬帶的IP視頻監(jiān)控應(yīng)用即將呈現(xiàn)井噴之勢(shì)。無(wú)線IP視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建靈活而方便，可提供平安城市、應(yīng)急指揮、環(huán)保監(jiān)控、中小企業(yè)監(jiān)控、家庭監(jiān)控等面向不同目標(biāo)用戶的貼身解決方案。

目前，包括億維東方、合肥優(yōu)視等國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)方案提供商都將無(wú)線視頻監(jiān)控產(chǎn)品作為2009年的重點(diǎn)方向之一。此外，除了無(wú)線應(yīng)用的增長(zhǎng)發(fā)展趨勢(shì)外，隨著監(jiān)控應(yīng)用的規(guī)?；途W(wǎng)絡(luò)化，智能化將是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的另外一個(gè)必然趨勢(shì)。具有智能分析功能的新一代監(jiān)控系統(tǒng)將大大擴(kuò)展視頻監(jiān)控的應(yīng)用領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)的安防應(yīng)用外，人體行為(脫崗檢測(cè)、徘徊檢測(cè))和智能交通將開辟大量的新興應(yīng)用市場(chǎng)。

Blackfin解決方案滿足無(wú)線應(yīng)用更高功能和性能要求

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控應(yīng)用以行業(yè)用戶為主，采用MCU+ASIC方案，這類視頻監(jiān)控應(yīng)用通常實(shí)現(xiàn)低分辨率的視頻信號(hào)處理、基本控制和數(shù)據(jù)傳輸，圖像質(zhì)量較差，功能較單一。隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)步以及應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，更高的視頻體念、無(wú)線IP連接和智能分析功能發(fā)展趨勢(shì)使這類應(yīng)用方案正面臨性能捉襟見肘的尷尬。

無(wú)線傳輸與有線傳輸最大的差別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬不穩(wěn)定，基于DSP的方案采用軟件的實(shí)現(xiàn)方式，可以根據(jù)帶寬調(diào)整視頻的大小、碼流、幀數(shù)等，針對(duì)無(wú)線信道特點(diǎn)優(yōu)化視頻壓縮算法，因此無(wú)論網(wǎng)絡(luò)情況如何，都可以保障視頻的流暢，不像采用MCU+ASIC方案所常見的馬賽克和斷幀的現(xiàn)象。無(wú)線應(yīng)用通常由于環(huán)境更為多樣化，無(wú)線模塊本身也是功耗消耗以及散熱的大戶，甚至有些移動(dòng)應(yīng)用是電池供電，對(duì)處理器的低功耗有很高的要求。MCU+ASIC(或MCU+DSP)的雙處理器芯片架構(gòu)決定了其功耗對(duì)于無(wú)線特別是移動(dòng)無(wú)線應(yīng)用相對(duì)較高。

此外，隨著技術(shù)的進(jìn)步，基于IP的視頻監(jiān)控逐漸向包括高清特性的更高視頻體驗(yàn)的趨勢(shì)發(fā)展，而其結(jié)果是更復(fù)雜的算法，以及對(duì)主芯片的處理能力提出更高的要求。傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)基于像素分辨率為CIF格式，壓縮標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜度低，從而對(duì)主芯片的處理性能要求不高。但是隨著IP視頻監(jiān)控的迅速發(fā)展以及相關(guān)視頻標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)步，人們期待更高的圖像清晰度和更高的幀率，如D1（704×576）或者更高的清晰度。同時(shí)，隨著無(wú)線IP視頻監(jiān)控的流行，還需要考慮如何在傳輸過(guò)程中占用更少的帶寬，因此MPEG4和H.264正在成為主流。而這些更高的視頻信號(hào)分辨率和壓縮格式大大提高了對(duì)核心處理器的處理能力的需求。而傳統(tǒng)的MCU+ASIC的方案要實(shí)現(xiàn)更高清晰度的視頻，通常必須增加協(xié)處理器。

此外，人臉識(shí)別、運(yùn)動(dòng)物體主動(dòng)追蹤、人流統(tǒng)計(jì)等多種智能功能已開始逐漸廣泛商用。對(duì)于這類需要智能圖像分析的特定應(yīng)用來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)解決方案無(wú)法完成視頻分析所需要進(jìn)行的大量運(yùn)算處理，必須在MCU+ASIC之外增加協(xié)處理器，這種復(fù)雜的解決方案無(wú)論是BOM成本、功耗還是開發(fā)難度都不足取。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和分布式處理的要求，以及大規(guī)模工程安裝對(duì)成本、體積和功耗的限制和非標(biāo)準(zhǔn)化的智能視頻分析，使得具有軟件設(shè)計(jì)的靈活性和具有強(qiáng)大處理能力的DSP具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。

