無線IP視頻監(jiān)控應(yīng)用即將井噴Blackfin助您贏得先機(jī)

1、    無線IP視頻監(jiān)控應(yīng)用即將井噴，Blackfin助您贏得先機(jī)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控應(yīng)用以行業(yè)用戶為主，采用MCU+ASIC方案

2、，這類視頻監(jiān)控應(yīng)用通常實(shí)現(xiàn)低分辨率的視頻信號(hào)處理、基本控制和數(shù)據(jù)傳輸，圖像質(zhì)量較差，功能較單一。隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)步以及應(yīng)用需求的增長，更高的視頻體念、無線IP連接和智能分析功能發(fā)展趨勢使這類應(yīng)用方案正面臨性能捉襟見肘的尷尬。無線傳輸與有線傳輸最大的差別是無線網(wǎng)絡(luò)帶寬不穩(wěn)定，基于DSP的方案采用軟件的實(shí)現(xiàn)方式，可以根據(jù)帶寬調(diào)整視頻的大小、碼流、幀數(shù)等，針對無線信道特點(diǎn)優(yōu)化視頻壓縮算法，因此無論網(wǎng)絡(luò)情況如何，都可以保障視頻的流暢，不像采用MCU+ASIC方案所常見的馬賽克和斷幀的現(xiàn)象。無線應(yīng)用通常由于環(huán)境更為多樣化，無線模塊本身也是功耗消耗以及散熱的大戶，甚至有些移動(dòng)應(yīng)用是電池供電，對處理器的

3、低功耗有很高的要求。MCU+ASIC(或MCU+DSP)的雙處理器芯片架構(gòu)決定了其功耗對于無線特別是移動(dòng)無線應(yīng)用相對較高。此外，隨著技術(shù)的進(jìn)步，基于IP的視頻監(jiān)控逐漸向包括高清特性的更高視頻體驗(yàn)的趨勢發(fā)展，而其結(jié)果是更復(fù)雜的算法，以及對主芯片的處理能力提出更高的要求。傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)基于像素分辨率為CIF格式，壓縮標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜度低，從而對主芯片的處理性能要求不高。但是隨著IP視頻監(jiān)控的迅速發(fā)展以及相關(guān)視頻標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)步，人們期待更高的圖像清晰度和更高的幀率，如D1（704×576）或者更高的清晰度。同時(shí)，隨著無線IP視頻監(jiān)控的流行，還需要考慮如何在傳輸過程中占用更少的帶寬，因此MPEG4和H

4、.264正在成為主流。而這些更高的視頻信號(hào)分辨率和壓縮格式大大提高了對核心處理器的處理能力的需求。而傳統(tǒng)的MCU+ASIC的方案要實(shí)現(xiàn)更高清晰度的視頻，通常必須增加協(xié)處理器。此外，人臉識(shí)別、運(yùn)動(dòng)物體主動(dòng)追蹤、人流統(tǒng)計(jì)等多種智能功能已開始逐漸廣泛商用。對于這類需要智能圖像分析的特定應(yīng)用來說，傳統(tǒng)解決方案無法完成視頻分析所需要進(jìn)行的大量運(yùn)算處理，必須在MCU+ASIC之外增加協(xié)處理器，這種復(fù)雜的解決方案無論是BOM成本、功耗還是開發(fā)難度都不足取。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和分布式處理的要求，以及大規(guī)模工程安裝對成本、體積和功耗的限制和非標(biāo)準(zhǔn)化的智能視頻分析，使得具有軟件設(shè)計(jì)的靈活性和具有強(qiáng)大處理能力的D

5、SP具有更明顯的優(yōu)勢。然而，單純的DSP處理器雖然具有非常靈活的處理方式，圖形處理功能也比較強(qiáng)大，但由于這類器件通常采用傳統(tǒng)的信號(hào)處理架構(gòu)，而并非為視頻監(jiān)控而優(yōu)化設(shè)計(jì)，因而通常會(huì)占用較多的系統(tǒng)資源，對于一些控制功能要求較高和碼率較高的場合同樣缺乏競爭力。而以Blackfin®為代表的匯聚處理器有效地解決了上述問題，為音視頻標(biāo)準(zhǔn)不斷變化以及算法不斷改進(jìn)的無線IP視頻監(jiān)控應(yīng)用和智能視頻監(jiān)控應(yīng)用帶來福音。Blackfin處理器基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)(MSA)，它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號(hào)處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在

