走向成熟的智能数字视频监控

　　随着CMOS视频传感器技术的成熟和推广，数字一体化摄像机将融合更多的影像处理技术，其中包括自动曝光(AE)、自动白平衡(AWB)和自动聚焦(AF)技术将有可能被掌握。随着继承有视频前端的单片系统(SoC)的推出，不仅支持上述的3A功能，还有可以支持3D噪声滤波、人脸检测、LDC镜头校正和WDR宽动态等功能。与CCD图像传感器相比，由于CMOS图像传感器具备同等甚至更好的成像性能、更低的成本、更高的集成度、更低的功耗以及更高的速度，因此在网络摄像头领域的应用也日益增多。高速HD视频摄像头转向CMOS图像传感器的原因之一是CMOS器件固有低功耗的特性。功耗较低的CMOS图像传感器还结合了数项节能功能，如门控时钟(gated clock)设计、可变帧率，以及低待机电流，这些功能均可通过CMOS工艺技术来实现。

　　莱迪斯半导体的Douglas Hunter认为，视频监控需要图像传感器有更多的像素以得到更好的场景定义，更好的微光性能，并能够为HDR功能提供足够的数据。关于市场趋势，图像传感器将继续从CCD转变到CMOS技术。更高的兆像素传感器将变得司空见惯。为了增强微光性能，更大格式的传感器可能更为常见。像那些莱迪思伙伴的传感器制造商将对传感器从提供并行接口转向串行接口，以便每秒从图像传感器送出更多的像素数据。

　　一个新兴的发展趋势是加入宽动态范围 (Wide Dynamic Range, WDR) 功能，借助WDR功能，视频监控摄像头的放置就不再受到限制，几乎可以放置在任何环境中，包括严苛的高对比度光照环境。Aptina用于监控市场的最新HD和全HD图像传感器解决方案都加入了统计引擎、3D立体摄像头支持、感兴趣区域 (region of interest) 和WDR功能，将更多的计算工作量从视频分析引擎中卸载，让摄像头的算法可以提供更高的准确度和智能化水平更高的功能性。

　　媒体处理器百花齐放

　　回顾数字视频监控的发展历程，数字音视压缩技术的发展导致了压缩标准的制定，于是在高速数字信号处理器(DSP)上得以实现和应用。DSP得天独厚的高性能和低功耗的软件可编程的特性使之成为嵌入式数字音视频压缩的理想处理平台，而在高速通用DSP芯片上集成多个视频接口以及丰富的外围接口，就成为数字媒体处理器。数字视频监控产品的推陈出新得益于核心处理平台的升级换代，其中数字媒体处理器发挥了重要的作用。单片的通用DSP可以很好地实现视频数字压缩或智能视频数字分析处理工作，但还需要在外围接视频接口和前端或后端处理设备，因此系统比较复杂。

　　TI推出的第一颗数字媒体SoC对于数字视频监控行业的影响极其深远，从而开创了以创新大师达芬奇冠名一个系列媒体处理平台。如图2为数字视频SoC集成结构，其中包含有ARM和DSP核心系统，还有视频协处理器(VICP)，以及视频处理子系统(VPSS)。

　　随着监控行业对高清需求的增加，DSP一统天下的格局在变化。赛灵思公司亚太区市场及应用总监张宇清介绍，传统的视频监控由于对运算的要求不高，只需要DSP芯片即可。随着智能分析和高清视频监控成为主流，FPGA的优势逐渐显现。

　　智能分析的关键在于算法，需要大量的矩阵运算以及乘法器。通常有两种方式来实现智能分析。一是，DSP+FPGA，FPGA作为协处理器，来弥补DSP在运算方面的不足。然而，虽然DSP在信号处理、监控方面具有优势，但其通过执行串行指令进行处理运算、智能分析，一个时钟只能执行一个指令。而FPGA是并行指令架构，可以在一个时钟内执行几百个指令。以运算速度来看，即使DSP的运算达到1G以上，FPGA的速度700M，但显然，FPGA的并行处理仍然要远高于DSP的串行处理。同时，FPGA带有硬件乘法器和DSP核，具有高度灵活的扩展性，目前很多高端视频监控设备已采用这一架构。二是，在DSP中嵌入硬核，用硬核做硬件加速器，但其弹性小，没有扩展性，导致产品差异化低。

　　FPGA可以在复杂的像素处理方面替代DSP，如高性能视频分析，各种图像传感器宽动态范围压缩，以及高精度图像处理。对于高清视频监控来说，FPGA的作用更是不可小觑。高清监控，数据流量非常大，需要更高的处理能力，并且还要提供自动曝光、高效的自动白平衡和高动态范围等功能，传统DSP已经难以应付，需要FPGA共同完成。

　　对FPGA在视频监控领域应用非常看好的还有莱迪斯半导体。Douglas Hunter认为一个显而易见的方法是从顺序处理转变为并行处理。例如，FPGA是并行处理器件，可以在每个时钟周期比传统DSP处理更多的数据。由于在每个时钟周期能够处理更多的数据，比如LatticeECP3系列FPGA可以使用较低的时钟速度，因此消耗的功耗更少，而顺序处理的器件需要更快的时钟速度，因此消耗大量的功率。