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[導(dǎo)讀]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(lèi)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(xiāo)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(mén)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(kāi)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(lèi)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(lèi)應(yīng)用方案正面臨性能捉襟見(jiàn)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(jiàn)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(kāi)始逐漸廣泛商用。對(duì)于這類(lèi)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(kāi)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(lèi)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(kāi)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)。基于Blackfin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(lèi)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(zhuān)門(mén)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B(niǎo)lackfin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(kāi)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(kāi)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(chēng)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B(niǎo)F561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(pán),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(chē)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?!?br />

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