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浅析网络摄像机市场&各家嵌入式处理芯片的状况

网络摄像机正在以每年42%的增长速度逐渐替代传统的模拟摄像机，成为未来视频监控市场的主流。根据调查公司IMS研究机构最新的一份调查显示，2006年，全球视频监控市场的总体规模是48.77亿美元，而到2010年，预计将达到81.46亿美元，在这其中，摄像机产品的市场份额占据了42%以上！所谓网络摄像机，就是利用数字技术拍摄、存储并传输的摄像机设备，它可作为IP网络中的一个节点，直接连接在IP网络之上，将拍摄的数字图像直接进行压缩、存储和传输，它随着IP技术的发展而高度发展，具有清晰度高、安装灵活、节省成本以及便于管理等多种优势。随着全球互联网的高速发展，连接在IP网络上的数字摄像机将逐渐取代传统的模拟摄像机，成为数字时代的‘千里眼’。相比较传统的模拟摄像机，网络摄像机最核心的技术就是视频编码器。就网络摄像机的各部分我们做一个技术分析，然后再重点分析一下核心的视频编码器部分。对图像进行压缩是视频监控设备必须要克服的难点，一个摄像头未经压缩的图像每天要占14.3Tbit容量，这几乎是天文数字，而采用新MPEG-4 part10和H.264图像压缩标准，可将图片压缩到原来的1/10，大大节省存储空间！

网络摄像机由三部分组成： 1.传感器:的图像传感器主要有2种，即CMOS和CCD。由于CCD在图像质量方面比CMOS有一定的优势，因此在监控工程中使用的图像传感器主要是CCD，而CCD的主流厂商大部分是日本企业。2.网络服务器:其功能是把压缩好的视频信号，通过TCP/IP的协议输出，并且基本上要支持现阶段主流的通信格式。3.视频编码器：其功能是把CCD的视频信号按照一定的格式进行数字化编码，有些是直接抓取CCD输出的BT.656的信号，有些是采集CCD驱动输出的模拟信号，通过一个视频AD进行模拟数字转化。视频编码的标准很多，现在主要的网络摄像机的标准有MJPEG、MPEG4、H.263、H.264等，下面我们对这些技术再做一个简单介绍。

M-JPEG: 即运动静止图像压缩技术，它把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩技术方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧地编辑。但M-JPEG只对帧内地空间冗余进行压缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，因此压缩效率不高。

MPEG4:标准就是指由ISO的活动图像专家组制定的一系列关于音视频信号以及多媒体信号的压缩与解压缩技术的标准。MPEG-4的着眼点在于解决低带宽上音视频的传输问题，在164KHZ的带宽上，MPEG-4平均可传5－7帧/秒。采用MPEG-4压缩技术的网络型产品可使用带宽较低的网络，如PSTN，ISDN,ADSL等，大大节省了网络费用。另外，MPEG-4的最高分辨率可达720×576，接近DVD画面效果，基于图像压缩的模式决定了它对运动物体可以保证有良好的清晰度。MPEG-4所有的这些优点，使它成为当前网络产品生产厂商开发的重要趋势之一。

H.263:是基于运动补偿的DPCM的混合编码，在运动补偿的DPCM混合编码，在运动搜索的基础上进行运动补偿，然后运用DCT变换和“之”字形扫描编码，从而得到输出码流。H.263在H.261建议的基础上，将运动矢量的搜索增加为半象素点搜索；同时又增加了无限制运动矢量、基于语法的算术编码、高级预测技术和PB帧编码等四个高级选项；从而达到了进一步降低码速率和提高编码质量的目的。

H.264:是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)的联合视频组(JVT：joint video team)开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG4的第十部分。在相同的重建图像质量下，H.264能够比H.263节约50％左右的码率，比目前根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33％左右.主流的核心解决方案

所以目前来看H.264标准以其高视频压缩比、高图像质量、良好的网络适应性得到了市场的广泛认可。其应用目标范围较宽，可以满足不同速率、不同解析度以及不同传输、存储场合的需求。但算法的复杂度高，必须有强劲有力的硬件作支持。