然而，單純的DSP處理器雖然具有非常靈活的處理方式，圖形處理功能也比較強(qiáng)大，但由于這類器件通常采用傳統(tǒng)的信號(hào)處理架構(gòu)，而并非為視頻監(jiān)控而優(yōu)化設(shè)計(jì)，因而通常會(huì)占用較多的系統(tǒng)資源，對(duì)于一些控制功能要求較高和碼率較高的場(chǎng)合同樣缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。

而以Blackfin為代表的匯聚處理器有效地解決了上述問(wèn)題，為音視頻標(biāo)準(zhǔn)不斷變化以及算法不斷改進(jìn)的無(wú)線IP視頻監(jiān)控應(yīng)用和智能視頻監(jiān)控應(yīng)用帶來(lái)福音。Blackfin處理器基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)(MSA)，它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號(hào)處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。這種特征的組合使得Blackfin處理器能夠在信號(hào)處理和控制處理應(yīng)用中均發(fā)揮出色的作用，兼具M(jìn)CU和DSP的優(yōu)點(diǎn)，極大地簡(jiǎn)化了硬件和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)任務(wù)?；贐lackfin處理器的方案利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻壓縮算法，這使得制造商能夠在不變更硬件的情況下適應(yīng)不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)、不同客戶的需求，以及滿足新型功能要求。

Blackfin處理器代表著新的16/32位嵌入式處理器，其獨(dú)特的架構(gòu)和內(nèi)置的4個(gè)8位視頻ALU以及針對(duì)視頻應(yīng)用定義的獨(dú)特指令都能非常高效地處理業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)視頻算法，非常適合無(wú)線IP視頻監(jiān)控這類需要匯聚處理能力的應(yīng)用。Blackfin的幾十個(gè)DMA通道和可靈活配置的高速緩存很好地滿足了視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)大運(yùn)算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的要求，十級(jí)流水線使得Blackfin有很強(qiáng)的指令并行執(zhí)行能力。此外，Blackfin支持ThreadX、Nucleus、uCOS-II和uCLinux等十多種嵌入式操作系統(tǒng)，為客戶提供了熟悉的軟件架構(gòu)基礎(chǔ)。Blackfin為高強(qiáng)度、高數(shù)據(jù)率的數(shù)字和媒體處理做了專門優(yōu)化，是理想的視頻處理器，具有極高的性價(jià)比。

此外，它的低功耗特性非常適合體積小巧的IP攝像頭，以及對(duì)功耗非常敏感的電池供電或移動(dòng)無(wú)線IP視頻監(jiān)控應(yīng)用。Blackfin處理器采用了多種節(jié)能技術(shù)：基于一種選通時(shí)鐘內(nèi)核設(shè)計(jì)，可按照逐條指令來(lái)選擇性地切斷功能單元的電源；支持多種針對(duì)所需CPU動(dòng)作極少期間的斷電模式；Blackfin處理器支持一種自含動(dòng)態(tài)電源管理電路，借助該電路即可對(duì)工作頻率和電壓進(jìn)行獨(dú)立控制，以滿足正在執(zhí)行的算法的性能要求；大多數(shù)Blackfin處理器都提供片上內(nèi)核穩(wěn)壓電路，并可在低至0.8V的電壓下工作。而Blackfin獨(dú)特的匯聚式處理架構(gòu)、90nm工藝等打下了其領(lǐng)先的低功耗處理的基礎(chǔ)，可以為無(wú)線IP視頻監(jiān)控產(chǎn)品提供最佳的性能功耗比。[!--empirenews.page--]

值得一提的是，無(wú)論是CDMA還是3G模塊，相比有線網(wǎng)絡(luò)而言，無(wú)線信道帶寬都較窄，碼率較低。而低碼率的視頻編碼器性能是一個(gè)最大的挑戰(zhàn)。在目前市面上的DSP、SoC、ASIC等方案中，盡管可支持D1甚至720P等大尺寸高碼流壓縮的方案很多，卻鮮有可支持低碼率（幾十至幾百Kbps）條件下的高質(zhì)量視頻編碼器或軟件庫(kù)。而ADI很早就開始這方面的工作并獲得用于實(shí)際產(chǎn)品的算法成果，已經(jīng)支持第三方基于Blackfin成功地開發(fā)出了完整方案。

