基于海思芯片的高清IP芯片级解决方案

市场概况
2011年作为监控领域高清产品的爆发年，“高清”和“IP”这两个词成为当之无愧的热门词汇。

越来越多的厂商加入这个领域，把高清IP这个蛋糕越做越大。

数字高清网络摄像机经过概念、推广，逐渐得到了客户的认可。

安防产品数字化、智能化、高清化和网络化是一个不可逆转的潮流，市场上的高清产品如雨后春笋般展现在用户眼前。

目前市面上有高清IP 解决方案层出不穷，其中包括海思，TI，NXP，TRIDENT，TECHWELL，智源等等多种芯片厂家都提出了具有自己特色的高清IP解决方案，如何选用适合自己的高清IP解决方案成为大家非常关注的问题。

高清IP解决方案
虽然市面上高清网络摄像机的方案很多，但是从架构来看，不外乎以下两种基本架构：
（一）采用CCD/CMOS传感器（SENSOR）作为图像采集设备，配套提供ISP的SOC 芯片，这类方案具有明显的成本优势，该方案的成像效果主要取决于芯片厂商集成的ISP（如3A，宽动态等）效果；采用这种方案一个明显的优势是此类方案比较灵活，可以根据方案的特点加以定制，如抓拍，低帧率等。

（二）是采用前端摄像机模组（机芯，如日立的SC110，SONY的H11）作为图像采集设备，配套一个ASIC或DSP进行编码压缩和传输，这类方案相对成本较高，由于采用专业成像模组，原始图像效果好，所以整个IPC产品的效果很大部分取决于配套压缩传输模块的效果，主要的指标是压缩后图像的清晰度和实时性。

除以上架构之外，对安防生产厂家而言，依据不同的市场需求和产品定位来选择符合自有产品发展方向的解决方案，是每个设备生产厂商所面临的困惑。

在选择方案时，需考虑如下几个方面：
1、存储及带宽占用：
图像分辨率的提升，必然会消耗更大的带宽和存储空间。

以1920X1080@30帧为例，利用H.264 的编码算法，为保证清晰度，码流需要控制在6Mbps左右，这样每小时的存储空间需要2.7GB。

在普通局域网环境中，100M带宽只能可靠传输10路编码后的视频，1T 的硬盘也只能存储400小时左右。

如何平衡存储和带宽是摆在厂商面前的一个难题。

2、高清镜头的性能：
图像分辨率的提升，对镜头精度、水平度控制都提出了新的要求，二百万网络摄像机的分辨率是PAL制式的十倍还要多，而普通的高清DC或DV上采用的技术用在安防产品上的成本较高，不利于网络高清摄像机的推动。

如何降低成像系统的门槛，是网络高清摄像机发展的关键因素。

3、3A控制技术：
在模拟摄像机上，各个厂家对自动对焦、白平衡，自动曝光等3A控制技术做的比较完善，但在数字高清摄像机上的这些技术的应用相对比较薄弱，3A控制对于高清晰的图像质量非常重要。

目前国内在这些技术领域所涉及的控制算法上积累的经验比较少，尤其在高清系统中，分辨率的增加将会增加相应算法开销，如何保证实时快速的完成这些控制算法显得非常重要。

芯片解决方案
海思是专注于数字媒体、3G终端、数据通讯领域的芯片设计公司，在数字媒体领域，已推出高清网络监控芯片及解决方案。

目前市面上最主流的高清IP解决方案非海思莫属，从Hi3512、Hi3515到最新的Hi3516，海思提供了一套完整的高清解决方案。

以Hi3512为例，该方案基于ARM9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，具有高集成，可编程，支持H.264和MJPEG等多协议的优点，其中视频处理单元可以支持H.264 Main Profile、Baseline、Profile、MJPEG、JPEG等多种协议实施编解码；支持1.3M Pixels@30fps，支持最大300万像素的JPEG抓拍；视频处理单元还可以支持双码流编码等功能。

Hi3512解决方案丰富的外围接口方便满足设备规格需求，有效降低整机BOM成本。

海思和其他厂商解决方案一样，都是基于Linux，对于网络协议的开发而言，需要SDK 开发工具包，该工具包距离成品还有一定距离。

对于高清网络摄像机来说，网络协议和SDK 是个很重要的一个方面，每家公司都有自己的网络协议和SDK，并且基本都是独家专用。

也就是说各家的网络摄像机是互不兼容，不让互相替换的，如果采用外购模块的方式这方面是个大麻烦，包括与各种前端sensor（传感器）对接，编码与传输，存储与管理、显示等都面连挑战。

前端sensor（传感器）对接
在模拟和标清网络时代，摄像机CCD基本上都采用统一的BT.656转CVBS的接口，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，不管是前端是CCD还是CMOS，各厂家都有自己的接口标准，例如通过LVDS，YCbCr等，即使表面上物理接口是一样，可内部数据都不相同，所以设备生产厂商需要具有能与广大sensor厂商对接技术的能力。

这个也是在百万像素sensor
还没有统一数字接口前，芯片厂家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。

编码与传输
由于目前网络带宽普遍都是百兆局域网，性能有限，并且客户在使用中对成本也有一定考虑，所以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。

正如前文所提到，海思对H.264的压缩方案非常成熟，充分考虑到了视频的时延和网络打包的方便性等，在Hi3512中就可以实现2M带宽传输720P实时高清解决方案。

另外由于目前互联网网络状况比较差，经常会有丢包，延时等现象发生，如何保证视频在较差的网络环境中也可以很好的传输音视频数据，也是一个需要解决的难题，这部分就需要看厂商的信号传输的网络协议是否健壮，是否使用TCP/UDP/multicast等多种协议进行数据传输，方便用户根据不同的环境选择不同的协议。

解码显示
对一个完整的高清系统而言，仅仅前端实现高清是远远不够的，需要整个系统都高清化，包括存储，管理，解码显示等各个环节。

目前在解码显示这块，海思推出了Hi3515，其解码能力非常突出，可实现一路VGA+一路BNC的同时输出，可以实现４路D1实时+4路同时回放或者2路D1实时+6路CIF实时+８路同时回放或者8路12帧D1+8路同时回放。

综述
目前各大安防厂商都采用海思的Hi3512以及Hi3515等芯片做高清IP解决方案，但是受各家研发实力及对海思方案理解程度的参差不齐，各家研发出来的高清系列产品功能上也有很大区别。

以天地伟业为例，目前的高清摄像机系列涵盖了海思的Hi3512，Hi3515以及即将推出的Hi3516等全系芯片解决方案，为客户提供全系高清IP前端产品，如高清摄像机，高清红外一体机，高清半球，高清红外高速球，高清红外云台等系列产品。

目前天地伟业130万CCD高清摄像机，采用海思系列芯片最大分辨率可达1280x960P分辨率，其最低照度在彩色下可达0.1Lux，黑白为0.01Lux；支持双滤光片日夜转换；支持H.264/M-JPEG 压缩；支持背光补偿、自动光圈等功能；可对OSD时间日期和字符叠加；支持双向语音、敏感区域遮挡，视频移动侦测等智能化功能；可实现真正的双码流传输，例如可实现主码流为720P方便用户上大屏显示，副码流为CIF分辨率，可实现远程控制和浏览，用户可通过IPHONE4/Android/WindowsMobile等手机进行远程浏览，控制；此外为满足标准化的趋势，高清系列产品对ONVIF协议实现支持，并且可通过VLC等播放软件直连视频；在接口方面，
除可实现网络传输之外，还可以同时输出一路BNC信号，并且支持SD卡存储，可选wifi，POE供电等功能。