淺析我國安防芯片技術(shù)的發(fā)展
安防行業(yè)設(shè)備正在朝著專業(yè)化和高性能化方向高速發(fā)展，各種標準和芯片技術(shù)層出不窮。本文主要探討了安防芯片市場的發(fā)展進程，并對未來中國安防芯片技術(shù)的發(fā)展之路做出了展望。
一、引言
近年來隨著安防行業(yè)的飛速發(fā)展，特別是高清化和智能化設(shè)備的迅速普及，安防行業(yè)的市場正在迅速擴大。如今中國安防電子產(chǎn)業(yè)規(guī)模(不包括工程與服務(wù))已經(jīng)由2005年的276.3億元迅速擴大到2012年的1430.3億元，年均增長20%以上，并且至今仍保持著旺盛的增長勢頭，體現(xiàn)出巨大的市場潛力。安防技術(shù)以視頻處理為基礎(chǔ)，以智能分析技術(shù)為延伸，依靠錄像取證的震懾力和智能預(yù)警的前瞻性，有效地打擊了各種犯罪行為，為社會穩(wěn)定做出了巨大貢獻。視頻壓縮作為核心技術(shù)，也在多年的實踐中得以飛速發(fā)展。
二、安防芯片的發(fā)展現(xiàn)狀
在安防的產(chǎn)業(yè)鏈中，處于上游地位的無疑是各種標準協(xié)議，標準協(xié)議對安防芯片的設(shè)計和生產(chǎn)具有關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，芯片廠商根據(jù)標準協(xié)議設(shè)計出不同應(yīng)用類型的芯片，如數(shù)字信號處理芯片(DSP)、專用集成電路芯片(ASIC)、集成整體解決方案的片上系統(tǒng)(SOC)和用于圖像信息采集的圖像傳感芯片(CCD芯片和CMOS芯片)。視頻監(jiān)控是目前安防行業(yè)芯片應(yīng)用量最大的領(lǐng)域。
視頻壓縮標準方面，安防壓縮國際標準從MPEG2、MPEG4發(fā)展到如今的H.264、H.265標準，壓縮能力逐步上升，這些標準已經(jīng)在市場上取得了巨大的成功。目前H.264已經(jīng)成為了安防乃至消費領(lǐng)域的主流標準，特別是在高清領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用;2013年ITU組織更是推出了H.265標準，有望比H.264的壓縮能力提高一倍。國內(nèi)則相繼推出了AVS和SVAC標準，并已經(jīng)有實際產(chǎn)品應(yīng)用，國內(nèi)廠商為自有標準化做出了不懈努力。
硬件方面，自從視頻錄像數(shù)字化以來，芯片技術(shù)一直在不斷發(fā)展、早期的視頻壓縮采用的是PC機的CPU利用壓縮軟件對圖像進行處理，存在著成本高、體積大、功耗高和穩(wěn)定性差的缺點。隨著嵌入或芯片的發(fā)展;特別是TI公司的TMS320OM642等DSP芯片的普及，由于同時具有了設(shè)備制造的低成本優(yōu)勢和大幅提升的可靠性，國內(nèi)的安防設(shè)備廠商紛紛改用嵌入式DSP產(chǎn)品。之后國內(nèi)以海思為代表的廠商推出了Hi3511\Hi3512芯片，TI則推出了DM6446、DM6467和OM8168等一系列芯片，對標清和高清的支持更上一層樓。這一系列安防芯片性能和功能的提升使得安防設(shè)備得以小型化并廣泛部署于前端;安防市場得以迅猛發(fā)展。
縱觀視頻壓縮軟件和硬件的發(fā)展，市場化的作用不容小視，忽視產(chǎn)業(yè)鏈的整體協(xié)調(diào)而只推出標準是難以成功的。當今視頻壓縮算法標準及嵌入式芯片占據(jù)了主導(dǎo)地位，兩者相輔相成，互相促進和發(fā)展。視頻壓縮算法標準為產(chǎn)品實現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ);為未來的發(fā)展指明了方向;而芯片則將理論變?yōu)楝F(xiàn)實，形成產(chǎn)品占領(lǐng)市場，有效地推廣了視頻壓縮算法標準而得到社會的認可。