典型應(yīng)用案例分析

應(yīng)用案例一：合肥優(yōu)視科技3G無(wú)線視頻監(jiān)控產(chǎn)品方案

合肥優(yōu)視嵌入式技術(shù)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱合肥優(yōu)視科技）的BVWVS2007 3G無(wú)線視頻監(jiān)控方案是該公司的成熟產(chǎn)品，該方案提供了豐富的功能特性，是無(wú)線視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)等產(chǎn)品的完整、成熟的解決方案，該方案采用了性能強(qiáng)大的雙內(nèi)核ADSP BF561處理器。

隨著并行處理的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，多核架構(gòu)已經(jīng)成為業(yè)界公認(rèn)的未來(lái)嵌入式處理器的主流，而BF561就是這樣的典范，該處理器目前已經(jīng)成為包括無(wú)線IP視頻監(jiān)控等中高端應(yīng)用的廣泛選擇。BF561具有兩個(gè)高性能DSP內(nèi)核、靈活的高速緩存架構(gòu)，以及增強(qiáng)的DMA子系統(tǒng)，適合執(zhí)行復(fù)雜的控制和信號(hào)處理任務(wù)，同時(shí)保持高速的數(shù)據(jù)吞吐率。此外，Blackfin處理器的動(dòng)態(tài)電源管理能力顯著降低整個(gè)功耗——這對(duì)采用BVWVS2007方案的電池供電產(chǎn)品來(lái)說(shuō)非常重要。BF561處理器使合肥優(yōu)視的BVWVS2007方案實(shí)現(xiàn)了可變分辨率及目標(biāo)跟蹤等高級(jí)特性，同時(shí)由于高性能及高集成度，在材料清單成本上也極具吸引力。在該方案中，BF561的雙內(nèi)核分別用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行uClinux嵌入式操作系統(tǒng)、用戶交互控制和視頻編碼算法等，該方案在CIF分辨率下利用H.264編碼實(shí)現(xiàn)了兩路視頻壓縮編碼，實(shí)現(xiàn)了雙碼流，一路低碼流用于無(wú)線視頻傳輸，另一路高碼流則本地存儲(chǔ)到SD卡/NAND/SATA硬盤，充分發(fā)揮了該處理器的雙核性能優(yōu)勢(shì)。在無(wú)線視頻監(jiān)控這樣典型的窄帶傳輸應(yīng)用系統(tǒng)中，Blackfin的H.264 編碼器在30~100kbps的低碼流下所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異的圖像壓縮效果，是目前最核心的競(jìng)爭(zhēng)力。

對(duì)于大批量的中端視頻安全監(jiān)控市場(chǎng)，性價(jià)比是最關(guān)鍵的因素。BF561處理器在強(qiáng)大的單芯片上實(shí)現(xiàn)了雙內(nèi)核的數(shù)字信號(hào)處理與控制處理的完美結(jié)合，不僅滿足了產(chǎn)品的性能目標(biāo)，同時(shí)也提高了解決方案的性價(jià)比。目前，該公司可以針對(duì)客戶的需求提供多種成熟的無(wú)線視頻監(jiān)控方案，包括針對(duì)單路CDMA、EV-DO、EDGE、TD-SCDMA、WCDMA以及WiFi無(wú)線局域網(wǎng)的H.264視頻監(jiān)控的完整方案以及4路的公交車移動(dòng)監(jiān)控DVR/DVS系統(tǒng)方案等。隨著中國(guó)的視頻安全監(jiān)控市場(chǎng)的需求不斷增長(zhǎng)，合肥優(yōu)視的BVWVS2007方案可以幫助中國(guó)無(wú)線視頻監(jiān)控制造企業(yè)快速引進(jìn)基于Blackfin處理器的成熟穩(wěn)定的先進(jìn)產(chǎn)品方案。

圖1：合肥優(yōu)視基于ADSP BF561的系統(tǒng)解決方案框圖。

合肥優(yōu)視科技有限公司市場(chǎng)經(jīng)理黃寧：“Blackfin處理器使合肥優(yōu)視科技的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了可變分辨率及目標(biāo)跟蹤等高級(jí)特性，并在單芯片上提供了無(wú)線視頻監(jiān)控所必需的H.264視頻壓縮編碼、雙碼流、傳輸和存儲(chǔ)，同時(shí)由于高性能及高集成度，在材料清單成本上也極具價(jià)格吸引力。”