基于Blackfin的無線IP視頻監(jiān)控解決方案

在當前的國際金融危機下，視頻監(jiān)控是少數(shù)逆市增長的行業(yè)之一。市場調(diào)研機構(gòu)ABI Research預測，2009年將有兩類電子產(chǎn)品持續(xù)快速增長，其中就包括視頻監(jiān)控，特別是基于IP的視頻監(jiān)控應用。據(jù)iSuppli公司預計，與視頻監(jiān)控應用緊密相關的中國安防產(chǎn)業(yè)到2012年的營收將從2007年的151億美元增長到247億美元。

事實上，2008年全球視頻監(jiān)控市場銷售額實現(xiàn)了30%至40%的增長，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平安城市建設等相關產(chǎn)業(yè)的投資拉動。傳統(tǒng)視頻監(jiān)控設備集中于金融、交通、公共設施等行業(yè)市場，隨著監(jiān)控設備的價格門檻越來越低，特別是無線IP視頻的規(guī)?；瘧?，未來監(jiān)控系統(tǒng)將逐步擴展到各行各業(yè)乃至家庭用戶。

當前3G移動通信網(wǎng)絡已經(jīng)在全球主要國家大面積部署，同時WiFi熱點日益普遍，基于無線寬帶的IP視頻監(jiān)控應用即將呈現(xiàn)井噴之勢。無線IP視頻監(jiān)控網(wǎng)絡構(gòu)建靈活而方便，可提供平安城市、應急指揮、環(huán)保監(jiān)控、中小企業(yè)監(jiān)控、家庭監(jiān)控等面向不同目標用戶的貼身解決方案。

目前，包括億維東方、合肥優(yōu)視等國內(nèi)領先的視頻監(jiān)控設計方案提供商都將無線視頻監(jiān)控產(chǎn)品作為2009年的重點方向之一。此外，除了無線應用的增長發(fā)展趨勢外，隨著監(jiān)控應用的規(guī)模化和網(wǎng)絡化，智能化將是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的另外一個必然趨勢。具有智能分析功能的新一代監(jiān)控系統(tǒng)將大大擴展視頻監(jiān)控的應用領域，除了傳統(tǒng)的安防應用外，人體行為(脫崗檢測、徘徊檢測)和智能交通將開辟大量的新興應用市場。

Blackfin解決方案滿足無線應用更高功能和性能要求

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控應用以行業(yè)用戶為主，采用MCU+ASIC方案，這類視頻監(jiān)控應用通常實現(xiàn)低分辨率的視頻信號處理、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)的進步以及應用需求的增長，更高的視頻體念、無線IP連接和智能分析功能發(fā)展趨勢使這類應用方案正面臨性能捉襟見肘的尷尬。

無線傳輸與有線傳輸最大的差別是無線網(wǎng)絡帶寬不穩(wěn)定，基于DSP的方案采用軟件的實現(xiàn)方式，可以根據(jù)帶寬調(diào)整視頻的大小、碼流、幀數(shù)等，針對無線信道特點優(yōu)化視頻壓縮算法，因此無論網(wǎng)絡情況如何，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。無線應用通常由于環(huán)境更為多樣化，無線模塊本身也是功耗消耗以及散熱的大戶，甚至有些移動應用是電池供電，對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)決定了其功耗對于無線特別是移動無線應用相對較高。

此外，隨著技術(shù)的進步，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的趨勢發(fā)展，而其結(jié)果是更復雜的算法，以及對主芯片的處理能力提出更高的要求。傳統(tǒng)的監(jiān)控攝像機基于像素分辨率為CIF格式，壓縮標準復雜度低，從而對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)展以及相關視頻標準的進步，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，隨著無線IP視頻監(jiān)控的流行，還需要考慮如何在傳輸過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分辨率和壓縮格式大大提高了對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，人臉識別、運動物體主動追蹤、人流統(tǒng)計等多種智能功能已開始逐漸廣泛商用。對于這類需要智能圖像分析的特定應用來說，傳統(tǒng)解決方案無法完成視頻分析所需要進行的大量運算處理，必須在MCU+ASIC之外增加協(xié)處理器，這種復雜的解決方案無論是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)絡化和分布式處理的要求，以及大規(guī)模工程安裝對成本、體積和功耗的限制和非標準化的智能視頻分析，使得具有軟件設計的靈活性和具有強大處理能力的DSP具有更明顯的優(yōu)勢。

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大，但由于這類器件通常采用傳統(tǒng)的信號處理架構(gòu)，而并非為視頻監(jiān)控而優(yōu)化設計，因而通常會占用較多的系統(tǒng)資源，對于一些控制功能要求較高和碼率較高的場合同樣缺乏競爭力。

而以Blackfin為代表的匯聚處理器有效地解決了上述問題，為音視頻標準不斷變化以及算法不斷改進的無線IP視頻監(jiān)控應用和智能視頻監(jiān)控應用帶來福音。Blackfin處理器基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構(gòu)(MSA)，它將一個32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號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處理器能夠在信號處理和控制處理應用中均發(fā)揮出色的作用，兼具MCU和DSP的優(yōu)點，極大地簡化了硬件和軟件設計實現(xiàn)任務?；贐lackfin處理器的方案利用軟件來實現(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不斷發(fā)展的標準、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，其獨特的架構(gòu)和內(nèi)置的4個8位視頻ALU以及針對視頻應用定義的獨特指令都能非常高效地處理業(yè)界標準視頻算法，非常適合無線IP視頻監(jiān)控這類需要匯聚處理能力的應用。Blackfin的幾十個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)對大運算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的要求，十級流水線使得Blackfin有很強的指令并行執(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。Blackfin為高強度、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，以及對功耗非常敏感的電池供電或移動無線IP視頻監(jiān)控應用。Blackfin處理器采用了多種節(jié)能技術(shù)：基于一種選通時鐘內(nèi)核設計，可按照逐條指令來選擇性地切斷功能單元的電源；支持多種針對所需CPU動作極少期間的斷電模式；Blackfin處理器支持一種自含動態(tài)電源管理電路，借助該電路即可對工作頻率和電壓進行獨立控制，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獨特的匯聚式處理架構(gòu)、90nm工藝等打下了其領先的低功耗處理的基礎，可以為無線IP視頻監(jiān)控產(chǎn)品提供最佳的性能功耗比。