以視頻壓縮標準為例，MPEGZ和H.264標準不僅在安防行業(yè)，在電視轉(zhuǎn)播、互聯(lián)網(wǎng)和消費級產(chǎn)品上均被廣泛采用，算法的優(yōu)化方法、芯片支持和相關(guān)從業(yè)人員均極為豐富，從而大幅提高了標準的成熟度和市場認可度，并降低了開發(fā)成本;同時期我國推出的AVS標準——是我國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代信源編碼標準，《信息技術(shù)先進音視頻編碼》系列標準的簡稱——雖然在圖像質(zhì)量和碼率方面基本接近H.264的水平，但是在安防行業(yè)卻沒有形成產(chǎn)業(yè)化，缺乏行業(yè)的整體支持，在安防行業(yè)市場上的影響有待提高。
三、面臨的問題
近兩三年來，我國的基礎(chǔ)行業(yè)已經(jīng)有了巨大的進步，IC設(shè)計和生產(chǎn)能力已經(jīng)能夠接近國際先進水平，具有了產(chǎn)業(yè)化的條件和能力。中國作為安防產(chǎn)業(yè)的大國，有高達千億的國內(nèi)市場，具有得天獨厚的巨大市場優(yōu)勢，有利于國產(chǎn)化的實施。國內(nèi)以海思為代表的廠商抓住了高清化和H264編碼靂求的市場脈搏，開發(fā)出h.3512、h.3520、h.3531等一系列高性能芯片，滿足了低、中、高多檔需求，得到了眾多廠商的大量使用，其成功有目共睹。
同時國內(nèi)芯片廠商在很多方面具有國際廠商無法比擬的優(yōu)勢：其一是價格優(yōu)勢，對比國際廠商TI、Philips、ADI等，國產(chǎn)芯片往往具有售價方面的優(yōu)勢;這也是吸引國內(nèi)設(shè)備廠商采用的重要原因之一;其二，國內(nèi)芯片廠商比較重視整體產(chǎn)品解決方案的把握，對常用的產(chǎn)品功能封裝比較完善，設(shè)備廠商只需要做較少的開發(fā)就可以迅速完成樣機;對降低開發(fā)的人力成本和縮短產(chǎn)品的成型周期都有很大幫助;同時國內(nèi)廠商對我國安防行業(yè)的需求很了解，相比國外具有本土優(yōu)勢;其三，國內(nèi)芯片廠商的中文開發(fā)資料和手冊均比較完善，使得國內(nèi)設(shè)備開發(fā)人員的開發(fā)效率大大提高，由此獲得了眾多國內(nèi)開發(fā)人員的青睞。這些優(yōu)勢令國內(nèi)芯片廠商而國外廠商的OSP芯片幾乎處于封閉狀態(tài)，具有DSP仿真調(diào)試環(huán)境的更是寥寥無幾，這使得中國芯片廠商很難打入高端安防設(shè)備市場，更難進軍國際。此外國內(nèi)芯片廠商使用的多為H.264編碼標準，存在巨大的商業(yè)競爭隱患，按照規(guī)定使用H.264編碼庫需要每年向MPEG-LA交納一定的費用，這有可能成為國外廠商對國內(nèi)廠商施壓的一個手段，核心標準的缺失無疑將制約國內(nèi)廠商的進一步發(fā)展。
四、未來的發(fā)展之路
國內(nèi)廠商要想在安防市場占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢，就要從產(chǎn)業(yè)化的角度形成一體式的解決方案，一方面靂要國內(nèi)芯片廠商在軟硬件的技術(shù)水平和開發(fā)環(huán)境方面做出努力，另一方面需要國家制定出具有自主知識產(chǎn)權(quán)并面向安防行業(yè)應(yīng)用的的標準。在標準方面目前國內(nèi)已經(jīng)起草并發(fā)布了 SVAC標準，即《安全防范視頻監(jiān)控數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)要求》，英文全稱為Surveillance Video and Audio Coding，該標準是由國家標準化管理委員會立項的國家標準，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)標準。SVAC標準的目的是建立符合視頻監(jiān)控需要的、先進的音視頻編解碼標準和安全體系，提高報警監(jiān)控系統(tǒng)間的互聯(lián).互通、互操作及信息的安全、有效和綜合利用。
