SOC技術(shù)在安防集成中的應用 - SOC芯片技術(shù)及在安防集成系統(tǒng)中的應用

　　3、SOC技術(shù)在安防集成中的應用

　　隨著安防視頻監(jiān)控技術(shù)由數(shù)字化向網(wǎng)絡化、高清化、智能化的發(fā)展，對安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)設備的融合集成要求越來越高。隨著微電子技術(shù)以及SOC芯片處理技術(shù)的不斷發(fā)展，從而可融合集成一個“單片系統(tǒng)”，進一步提高了產(chǎn)品集成度，降低了成本，為大規(guī)模網(wǎng)絡安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個更好的硬件平臺。這個SOC芯片，即是具有多處理器核心的單片集成系統(tǒng)，其中集成有CPU主處理器，所集成的核心既可以是ASIC類的硬核，也可以是DSP或協(xié)處理器類的軟核，甚至也包含其它的專用處理子系統(tǒng)，且集成有豐富的外設。由于SOC是面向特性應用的片上系統(tǒng)，結(jié)合硬件加速等技術(shù)可以實現(xiàn)H.264的高復雜度的算法運算，并可針對視頻編碼方面進行優(yōu)化，以實現(xiàn)最優(yōu)化效果。

　　SOC芯片從2006年開始就在視頻監(jiān)控設備中得到應用，它經(jīng)歷了CPU+DSP到CPU+ASIC的發(fā)展過程。CPU+ASIC在近幾年給DSP市場帶來了沖擊，它把視頻編解碼算法固化在芯片內(nèi)，集成豐富的外圍接口，并通過提供完善的開發(fā)工具，極大地降低了DVR、DVS、IPC等監(jiān)控設備開發(fā)門檻。

　　利用SOC的主要價值是它可以用較短的時間將產(chǎn)品設計出來，從而縮短產(chǎn)品的上市周期，有效地降低系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力。目前歐美市場的DVR廠商多采用SOC芯片方案；我國***的DVR廠商也多采用SOC芯片方案，華南地區(qū)的DVR企業(yè)也大多采用SOC芯片方案，華東、華北地區(qū)的DVR企業(yè)開始采用DSP芯片方案多一些，但隨著SOC芯片技術(shù)的日漸成熟，也逐漸采用SOC芯片方案。隨著產(chǎn)品集成度的提升，單路視頻壓縮處理的成本開始大幅降低，從而推動了安防視頻監(jiān)控技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化與規(guī)?；l(fā)展。

　　目前，很多半導體方案提供商都在走向SOC，致力于提高集成度，引入先進工藝，降低系統(tǒng)成本，改善系統(tǒng)性能以增強市場競爭力。每一代新的SOC都能更為有效地優(yōu)化和共享資源，增強各個子系統(tǒng)的協(xié)同工作能力，最小化成本、功耗，同時提高產(chǎn)品的可靠性?，F(xiàn)在，所有芯片供應商都將致力于使下一代SOC能進行1080PH.264HD編碼。

　　SOC不是簡單的一個芯片，而是一個解決方案。它的出現(xiàn)，降低了設備成本，助力產(chǎn)業(yè)升級，也加速了行業(yè)標準的形成。同時，它有效地節(jié)省了設備廠家的對基本功能的大量的重復開發(fā)工作，讓設備廠家真正聚焦行業(yè)的需求應用。隨著SOC芯片的發(fā)展，會推動安防監(jiān)控產(chǎn)品規(guī)?；l(fā)展，加速安防產(chǎn)品的普及度。DVR產(chǎn)品未來將會向多元化發(fā)展，以適應不同行業(yè)應用需求的發(fā)展，一方面通過集成度的不斷提高降低成本，開發(fā)出更加普及化的產(chǎn)品；另一方面針對專業(yè)行業(yè)推出具有個性化的產(chǎn)品，適應不同專業(yè)市場的需求。

