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摘要：随着视频监控应用的飞速发展，监控系统的作用早已超越了安全保卫的阶段，已经发展和融入到各个应用领域，如实时监控、远程指挥、业务调度等。这样对视频的需求就不再限制原始的应用录像一个方面，已发展到对高清视频实时监视、大容量录像文件的管理和千变万化的各行业应用需求，发挥着越来越重要的作用。正因为此，作为监控系统的核心部件，摄像机和DVR在近十年里获得了前所未有的高速发展...

   
随着视频监控应用的飞速发展，监控系统的作用早已超越了安全保卫的阶段，已经发展和融入到各个应用领域，如实时监控、远程指挥、业务调度等。这样对视频的需求就不再限制原始的应用录像一个方面，已发展到对高清视频实时监视、大容量录像文件的管理和千变万化的各行业应用需求，发挥着越来越重要的作用。正因为此，作为监控系统的核心部件，摄像机和DVR在近十年里获得了前所未有的高速发展。
　　摄像机从纯模拟到百万像素网络摄像机，如今，网络摄像机不仅摆脱多年前“叫好不叫座”的困境，而且还受惠于互联网的高速发展和编解码技术的成熟，带来了高速发展的最好机遇。
　　再有DVR，也早已从十多年前的模拟磁带机的替代品演变成为具有自己独特价值的专业监控数字平台，并被行业市场广泛接受。
　　基于国内蓬勃发展的监控形势，作为研发高清芯片的大佬，海思半导体从发布全球第一颗专业的标准H.264网络摄像机解决方案Hi3510芯片开始，持续在监控市场耕耘了4个年头;2008年3月，海思又发布了Hi3510的升级版Hi3512的720P网络摄像机解决方案。
　　同时，海思半导体也是高清DVR解决方案的强力推手，在2009年安防展上，海思半导体发布了第三代监控解决方案又隆重推出了Hi3515和 Hi3520。每一代芯片的发布都代表了海思人对监控理解的进一步加深。现在，可通过对海思第三代监控产品的设计过程来尝试分享一下我们理解的百万摄像机芯片的发展趋势。
　　监控系统与DVR产品的发展
　　监控系统伴随DVR这些年的进步正向着IP化、智能化发展，监控系统的三个具体的发展方向是：更高清晰度的录像和监看;对IP设备的管理;更方便快捷地在海量视频录像里面找到所需要的录像文件。海思基于对DVR产品发展方向的理解，先后向市场推出了Hi3515和Hi3520解决方案，以满足日益迫切的高清DVR的需求。就DVR的发展方向来看，除网络化、智能化等宏观方向外，以下几个方向也需要被行业关注：
　　(1)DVR的编码方式向更高压缩效率的标准H.264发展;
　　(2)录像分辨率从CIF向D1(720×576) 、720P、1080P发展;
　　(3)监控分辨率也从D1向HD高清发展;
　　(4)封闭子系统向开放IP架构系统发展;
　　(5)更方便快捷地在海量视频里找到所需要的录像。
Hi3515与Hi3520解决方案
　　海思半导体正是基于应用对DVR的发展需求，向行业推出Hi3515和Hi3520解决方案的。
　　Hi3515是一颗具有高清编解码能力的SOC解决方案，无论是硬件还是软件开发上都继承了海思Hi3511/Hi3512的模式，支持海思原来的客户快速开发和升级。Hi3515在Hi3512的720P标准H.264实时编码的基础上，把性能提升到了1080P，在原来的架构基础上增加了2个 SATA的硬盘接口、2个USB2.0、Nand flash等接口，并且内置了VGA和CVBS的接口等，可支持百万像素的编码或解码(可解Hi3515和Hi3512的码流)，悄壳癏i3512高清网络摄像机解决方案的进一步升级。
　　而Hi3520是一款基于ARM11处理器内核以及视频硬件加速引擎的高性能通信媒体处理器，是海思面向监控行业的D1(720×576的分辨率)和百万像素DVR市场推出的基于H.264解决方案。