6、一起。這種特征的組合使得Blackfin處理器能夠在信號(hào)處理和控制處理應(yīng)用中均發(fā)揮出色的作用，兼具M(jìn)CU和DSP的優(yōu)點(diǎn)，極大地簡化了硬件和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)任務(wù)。基于Blackfin處理器的方案利用軟件來實(shí)現(xiàn)視頻壓縮算法，這使得制造商能夠在不變更硬件的情況下適應(yīng)不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)、不同客戶的需求，以及滿足新型功能要求。Blackfin處理器代表著新的16/32位嵌入式處理器，其獨(dú)特的架構(gòu)和內(nèi)置的4個(gè)8位視頻ALU以及針對視頻應(yīng)用定義的獨(dú)特指令都能非常高效地處理業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)視頻算法，非常適合無線IP視頻監(jiān)控這類需要匯聚處理能力的應(yīng)用。Blackfin的幾十個(gè)DMA通道和可靈活配置的高速緩存很好地滿足了視頻監(jiān)控

7、系統(tǒng)對大運(yùn)算量、高數(shù)據(jù)吞吐率的要求，十級(jí)流水線使得Blackfin有很強(qiáng)的指令并行執(zhí)行能力。此外，Blackfin支持ThreadX、Nucleus、uCOS-II和uCLinux等十多種嵌入式操作系統(tǒng)，為客戶提供了熟悉的軟件架構(gòu)基礎(chǔ)。Blackfin為高強(qiáng)度、高數(shù)據(jù)率的數(shù)字和媒體處理做了專門優(yōu)化，是理想的視頻處理器，具有極高的性價(jià)比。此外，它的低功耗特性非常適合體積小巧的IP攝像頭，以及對功耗非常敏感的電池供電或移動(dòng)無線IP視頻監(jiān)控應(yīng)用。Blackfin處理器采用了多種節(jié)能技術(shù)：基于一種選通時(shí)鐘內(nèi)核設(shè)計(jì)，可按照逐條指令來選擇性地切斷功能單元的電源；支持多種針對所需CPU動(dòng)作極少期間的斷電模式

8、；Blackfin處理器支持一種自含動(dòng)態(tài)電源管理電路，借助該電路即可對工作頻率和電壓進(jìn)行獨(dú)立控制，以滿足正在執(zhí)行的算法的性能要求；大多數(shù)Blackfin處理器都提供片上內(nèi)核穩(wěn)壓電路，并可在低至0.8V的電壓下工作。而Blackfin獨(dú)特的匯聚式處理架構(gòu)、90nm工藝等打下了其領(lǐng)先的低功耗處理的基礎(chǔ)，可以為無線IP視頻監(jiān)控產(chǎn)品提供最佳的性能功耗比。值得一提的是，無論是CDMA還是3G模塊，相比有線網(wǎng)絡(luò)而言，無線信道帶寬都較窄，碼率較低。而低碼率的視頻編碼器性能是一個(gè)最大的挑戰(zhàn)。在目前市面上的DSP、SoC、ASIC等方案中，盡管可支持D1甚至720P等大尺寸高碼流壓縮的方案很多，卻鮮有可支持低碼

9、率（幾十至幾百Kbps）條件下的高質(zhì)量視頻編碼器或軟件庫。而ADI很早就開始這方面的工作并獲得用于實(shí)際產(chǎn)品的算法成果，已經(jīng)支持第三方基于Blackfin成功地開發(fā)出了完整方案。典型應(yīng)用案例分析應(yīng)用案例一：合肥優(yōu)視科技3G無線視頻監(jiān)控產(chǎn)品方案合肥優(yōu)視嵌入式技術(shù)有限責(zé)任公司（簡稱合肥優(yōu)視科技）的BVWVS2007 3G無線視頻監(jiān)控方案是該公司的成熟產(chǎn)品，該方案提供了豐富的功能特性，是無線視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)等產(chǎn)品的完整、成熟的解決方案，該方案采用了性能強(qiáng)大的雙內(nèi)核ADSP BF561處理器。隨著并行處理的優(yōu)勢越來越明顯，多核架構(gòu)已經(jīng)成為業(yè)界公認(rèn)的未來嵌入式處理器的主流，而BF561就是這樣的典范，該處理

