DSP平臺全面推攝像機高清智能及網(wǎng)絡(luò )化

　　當數字信號處理器(DSP)開(kāi)始在圖像數字化中得到應用，人們就已開(kāi)始著(zhù)手設計數字照相機，盡管早期樣機無(wú)論是采集性能和分辨率都與實(shí)用還有較大距離。DSP平臺性能和功能的提高，數字視頻處理技術(shù)得到迅速發(fā)展，人們自然又把數字攝像機作為一個(gè)產(chǎn)品目標。當然要使之能夠實(shí)現還需要依賴(lài)于形成和完善相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈，特別是面向數字視頻監控的數字攝像機，因為這里不僅包含數字視頻壓縮標準的演進(jìn)，還有視頻前端的光電處理、音頻壓縮處理技術(shù)、數字網(wǎng)絡(luò )連接標準等等。當這些技術(shù)逐步成熟并實(shí)現產(chǎn)業(yè)化之后，新的需求又接踵而至，其中首先是高清化和智能化，然后就是更有效的網(wǎng)絡(luò )化互通互通。在這里將介紹和探討DSP平臺是如何全面推進(jìn)監控攝像機的高清智能及網(wǎng)絡(luò )化的歷程和趨勢。

　　基于DSP數字攝像機的前世和今生

　　作為DSP領(lǐng)先者的美國德州儀器公司(TI)在數字照相機應用方面同樣獨占鰲頭。首先基于TMS320C54x通用平臺上實(shí)現影像壓縮，然后將影像前端處理的分立器件集成為一個(gè)專(zhuān)用芯片，進(jìn)而把兩者合二為一并集成ARM7通用處理器，就是TMS320DSC2x系列通用數字相機平臺。這是TI為業(yè)界首創(chuàng )的單片影像處理體系架構(SOC)，之后又不斷提升該平臺的性能和功能，并成功推進(jìn)更新?lián)Q代。

　　與此同時(shí)，在通用DSP上實(shí)現數字網(wǎng)絡(luò )攝像機的嘗試始終沒(méi)有停止，而真正的突破在與TI的DSP專(zhuān)家采用C6211實(shí)現的MJPEG實(shí)時(shí)處理系統。雖然外圍還需要不少分立的期間，但是依賴(lài)于C6x高速并行處理能力，其視頻性能在業(yè)界處于優(yōu)異的水平。而其功能已經(jīng)可以滿(mǎn)足數字監控基本需求，并且系統較為當時(shí)的市場(chǎng)所接受，因此很快得到實(shí)際應用，其中在中國的產(chǎn)品化進(jìn)程并沒(méi)有落在國際之后。隨著(zhù)通用數字媒體處理器DM642的問(wèn)世，數字網(wǎng)絡(luò )攝像機集成度更高，而且可以支持實(shí)時(shí)H.264,并已集成視頻口和以太網(wǎng)接口。DM642對數字視頻監控的貢獻是劃時(shí)代，其成功不僅在網(wǎng)絡(luò )攝像機，還有數字視頻服務(wù)器、視頻壓縮卡、嵌入式硬盤(pán)錄像機等。

　　影像SOC的繼續創(chuàng )新表現在核心處理上集成協(xié)處理器，先支持影像后支持視頻增強能力;在控制器上由ARM7升級到ARM9;在前端處理方面也由影像提升到視頻功能等。至此，產(chǎn)品由DSC系列上升到DM270再到DM320和DM355.DM系列就是DigitalMedia,即數字媒體處理器的含義，該系列不僅支持JPEG靜態(tài)影響壓縮，還可支持MPEG-4實(shí)時(shí)處理，因此已經(jīng)是數字攝像機的理想平臺。將該器件擴展以太網(wǎng)接口就是網(wǎng)絡(luò )攝像機，而且DM355可支持實(shí)時(shí)MPEG-4達到分辨率為720P.由于這個(gè)體系有視頻前處理子系統VPSS,可以直接連視頻傳感器，由在主芯片上進(jìn)行ISP處理的可能，就是使得網(wǎng)絡(luò )攝像機達到一個(gè)更高程度的集成。

　　后來(lái)，沿著(zhù)DM642的軌跡有了稱(chēng)為"達芬奇"的DM644x系列，集成有ARM9、DSP和VPSS的SOC平臺，于是支持D1實(shí)時(shí)地H.264產(chǎn)品不少遷移到此平臺以提高集成度;再往后，沿著(zhù)DM355的足跡有了DM365,不變的是720P高清的性能，但已是支持H.264,而且有了以太網(wǎng)接口，前端也是名副其實(shí)的ISP單元。