　　(1)Hi3520采用双ARM架构运算能力高达1GHz，配合硬件加速引擎、图像加速引擎，可提供H.264和MJPEG多协议编解码，编解码性能高达240fps D1，能够提供最佳的多路编解码DVR方案。
　　(2)丰富的视频输入输出接口(CVBS、高清VGA、BT1120)，最高分辨率1920×1080p，能够带来更加清晰的画质和视频体验，真正实现了客户对录像和监看的需求。
　　(3)片内集成了包括数字视频接口、USB2.0，GMAC、I2S、I2C、GPIO、SPI、UART、SD RAM、DDR等各种外围接口，同时Hi3520具有的初始视频级联设计，可以通过多片级联的模式搭配出各种规格和型号的DVR设备，在满足各种应用场景的设备开发的同时，大大提高了产品的开发速度，能大大降低了设备的BOM成本。
　　(4)Hi3520是一颗具有2路高清编解码能力的SOC解决方案，集成海思专利的高清视频级联通道，可以快速构建多片级联的百万像素的编码器或*。该芯片做高清编码或者解码时达到1080P，SDK与Hi3515兼容(可解Hi3210、Hi3512、Hi3515的码流)，方便客户快速系列化产品。
　　读者可以通过下面的Hi3520芯片结构图，基本了解到该芯片所具强大功能的核心所在。
　　本文写到此，是希望通过对DVR技术的描述，来关联到下文，即将要阐述的百万像素网络摄像机，从而来认识什么是真正的二芯相得益彰。
　　百万网络摄像机的芯片技术及其发展趋势
　　提起百万像素网络摄像机，很多人很容易想到是其跟传统摄像机唯一不同的地方是CVBS口变成了网络口。今天笔者尝试从系统的需求角度来讨论百万像素网络摄像机的发展趋势，我们主要围绕着这个产品的产业化展开，也就是解决百万像素网络摄像机与目前主流安防系统的配合问题。
　　网络摄像机的优势是其组网和传输成本的大幅下降。其在信号采集的前端把压缩的视频变成网络包，大大减少了传输消耗，这个也就是为什么是网络摄像机领域首先提出百万像素概念的原因。但是在应用的过程中，网络摄像机毕竟是一个新东西，安防大部分工程商只具有传统的数模结合的产品施工经验，对网络摄像机的实际应用还是不习惯，加上与之配套的显示系统又无独立的网络和解码能力，导致百万像素网络摄像机更多的是应用在大型项目上，动辄就上大平台，配各种转发及解码服务器等，这样便导致百万网络摄像机很难应用到普遍的中小工程中，大家还是习惯了模拟摄像头+DVR+显示的模式。所以，海思对新一代网络摄像机的布局也是基于更贴近目前工程商的使用习惯来设计。
　　与各种sensor的数字对接
　　在百万像素网络摄像机以前，摄像机CCD都用统一的BT.656转CVBS的接口(主要指传统的CCD摄像机)，视频压缩芯片只要对应接驳BT656的芯片就能满足sensor接入的问题。
　　但是在百万像素的时代，CCD和CMOS竞相推出，各厂家都有自己的接口标准，即使表面上物理接口是一样，可内部数据都不相同，所以摄像机芯片厂商需要具有能与广大sensor厂商对接技术的能力。
　　海思在这个领域分别跟几大厂商都有合作，每一代芯片在设计之前就要与sensor厂商的路标匹配，大家一起来合作调驱动。这个也是在百万像素sensor还没有统一数字接口前，编解码芯片必须要做的基础性功课，这样才能支持百万像素网络摄像机的多样化和产业化。
 
编码和网络处理
　　由于显示带宽的限制以及客户的使用成本考虑，百万像素的体验虽然好，但是客户不能在目前的成本下使用太高的码流来实现，所以对百万像素网络摄像机的编码效率提出了要求。海思从Hi3510开始，就致力于监控专用的视频压缩技术的研究，使用标准H.264并充分考虑到了视频的时延和网络打包的方便性等(例如 H.264的有些tools是给广播级视频用的，广播视频就不用考虑时延问题，但是监控就不能直接这样用，需要在时限上优化)，在Hi3512就已经推出了2M的720P实时高清解决方案。Hi3515在算法上继承了海思前两代产品视频的优点，增强了部分细节效果。