10、器目前已經(jīng)成為包括無線IP視頻監(jiān)控等中高端應(yīng)用的廣泛選擇。BF561具有兩個(gè)高性能DSP內(nèi)核、靈活的高速緩存架構(gòu)，以及增強(qiáng)的DMA子系統(tǒng)，適合執(zhí)行復(fù)雜的控制和信號(hào)處理任務(wù)，同時(shí)保持高速的數(shù)據(jù)吞吐率。此外，Blackfin處理器的動(dòng)態(tài)電源管理能力顯著降低整個(gè)功耗這對采用BVWVS2007方案的電池供電產(chǎn)品來說非常重要。BF561處理器使合肥優(yōu)視的BVWVS2007方案實(shí)現(xiàn)了可變分辨率及目標(biāo)跟蹤等高級(jí)特性，同時(shí)由于高性能及高集成度，在材料清單成本上也極具吸引力。在該方案中，BF561的雙內(nèi)核分別用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行uClinux嵌入式操作系統(tǒng)、用戶交互控制和視頻編碼算法等，該方案在CIF分辨率下利用H.2

11、64編碼實(shí)現(xiàn)了兩路視頻壓縮編碼，實(shí)現(xiàn)了雙碼流，一路低碼流用于無線視頻傳輸，另一路高碼流則本地存儲(chǔ)到SD卡/NAND/SATA硬盤，充分發(fā)揮了該處理器的雙核性能優(yōu)勢。在無線視頻監(jiān)控這樣典型的窄帶傳輸應(yīng)用系統(tǒng)中，Blackfin的H.264 編碼器在30100kbps的低碼流下所表現(xiàn)出來的優(yōu)異的圖像壓縮效果，是目前最核心的競爭力。對于大批量的中端視頻安全監(jiān)控市場，性價(jià)比是最關(guān)鍵的因素。BF561處理器在強(qiáng)大的單芯片上實(shí)現(xiàn)了雙內(nèi)核的數(shù)字信號(hào)處理與控制處理的完美結(jié)合，不僅滿足了產(chǎn)品的性能目標(biāo)，同時(shí)也提高了解決方案的性價(jià)比。目前，該公司可以針對客戶的需求提供多種成熟的無線視頻監(jiān)控方案，包括針對單路CDM

12、A、EV-DO、EDGE、TD-SCDMA、WCDMA以及WiFi無線局域網(wǎng)的H.264視頻監(jiān)控的完整方案以及4路的公交車移動(dòng)監(jiān)控DVR/DVS系統(tǒng)方案等。隨著中國的視頻安全監(jiān)控市場的需求不斷增長，合肥優(yōu)視的BVWVS2007方案可以幫助中國無線視頻監(jiān)控制造企業(yè)快速引進(jìn)基于Blackfin處理器的成熟穩(wěn)定的先進(jìn)產(chǎn)品方案。圖1：合肥優(yōu)視基于ADSP BF561的系統(tǒng)解決方案框圖。合肥優(yōu)視科技有限公司市場經(jīng)理黃寧：“Blackfin處理器使合肥優(yōu)視科技的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了可變分辨率及目標(biāo)跟蹤等高級(jí)特性，并在單芯片上提供了無線視頻監(jiān)控所必需的H.264視頻壓縮編碼、雙碼流、傳輸和存儲(chǔ)，同時(shí)由于高性能及高集成

13、度，在材料清單成本上也極具價(jià)格吸引力?！睉?yīng)用案例二：億維東方“軟件硬件”交鑰匙整體方案億維東方(Emvideo)推出的“軟件硬件”交鑰匙的WiFi無線視頻監(jiān)控整體解決方案基于BF536BF561的雙處理器架構(gòu)，方案硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。其中BF536處理器作為主處理器，除負(fù)責(zé)完成音頻編碼、遠(yuǎn)程控制以及用戶交互控制等一些基本的管理與控制外，還負(fù)責(zé)嵌入式操作系統(tǒng)uClinux的運(yùn)行，以及先進(jìn)的智能視頻分析功能，可以完成安防、人體行為、智能交通等多項(xiàng)智能視頻分析。雙核BF561作為協(xié)處理器負(fù)責(zé)視頻編碼算法，其強(qiáng)大的視頻處理能力使得該方案實(shí)現(xiàn)了H.264基本類Level3.0和MPEG4 D1+CIF

