3、SOC技術在安防集成中的應用

　　隨著安防視頻監控技術由數字化向網絡化、高清化、智能化的發展，對安防視頻監控系統設備的融合集成要求越來越高。隨著微電子技術以及SOC芯片處理技術的不斷發展，從而可融合集成一個“單片系統”，進一步提高了產品集成度，降低了成本，為大規模網絡安防視頻監控系統提供了一個更好的硬件平臺。這個SOC芯片，即是具有多處理器核心的單片集成系統，其中集成有CPU主處理器，所集成的核心既可以是ASIC類的硬核，也可以是DSP或協處理器類的軟核，甚至也包含其它的專用處理子系統，且集成有豐富的外設。由于SOC是面向特性應用的片上系統，結合硬件加速等技術可以實現H.264的高復雜度的算法運算，并可針對視頻編碼方面進行優化，以實現最優化效果。

　　SOC芯片從2006年開始就在視頻監控設備中得到應用，它經歷了CPU+DSP到CPU+ASIC的發展過程。CPU+ASIC在近幾年給DSP市場帶來了沖擊，它把視頻編解碼算法固化在芯片內，集成豐富的外圍接口，并通過提供完善的開發工具，極大地降低了DVR、DVS、IPC等監控設備開發門檻。

　　利用SOC的主要價值是它可以用較短的時間將產品設計出來，從而縮短產品的上市周期，有效地降低系統產品的開發成本，縮短開發周期，提高產品的競爭力。目前歐美市場的DVR廠商多采用SOC芯片方案；我國***的DVR廠商也多采用SOC芯片方案，華南地區的DVR企業也大多采用SOC芯片方案，華東、華北地區的DVR企業開始采用DSP芯片方案多一些，但隨著SOC芯片技術的日漸成熟，也逐漸采用SOC芯片方案。隨著產品集成度的提升，單路視頻壓縮處理的成本開始大幅降低，從而推動了安防視頻監控技術的產業化與規模化發展。

　　目前，很多半導體方案提供商都在走向SOC，致力于提高集成度，引入先進工藝，降低系統成本，改善系統性能以增強市場競爭力。每一代新的SOC都能更為有效地優化和共享資源，增強各個子系統的協同工作能力，最小化成本、功耗，同時提高產品的可靠性。現在，所有芯片供應商都將致力于使下一代SOC能進行1080PH.264HD編碼。

　　SOC不是簡單的一個芯片，而是一個解決方案。它的出現，降低了設備成本，助力產業升級，也加速了行業標準的形成。同時，它有效地節省了設備廠家的對基本功能的大量的重復開發工作，讓設備廠家真正聚焦行業的需求應用。隨著SOC芯片的發展，會推動安防監控產品規模化發展，加速安防產品的普及度。DVR產品未來將會向多元化發展，以適應不同行業應用需求的發展，一方面通過集成度的不斷提高降低成本，開發出更加普及化的產品；另一方面針對專業行業推出具有個性化的產品，適應不同專業市場的需求。

　　嵌入式DVR是在DVR應用成熟之后出現的新型產品形態，目前成為了市場上的主流產品。單芯片SOC方案具有集成度高、成本低和可靠性高的特點，非常適合安防行業的應用。下面列舉幾款在DVR、DVS與IPC中采用較為普遍的SOC。

　　（1）升邁科技推出的GM8180是高度集成的編解碼系統單芯片，支持H.264、MPEG-4以及JPEG編解碼，CPU核心頻率可達333/500MHz，這給執行各種音頻壓縮編解碼提供了動力。GM8180集成各種存儲方式接口，還有圖形輸出接口。它支持高清影像傳輸接口，集成H.264硬件解碼，在分辨率1280×720和1280×960下，H.264壓縮效能可以達到30和22.5幀。還有雙芯片主/從架構，同時具備雙重PCI主/從模式的設計，也大幅減少多通道DVR應用的系統復雜度，單芯片能夠實現H.264D175fps的編解碼，非常適用于4路、8路H.264DVR。升邁科技于2008年底推出了針對4/8/16chDVR的GM8185（高效4D1Encode+2D1Decode）整合單芯片。

　　（2）海思開始推出的SOC芯片是Hi3510、接著推出了Hi3511與Hi3512。如Hi3511是全球首款帶有MUX功能的H.264SOC芯片，單芯8路性能，是目前性價比最優的CIFDVR解決方案。Hi3511集成性能高達250FPS（352×288分辨率）的H.264/MJPEG雙碼流硬件編解碼器和主頻288MHz的ARM926處理器，支持4路BT656視頻輸入，16路音頻輸入和PCI接口，提供靈活的從1路到32路系列化嵌入式DVR和PCBasedDVR產品組合設計方案，有效地降低了客戶開發與存儲成本。