由于SVAC標準在撰寫之初就己經(jīng)充分考慮了安防的需要，對可伸縮視頻編碼( Scalable Video Coding，SVC)技術(shù)進行了充分的支持。該技術(shù)把視頻信號以分層的形式進行編碼，在時間、空間、質(zhì)量上進行劃分，輸出多層碼流(包括基本層和增強層)，其中基本層的數(shù)據(jù)可以使解碼器完全正常地解碼出基本視頻內(nèi)容，但是基本層的數(shù)據(jù)獲得的視頻圖像可能存在幀率較低、分辨率較低。或者質(zhì)量較低的問題。在信道受限或信道環(huán)境復(fù)雜時;可以保證解碼端能夠接收到可以觀看的流暢視頻圖像，當信道環(huán)境良好或信道資源豐富時，可以傳遞增強層數(shù)據(jù)，以提高幀率.分辨率、或視頻質(zhì)量。而增強層是可以多層編碼的，這就意味著在視頻碼流總碼率的范圍內(nèi)接收到的碼率越大，視頻質(zhì)量越好。相對于原來的視頻編碼標準，一次編碼后的視頻碼流就固定了，對于不同的終端應(yīng)用，不需要對同一內(nèi)容多次編碼，可伸縮視頻編碼有效地解決了之前編碼標準輸出碼流的不靈活性，一次編碼可以適應(yīng)多種不同信道，這種可伸縮編碼的特性能夠有效地降低網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲的壓力。以存儲為例，在視頻保存之初，可以保存完整的編碼信息，隨著時間的推移可以對視頻進行快速處理，降低保存視頻碼流的分辨率以節(jié)省存儲空間，這點在H264的擴展標準中雖然也有提及，但在實際應(yīng)用中并沒有大范圍推廣，而SVAC標準作為安防行業(yè)的特有標準，有望將該技術(shù)特性推廣普及，發(fā)揮其獨有的優(yōu)勢。此外，SVAC標準在一開始就著手于編碼硬件化的工作，這意味著該項技術(shù)將能夠迅速以產(chǎn)品的形式進行推廣和使用。
此外，公安部平安城市標準——GB28181也正在緊鑼密鼓的部署中，GB28181標準規(guī)定了城市監(jiān)控報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中信息傳輸、交換、控制的互聯(lián)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議結(jié)構(gòu)，傳輸、交換、控制的基本要求和安全性要求，以及控制、傳輸流程和協(xié)議接口等技術(shù)要求，適用于安全防范監(jiān)控報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的方案設(shè)計、系統(tǒng)檢測、驗收以及與之相關(guān)的設(shè)備研發(fā)\生產(chǎn)，其他信息系統(tǒng)也可參考采用。該標準有望改變以往安防行業(yè)中各公司項目互不兼容的問題，實現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通，有效降低重復(fù)建設(shè)的費用。SVAC視頻編碼標準與GB28181標準結(jié)合，將有效填補市場空白，并對安防芯片的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用。
五、結(jié)語
行業(yè)發(fā)展;標準先行，安防芯片的產(chǎn)業(yè)化也不例外，標準的制定和芯片技術(shù)的發(fā)展相輔相成。另外隨著“平安城市”建設(shè)工作的推廣，以視頻監(jiān)控系統(tǒng)為核心的“平安城市”建設(shè)和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)將有更大的發(fā)展。在這樣的大背景下，國內(nèi)安防芯片的產(chǎn)業(yè)化將進入發(fā)展的快車道，蘊含著巨大的市場前景和發(fā)展空間。當國內(nèi)芯片廠商取得成功并走向國際舞臺之時，中國的安防市場必將獲得穩(wěn)定的長期發(fā)展。
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