　　總之，DSP啟動(dòng)了攝像機市場(chǎng)，就推動(dòng)了數字視頻監控市場(chǎng)的發(fā)展，而以此為核心的SOC又使這樣的推動(dòng)力向更高更新的技術(shù)領(lǐng)域邁進(jìn)。

　　高清智能化的技術(shù)趨勢及實(shí)現手段

　　到這里該談到當前數字視頻監控市場(chǎng)的迫切需求。眾所周知，視頻監控的使命就是保證安全，而其關(guān)鍵就在于要得到盡可能清晰的視頻影像。數字視頻與模擬視頻在D1分辨率下并沒(méi)有絕對的優(yōu)勢，所以720P或以上的高清才是其必由之路。1080P是高清數字電視標準的分辨率，也是許多高清數字監視器所支持的制式，因此高清數字視頻監控應用也期待著(zhù)能夠盡早實(shí)現，這將使現有數字監控系統達到一個(gè)新的水平。TI的DM368可支持H.264編碼達到1080P分辨率下每秒30幀，而且與DM365體系和管腳兼容，TI還有相應的數字網(wǎng)絡(luò )攝像機參考設計，可以加快客戶(hù)的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化進(jìn)程。

　　再有就是所有"監控"的更高境界就是不僅要能監視，還要能夠控制，特別是自動(dòng)地控制，這就是為什么對智能視頻內容分析的呼聲越來(lái)越高。然而，智能視頻的發(fā)展現狀又如何呢?其實(shí)，從DM642開(kāi)始，視頻內容分析技術(shù)就由基于PC機的后端處理轉向基于DSP的嵌入式前端處理，并且取得令人矚目的進(jìn)展。在達芬奇平臺上，智能視頻分析算法又得到了長(cháng)足的進(jìn)展，這不僅歸功于DM644x平臺，還得益于DM643x平臺的推廣。DM643x是以C64+的DSP核心為主，同時(shí)也由視頻前端VPSS,還有SPI和PCI接口，可以作為從處理器協(xié)同出處理器工作。針對C64+核心，TI開(kāi)發(fā)出一套名為VLIB的智能視頻處理基礎函數庫，其類(lèi)型多達五十多種，客戶(hù)只需調用就可開(kāi)發(fā)自己的智能算法，而且該軟件包是免費的。

　　至此，一臺高清智能化網(wǎng)絡(luò )攝像機的雛形已經(jīng)完成，如圖1所示。由于DM36x已經(jīng)免費捆綁了H.264、MPEG-4、JPEG和音頻語(yǔ)音算法，客戶(hù)需要做的工作就是在主控ARM9上開(kāi)發(fā)有特色化的應用程序，還有就是在ISP上進(jìn)行光電結合的獨特調試。至于智能化的性能，DM36x前端已有人臉檢測和視頻穩定的功能可啟用，若需要更多的功能不妨在智能視頻處理子板上開(kāi)發(fā)自己的算法或與第三方合作。目前已有許多廠(chǎng)商在該架構上開(kāi)發(fā)，不久將會(huì )有眾多的高清智能化的應用得到推廣。不過(guò)要有更廣泛的普及還有賴(lài)于智能視頻與網(wǎng)絡(luò )化更深層次的結合。

　　智能視頻與網(wǎng)絡(luò )化結合的必由之路

　　數字攝像機的智能化是按類(lèi)型，分階段來(lái)實(shí)現的。從應用領(lǐng)域來(lái)看，交通運輸、商業(yè)和銀行、政府職能部門(mén)為三個(gè)主要的應用，而這三個(gè)領(lǐng)域又都有分布較廣，監控對象相對密集而監控人員有限，因此適合于網(wǎng)絡(luò )化的數字監控產(chǎn)品，并且以采用高清智能化的網(wǎng)絡(luò )攝像機為優(yōu)選產(chǎn)品，這樣就可以依托于診-有的寬帶網(wǎng)絡(luò )系統。目前高端的網(wǎng)絡(luò )攝像機可以采用高清智能化的比例還很低，這主要還是過(guò)去采用的方案成本較高且不過(guò)靈活。如果采用前面討論過(guò)的典型設計將有可能使智能化的比例大大提高。為使IPCamera也有可能實(shí)現智能化而不增加太多的成本，TI新近推出DMVAx系列平臺，可以兼顧高清、標清，甚至模擬攝像機的應用，如圖2所示。