　　海思提供的自主知識產權的PC端H.264解碼庫，性能高達600FPS，解碼效率達到業界一流水平，可滿足平臺化、多通道管理的客戶需求。而Hi3512，是市面上性價比最高的4路DVR解決方案，不僅把性能提高到實時同編同解、網傳等多工能力，還把BOM成本做到MPEG4的水平，是目前4路DVR的最佳選擇。Hi3511與Hi3512同樣也是比較好的DVS與IPC產品的SOC芯片，欲了解該芯片在DVR、DVS與IPC中實現方案的詳情，可參閱本人在2010年10月《CPS安防集成商》上發表的“當前市場海思主流芯片在安防監控中的應用方案”一文。

　　目前，海思的第3代Hi3520芯片更加適用于現代高清的發展，它是基于ARM11處理器內核，其處理頻率達600MHz，雙DDR架構能提供更大的數據處理帶寬和能力，能提供最佳的多路編解碼DVR方案，最高分辯率1920×1080p@30Hz，接口豐富，能夠帶來更加清晰的畫質和視頻體驗。顯然，它將會在市場獲得更為廣泛的應用。

　　（3）TI針對數字多媒體的SOC芯片TMS320DM642通過與杭州海康威視的合作，成功推出了H.264的數字視頻硬壓卡；TMS320DM6446基于CPU+DSP的SOC芯片成為DVR設計的高性價比平臺；支持1080p高清編解碼的SOC芯片TMS320DM6467達芬奇處理器是一種基于DSP的片上系統（SOC），特別適合實時多格式高清（HD）視頻轉碼，并配套提供完整的開發工具與數字媒體軟件。該系統解決方案集成了ARM926EJ-S內核與600MHzC64x+DSP內核，并采用高清視頻協處理器、轉換引擎與目標視頻端口接口，在執行高達H.264HP@L4（1080p30fps、1080i60fps、720p60fps）的同步多格式高清編碼、解碼與轉碼方面，比前代處理器性能提高了十倍。顯然，它將會成為下一代安防產品的重要開發平臺。其他芯片如DM644x、DM643x、DM646x、DM648、DM3xx等也都適合數字視頻服務器和錄像機等產品的應用。

　　（4）恩智浦NXP目前有PNX1700、PNX1005用作DVR、DVS、NVR、混合DVR、IPC（IP攝像機）的主機處理器或協處理器。自2007年到現在，PNX1700被廣泛用作DVR/DVS/NVR等的SOC或協處理器。PNX1700系列芯片適合于8×CIFMPEG4編碼，也能提供高質量的MPEG4視頻解碼和音頻解碼。它是基于DSP（采用TM5250內核）的媒體處理器，支持視頻壓縮、視頻分析、視頻改善等，提供靈活的外設硬件模塊。新芯片PNX1005（采用TM3282DSP內核）將支持8×CIFH.264壓縮或H.264720P壓縮。NXP將會把更多功能納入考慮，例如：更多的視頻輸入、PCIe、SATA、千兆位以太網、多重編碼能力、圖像/視頻預處理等。

　　TI和NXP作為傳統DSP芯片廠商，隨著監控設備商向標準的H.264壓縮技術的逐漸靠攏，在陸續推出了ASIC+CPU或DSP+CPU架構的SOC芯片方案后，已經將目標投向純SOC芯片的研發，為DVR、NVS、IpCamera量身定制SOC方案。升邁和海思一直致力于SOC芯片的研發和推廣，為SOC芯片引入視頻監控領域已做出了很大貢獻，并已經取得了很大的成績。

　　SOC芯片的發展趨勢將表現在主控CPU的升級換代、視頻協處理器的能力增強、DSP資源完全同于增值應用且同時支持定點和浮點運算，還有更多的高性能外設接口被集成到單片中來，如DVI、SATA、PCIe等等。

　　下一代安防專用SOC芯片的發展已經非常明晰：SOC芯片要設計具有D1/CIF雙碼流設計能力；能低成本組成1～16路D1DVR；具有高清輸出系統（包括接口和輸出能力）；具有固化標準H.264壓縮算法以降低壓縮成本；具有高清解碼能力；具有高性能CPU等。從SOC芯片的發展趨勢看來，“圍繞著用戶的體驗用最優性價比的方式實現”是SOC芯片的重要發展軌跡。

　　4、結束語

　　由上看出，系統級芯片SOC已經成為IC業界的焦點，其要求的性能越來越強，規模越來越大。SOC技術在安防集成的應用中將越來越廣，尤其安防視頻監控系統的網絡化、高清化、智能化更是離不開它。顯然，它的發展也將推動安防視頻監控技術的發展。

　　需要指出的是，在SOC設計中，仿真與驗證是SOC設計流程中最復雜、最耗時的環節，約占整個芯片開發周期的50%～80%，因而采用先進的設計與仿真驗證方法將成為SOC設計成功的關鍵。SOC技術的發展趨勢是基于SOC開發平臺，基于平臺的設計是一種可以達到最大程度系統重用的面向集成的設計方法，分享IP核開發與系統集成成果，不斷重整價值鏈，在關注面積、延遲、功耗的基礎上，還要向成品率、可靠性、EMC、成本、易用性等轉移，使系統級集成能力快速地發展。