　　由于网络摄像机是在IP网上运行的，在网络传输上实现方式的不同也会直接影响到用户的视觉体验。未经处理的视频编码特点是由视频的运动量不同而编码码流大小会发生变动，这样的码流在DVR录像应用中问题不大。但是在网络中，过大数据包则意味着网络堵塞，所以对编码器的内部控制需要非常地严格，这个控制还不能影响图像质量。
　　海思借助在网络领域的多年经验，在这个领域有比较优势的地方，并逐渐应用到产品中。随着百万像素网络摄像机的发展，对核心构建的芯片的编码越来越苛刻，要求在更高压缩比的前提下实现更贴近现实的场景，特别是随着3G网络的兴起，对各种网络的适配性正是芯片厂商研发的重要的发展方向。
　　实时模拟预览输出
　　传统的安防人拿到一个网络摄像机其实会很头疼，因为难用。难道每次拿起来都不记得网络IP是多少(贴在机身的默认IP?或施工过程早改了)?维修这个设备还需要带着便携机，这让工程商怎么会喜欢用网络产品?难道以后布线就要找具有“华为大学”网络认证的工程师才可以?
　　Hi3515内置CVBS输出，可以让客户就像用模拟摄像机一样，直接用传统模拟显示器就可看到网络摄像机的内部各种参数，以及网络摄像机的镜头效果灯，以方便工程施工。我们可以简单而直观地畅想，还是以前的施工人员，还是挖沟布线，不同的只是埋的线少了，甚至WIFI无线了，工人还是跟以前一样布置和调试摄像头，根本不用管是否IP的，只是接线的时候模拟视频线变成了一根5类的网络线而已。
　　所以对网络摄像机芯片而言，要在目前工程水平上快速满足客户的需求，才是根本所在，我们不能把网络传输成本的节省转移到施工人员的人力成本上。图2就是Hi3515组成架构及对外连接示意图，读者不妨浏览一下，以加深对其的了解。
       
存储、管理及显示
　　刚才提到网络摄像机可以像模拟摄像机一样地布置调试，应该扭转了大家之前对网络摄像机使用难的形象了吧?为了实现对这个系统的搭配，只有前端是不够的，所以海思推出了前面提出过到的Hi3520。
　　如果只是简单的几个点的需求，或者已经有了大平台，希望满足高清网络视频上电视墙的需求，直接用Hi3515就可以实现单路的解码效果。
　　如果是要求像前述描述的那种傻瓜式的应用，那么就要用到NVR或者现在最热门的混合型DVR来解决了。
　　而Hi3520灵活的编解码策略，使得它可以很容易地均衡DVR性能，做到对网络摄像机的管理，配合DHCP，就可以实现。
　　当然由于是从百万像素的视频过来，与传统方案一样，单芯片输出方案都是比较容易解决的，但是如果想像DVR一样，一台设备管理多个百万像素网络摄像机，就必须考虑多芯片级联方案。海思Hi3520具备的单芯片2个百万像素解码性能，配合海思的高清级联通道，以及高清VGA/HDMI输出接口，则可以轻松解决这个难题。
　　所以说，百万像素网络摄像机的芯片发展趋势不能简单地看做是网络摄像机的发展，关键是应用体验与现实的结合，要看到配套产品的完善。
　　由于篇幅有限，我们不能展开对百万像素网络摄像机其他方面的发展趋势作进一步描述，百万像素网络摄像机的优势是高清晰，但是我们不能把网络产品的配置等复杂的工作简单地推给下游用户，要从上游做起。
　　如何贴近安防应用一直是我们芯片研发人的行事准则，只有这样百万像素网络摄像机才有更广泛的应用。
　　通过前面对海思两款芯片结构、功能和应用的简单介绍，读者可能基本上了解了作为数字系统的两个重要角色网络摄像机及DVR对系统功能实现所起到的至关重要的作用。