　　嵌入式DVR是在DVR應用成熟之后出現(xiàn)的新型產(chǎn)品形態(tài)，目前成為了市場上的主流產(chǎn)品。單芯片SOC方案具有集成度高、成本低和可靠性高的特點，非常適合安防行業(yè)的應用。下面列舉幾款在DVR、DVS與IPC中采用較為普遍的SOC。

　　（1）升邁科技推出的GM8180是高度集成的編解碼系統(tǒng)單芯片，支持H.264、MPEG-4以及JPEG編解碼，CPU核心頻率可達333/500MHz，這給執(zhí)行各種音頻壓縮編解碼提供了動力。GM8180集成各種存儲方式接口，還有圖形輸出接口。它支持高清影像傳輸接口，集成H.264硬件解碼，在分辨率1280×720和1280×960下，H.264壓縮效能可以達到30和22.5幀。還有雙芯片主/從架構(gòu)，同時具備雙重PCI主/從模式的設計，也大幅減少多通道DVR應用的系統(tǒng)復雜度，單芯片能夠?qū)崿F(xiàn)H.264D175fps的編解碼，非常適用于4路、8路H.264DVR。升邁科技于2008年底推出了針對4/8/16chDVR的GM8185（高效4D1Encode+2D1Decode）整合單芯片。

　?。?）海思開始推出的SOC芯片是Hi3510、接著推出了Hi3511與Hi3512。如Hi3511是全球首款帶有MUX功能的H.264SOC芯片，單芯8路性能，是目前性價比最優(yōu)的CIFDVR解決方案。Hi3511集成性能高達250FPS（352×288分辨率）的H.264/MJPEG雙碼流硬件編解碼器和主頻288MHz的ARM926處理器，支持4路BT656視頻輸入，16路音頻輸入和PCI接口，提供靈活的從1路到32路系列化嵌入式DVR和PCBasedDVR產(chǎn)品組合設計方案，有效地降低了客戶開發(fā)與存儲成本。

　　海思提供的自主知識產(chǎn)權(quán)的PC端H.264解碼庫，性能高達600FPS，解碼效率達到業(yè)界一流水平，可滿足平臺化、多通道管理的客戶需求。而Hi3512，是市面上性價比最高的4路DVR解決方案，不僅把性能提高到實時同編同解、網(wǎng)傳等多工能力，還把BOM成本做到MPEG4的水平，是目前4路DVR的最佳選擇。Hi3511與Hi3512同樣也是比較好的DVS與IPC產(chǎn)品的SOC芯片，欲了解該芯片在DVR、DVS與IPC中實現(xiàn)方案的詳情，可參閱本人在2010年10月《CPS安防集成商》上發(fā)表的“當前市場海思主流芯片在安防監(jiān)控中的應用方案”一文。

　　目前，海思的第3代Hi3520芯片更加適用于現(xiàn)代高清的發(fā)展，它是基于ARM11處理器內(nèi)核，其處理頻率達600MHz，雙DDR架構(gòu)能提供更大的數(shù)據(jù)處理帶寬和能力，能提供最佳的多路編解碼DVR方案，最高分辯率1920×1080p@30Hz，接口豐富，能夠帶來更加清晰的畫質(zhì)和視頻體驗。顯然，它將會在市場獲得更為廣泛的應用。

　?。?）TI針對數(shù)字多媒體的SOC芯片TMS320DM642通過與杭州海康威視的合作，成功推出了H.264的數(shù)字視頻硬壓卡；TMS320DM6446基于CPU+DSP的SOC芯片成為DVR設計的高性價比平臺；支持1080p高清編解碼的SOC芯片TMS320DM6467達芬奇處理器是一種基于DSP的片上系統(tǒng)（SOC），特別適合實時多格式高清（HD）視頻轉(zhuǎn)碼，并配套提供完整的開發(fā)工具與數(shù)字媒體軟件。該系統(tǒng)解決方案集成了ARM926EJ-S內(nèi)核與600MHzC64x+DSP內(nèi)核，并采用高清視頻協(xié)處理器、轉(zhuǎn)換引擎與目標視頻端口接口，在執(zhí)行高達H.264HP@L4（1080p30fps、1080i60fps、720p60fps）的同步多格式高清編碼、解碼與轉(zhuǎn)碼方面，比前代處理器性能提高了十倍。顯然，它將會成為下一代安防產(chǎn)品的重要開發(fā)平臺。其他芯片如DM644x、DM643x、DM646x、DM648、DM3xx等也都適合數(shù)字視頻服務器和錄像機等產(chǎn)品的應用。