下面介绍一下实现h.264功能的嵌入式处理器状态：

DSP是传统实现H.264视频编解码。但是由于H.264算法的复杂性，需要更快的DSP，这样将会导致价格提高和功耗增大。对于H.264便携式实时编解码器来说，DSP架构往往不能同时满足编解码速度和功耗这两方面的要求。另外，对于H.264编解码软件，虽然有开源的编解码器可以参考，但代码的修改、移植过程仍然相当复杂。另外目前有arm+dsp方式来完成h.264,也有 arm+asic来完成h.264的方法，下面重点介绍这几款芯片。

1．）TI推出基于DSP的新型数字媒体处理器：达芬奇处理器(DaVinci)TMS320DM644。

内建1个ARM9和TMS320C64x+ DSP核心与多个视讯/影像协同处理器。具备每秒30格画面的H.264、MPEG2、MPEG4或VC-1 等编解码。但是价格昂贵。

2．）台湾映佳(Imagia)

映佳的解决方案是ASIC的方式，采用的压缩算法是标准的MPEG4，单片芯片可以做到D1，映佳的ASIC主要在推的是MPG440。

3．) 海思的Hi3510,3560

Hi3510是一款基于ARM9及DSP双处理器内核，3510主要是编码，解码支持CIF分辨率，编码支持1路D1或者4路CIF编码。可编程、支持MPEG-4和AVC／H.264等多协议通信媒体处理器。视频处理单元能够支持MPEG-4，AVC／H.264，Baseline，H.263+，H.261，JPEG等编解码, 海思3560只有解码，没有编码；

 4．) Qpixel的QL202B

QL202B是一款半双工H.264／AVC Main Profile(Level 3)的编解码SoC，内部集成ARM9处理器和10／100 Mbit／s以太网接口。图形处理单元能够提供视频去噪、图像增强、运动检测等处理功能； QL202B是性能较好的一款。它支持full D1@30 f／s(帧／秒)，外设丰富，具有一个ARM核，能够不加扩展地开发很多应用。

5．) 富士通的MB86H50

MB86H50是首款支持High Profile Level 4.0的H.264编解码器，可对高清视频(1 440点×1 080行)进行实时的压缩和解压缩，也可对Dolby数字格式的音频进行同步压缩和解压缩。其内部集成有256 Mbit×2的FCRAM。

6．）飞思卡尔的MX27，M31

MX27处理器以MX21为基础进行设计，基于ARM926EJ-S。处理器内部的硬件编解码模块性能强劲,可以达到H.264/MPEG4编解码D1分辨率：720X576@25fps;720x480@30fps;全双工编解码同时进行可以达到VGA分辨率:640x480@30fps，在目前的嵌入式ARM处理器中处于领先。MX27也能同时进行H.264 VGA@30fps的编码和MPEG4 VGA@30fps的解码;也能MPEG4 VGA@30fps编码和H.264 VGA@30fps解码同时进行. MX27处理器还带有eMMA多媒体加速器模块，包括prp预处理和pp后处理两部分，用来进行图像的缩放、旋转、镜像、YUV/RGB数据转换等。

综合比较上述几款处理器，目前只有飞思卡尔的mx27能支持完全的全双工多格式支持，其它的比如海思也只是半双工， MX27的硬件编解码是通过CPU内部ASIC实现的，而不是某些处理器通过集成ARM和DSP的双核SOC实现。因此，MX27的功耗更低，系统整体性能更强。 MX31是飞思卡尔半导体较早时间推出的ARM11的处理器，只含硬件MPEG4编码单元，由于主频可达533MHz或者更高，可通过软件实现MPEG4/WMV9的VGA解码、H.264 half VGA分辨率的解码，但是功耗较大。

针对视频处理市场，上海辰汉电子推出了成熟，稳定，可靠的面向产品级的MX27系列开发板，适合用户做网络摄像机的开发以及视频处理方向的二次开发，相比较飞思卡尔的ADS开发板，该开发板具有很高的性价比，用户可能需要花非常多的时间去搞清楚ADS烦琐的接口和总线复用等，并且做硬件产品的时候完全不具备可参考性，但是辰汉的MDK2完全没有类似问题。