14、雙碼流的支持，未來更將可能擴(kuò)展到支持H.264 D1+CIF的雙碼流。兩個(gè)處理器之間通過高速同步串行接口通訊，視頻信號(hào)首先進(jìn)入BF561處理器，采集編碼后的碼流發(fā)送到BF536處理器，然后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端進(jìn)行解碼顯示。圖2：采用Blackfin BF536和BF561的解決方案硬件結(jié)構(gòu)圖。圖3：軟件方案結(jié)構(gòu)圖。 該方案采用了先進(jìn)的背景建模方法，能有效地克服光線變化、樹葉擺動(dòng)以及水面波紋等背景對前景目標(biāo)分析產(chǎn)生的干擾，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的前景檢測，同時(shí)在目標(biāo)跟蹤上采用了獨(dú)特的優(yōu)化算放，實(shí)現(xiàn)了在入侵檢測(包括區(qū)域警戒、絆線檢測)的應(yīng)用上超過90%的準(zhǔn)確率。而所有這些都是基于BF536BF561

15、雙處理器的硬件架構(gòu)所具有的強(qiáng)大處理能力來實(shí)現(xiàn)的。該方案的智能視頻分析功能由億維東方公司自主開發(fā)，獨(dú)特的算法和豐富的智能視頻分析技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)確保實(shí)現(xiàn)客戶的智能識(shí)別應(yīng)用需求，并為客戶提供包括軟件升級(jí)在內(nèi)的完善服務(wù)。由于智能視頻識(shí)別應(yīng)用目前并沒有任何可循的需求標(biāo)準(zhǔn)和測試標(biāo)準(zhǔn)，因此視頻分析方案通常需要針對客戶的應(yīng)用特點(diǎn)和需求進(jìn)行方案優(yōu)化，這是傳統(tǒng)的MCU+ASIC方案所難以實(shí)現(xiàn)的，而基于Blackfin處理器的軟件實(shí)現(xiàn)方案可以方便地進(jìn)行這種“定制化”的優(yōu)化設(shè)計(jì)。該方案的軟硬件都經(jīng)過了應(yīng)用驗(yàn)證，目前已經(jīng)由多家客戶進(jìn)行生產(chǎn)，目標(biāo)應(yīng)用將主要是政府行政效能監(jiān)測、教育系統(tǒng)等行業(yè)用戶。此外，億維東方還可以向客戶提

16、供包括客戶端程序在內(nèi)的全套方案。強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)為您提供全面支持除了向客戶提供Blackfin芯片和方案這樣的價(jià)值創(chuàng)造平臺(tái)，ADI也一直致力于營造良好的DSP生態(tài)系統(tǒng)，以幫助廣大的創(chuàng)新者能夠利用先進(jìn)的DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)他們的想法和創(chuàng)新價(jià)值。ADI公司大力支持第三方合作伙伴，使他們能針對中國市場的特點(diǎn)和需求設(shè)計(jì)出本地化的完整方案和開發(fā)工具，以更低的價(jià)位、更方便使用以及支持更便利的特點(diǎn)，幫助客戶減少評(píng)估和開發(fā)成本，降低學(xué)習(xí)和開發(fā)門檻。其中參考設(shè)計(jì)提供商主要有合肥優(yōu)視科技、北京億維東方、浙江大學(xué)、天朗科技、億旗創(chuàng)新、航行家。合肥優(yōu)視科技主要致力于H.264 DVR/DVS/IPCamera；億維東方主要致

17、力于高端H.264 IP攝像機(jī)解決方案；浙江大學(xué)主要致力于MPEG4 D1 DVR解決方案和H.264 BP；天朗科技主要致力于MPEG4 1/2D1(D1)IP攝像機(jī)；億旗創(chuàng)新主要致力于MPEG4 1-ch CIF DVS(已應(yīng)用于中國電信“全球眼”)和MPEG4 2-ch 1/2D1 DVS；航行家主要致力于H.264 1-ch IP攝像機(jī)。視頻監(jiān)控是ADI的策略性的重點(diǎn)市場，ADI將在視頻監(jiān)控行業(yè)持續(xù)投入，除了提供性能卓越的系列Blackfin處理器，用戶還可以獲得大量免費(fèi)資源，包括H.264編碼算法模塊、H.264 BP解碼器、視頻對象檢測器，等等。在加速客戶市場反應(yīng)方面，為避免工程師在從其它處理器平臺(tái)移植到Blackfin平臺(tái)時(shí)，因更改操作系統(tǒng)而延長終端產(chǎn)品開發(fā)周期，Blackfin處理器支持包括以VDK、ThreadX、uClinux和Nucleas等在內(nèi)的全系列操作系統(tǒng)。并在uClinux里集成了很多硬件驅(qū)動(dòng)，包括WiFi的驅(qū)動(dòng)、音/視頻編解碼器的驅(qū)動(dòng)等，從而幫助客戶方便地從原來的系統(tǒng)移植到