　?。?）恩智浦NXP目前有PNX1700、PNX1005用作DVR、DVS、NVR、混合DVR、IPC（IP攝像機）的主機處理器或協(xié)處理器。自2007年到現(xiàn)在，PNX1700被廣泛用作DVR/DVS/NVR等的SOC或協(xié)處理器。PNX1700系列芯片適合于8×CIFMPEG4編碼，也能提供高質(zhì)量的MPEG4視頻解碼和音頻解碼。它是基于DSP（采用TM5250內(nèi)核）的媒體處理器，支持視頻壓縮、視頻分析、視頻改善等，提供靈活的外設硬件模塊。新芯片PNX1005（采用TM3282DSP內(nèi)核）將支持8×CIFH.264壓縮或H.264720P壓縮。NXP將會把更多功能納入考慮，例如：更多的視頻輸入、PCIe、SATA、千兆位以太網(wǎng)、多重編碼能力、圖像/視頻預處理等。

　　TI和NXP作為傳統(tǒng)DSP芯片廠商，隨著監(jiān)控設備商向標準的H.264壓縮技術(shù)的逐漸靠攏，在陸續(xù)推出了ASIC+CPU或DSP+CPU架構(gòu)的SOC芯片方案后，已經(jīng)將目標投向純SOC芯片的研發(fā)，為DVR、NVS、IpCamera量身定制SOC方案。升邁和海思一直致力于SOC芯片的研發(fā)和推廣，為SOC芯片引入視頻監(jiān)控領(lǐng)域已做出了很大貢獻，并已經(jīng)取得了很大的成績。

　　SOC芯片的發(fā)展趨勢將表現(xiàn)在主控CPU的升級換代、視頻協(xié)處理器的能力增強、DSP資源完全同于增值應用且同時支持定點和浮點運算，還有更多的高性能外設接口被集成到單片中來，如DVI、SATA、PCIe等等。

　　下一代安防專用SOC芯片的發(fā)展已經(jīng)非常明晰：SOC芯片要設計具有D1/CIF雙碼流設計能力；能低成本組成1～16路D1DVR；具有高清輸出系統(tǒng)（包括接口和輸出能力）；具有固化標準H.264壓縮算法以降低壓縮成本；具有高清解碼能力；具有高性能CPU等。從SOC芯片的發(fā)展趨勢看來，“圍繞著用戶的體驗用最優(yōu)性價比的方式實現(xiàn)”是SOC芯片的重要發(fā)展軌跡。

　　4、結(jié)束語

　　由上看出，系統(tǒng)級芯片SOC已經(jīng)成為IC業(yè)界的焦點，其要求的性能越來越強，規(guī)模越來越大。SOC技術(shù)在安防集成的應用中將越來越廣，尤其安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、高清化、智能化更是離不開它。顯然，它的發(fā)展也將推動安防視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。

　　需要指出的是，在SOC設計中，仿真與驗證是SOC設計流程中最復雜、最耗時的環(huán)節(jié)，約占整個芯片開發(fā)周期的50%～80%，因而采用先進的設計與仿真驗證方法將成為SOC設計成功的關(guān)鍵。SOC技術(shù)的發(fā)展趨勢是基于SOC開發(fā)平臺，基于平臺的設計是一種可以達到最大程度系統(tǒng)重用的面向集成的設計方法，分享IP核開發(fā)與系統(tǒng)集成成果，不斷重整價值鏈，在關(guān)注面積、延遲、功耗的基礎(chǔ)上，還要向成品率、可靠性、EMC、成本、易用性等轉(zhuǎn)移，使系統(tǒng)級集成能力快速地發(fā)展。