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[编码器] 高清网络摄像机主流芯片方案之安霸、TI和海思对比

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    [LV.Master]伴坛终老

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    发表于 2016-12-8 22:27:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    消息来自- 北京海淀
    高清网络视频监控发展到今天,市场也开始进入真正的高清时代,诸多有实力的高清摄像机厂家的产品线也逐渐完善起来,高清网络视频监控的配套产品有更加丰富和成熟。与此同时困扰很多人的高清网络摄像机与后端平台或者与后端NVR互联互通的问题也在逐渐迎刃而解,这得益于各个方案研发公司、生产厂家、平台商、标准协议组织都不遗余力的在网络摄像机协议对接这块投入了大量精力,使得高清网络摄像机与第三方设备或者软件平台的对接不再像早期那么尴尬。现阶段面向市场的高清推广商以及用户本身面对纷繁复杂的高清芯片方案、高清品牌,同时也被诸多的高清概念、产品宣传弄得晕头转向。一些公司在产品导入阶段感觉很多产品都不错,但有时候细看有些又有很大的差距,反复琢磨后便会想到是否IPC的方案本身的差别呢?同行之间也经常讨论目前哪一家的产品做得比较好,用的什么方案,资深一点的用户在看到你的产品时偶尔也会提出疑问:你们的摄像机是用的什么方案?等等一系列的问题一直都是很多人所关心的问题。前段时间从相关媒体上还看到一则消息说在“安防之都”深圳搞了一个TI、海思、Ambarella高清方案的PK论坛。可见人们对方案本身的厚望,从很大层面来讲,选择一个合适的方案是很重要的,关系到后期产品面向市场的定位、推广以及企业的根本发展。目前已知主流的高清方案有德州仪器(TI),海思(HiSilicon),安霸(Ambarella),恩智浦(NXP),升迈(GrainMedia),Nextchip;本文着重介绍一下目前关注度比较高的三个方案:Ambarella、TI和HiSilicon。为了让大家更清晰的了解这三家的高清方案的优劣势,我将先从各芯片方案公司简单的背景介绍开始逐一为大家梳理。

    公司背景介绍

    TI是美国德州仪器的简称,总部位于美国德克萨斯州的达拉斯,是全球知名的半导体企业,主要从事模拟电路和数字信号处理技术的研究,其具有代表性的DaVinci- DM3x ARM9视频处理器解决方案在安防行业有着广泛的应用。TI成立之初是一家使用地震信号处理技术勘探原油的地质勘探公司,1951 年更名为现用名的德州仪器公司,其后逐渐进入半导体市场。当安防领域的视频监控从模拟阶段发展到数字压缩处理阶段后,TI在安防视频压缩领域逐渐暂居主导地位。高清视频监控领域有代表性的解决方案是DM355、DM365、DM368。

    海思(Hisilicon),海思半导体有限公司成立于2004年10月,前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心,总部位于深圳。 海思的产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案,成功应用在全球100多个国家和地区;在数字媒体领域,已推出网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。在2009-2012年,DVR芯片可谓风生水起。在IPC领域有代表性的解决方案是Hi3516、Hi3517、Hi3518A、Hi3518C、Hi3518E。

    Ambarella于2004年由C-Cube Microsystems公司三位元老组建,总部位于加州的圣克拉拉市,公司中文名称为“安霸”。安霸是高清视频业界的技术领导者,主要提供低功耗、高清视频压缩与图像处理的解决方案。在电视广播和广电行业市场,安霸技术也得到广泛应用,在H.264高清专业广播编码设备市场拥有近90%的市场,大量来自世界各地的电视节目都经安霸芯片压缩后传送。在消费摄像机市场,安霸推动开创出一块多功能摄像机新领域。众多世界顶尖品牌的数码相机、DV、多功能运动摄像机品牌包括Kodak, SONY, Samsung,GoPro等已经正在使用安霸芯片。在安防监控市场,安霸利用超高画质视频的领先技术,推动高清监控摄像机在安防的发展。安霸在业界率先推出了基于最新H.264视频压缩标准的高集成SoC芯片,集成了各种关键系统功能,提供高性价比的高清整体解决方案。安霸最初将A2系列引入到安防视频监控领域,发展到成熟应用的A5s系列,目前已发展到S2系列UHD超高清安防IPC解决方案。由于技术难度较高,在国内能够从A2、A5到S2系列都有深入开发,有深厚技术积累,并能规模转化为实用的高清视频监控产品的公司屈指可数。

    从几家公司的背景和发展历程可以看出,TI在半导体领域有强大的综合实力,特别是在标清时代与海思、NXP(原飞利浦半导体)等压缩方案的角逐中全线胜出,比如国内比较主流的海康、大华等都与其有莫大的联系。在2013年之前,TI占据IPC市场70%-80%的市场份额,但是随着安霸、海思在IPC市场的发力,TI 芯片在IPC市场的份额有一定的下滑。TI就其本身策略而言,监控类芯片在其业务中所占份额不大,入门技术门槛稍高,技术支持不是很完善,目前使用TI方案的厂家逐渐减少。海思和安霸都是TI 在IPC市场上强有力的竞争者,如果TI 后续不能推出像DM368 那样有竞争力的后续芯片,将会失去IPC芯片方案市场的主导地位。

    海思早期做机顶盒,后进入监控领域,主要做后端DVR和前端数字摄像机芯片,芯片产品定位于低端市场,号称安防界的MTK。从技术支持的角度来看,海思因总部在深圳,对于研发厂商的技术支持比较到位。现在国内专业领域的DVR和前端数字高清摄像机市场空间并不大,所以海思监控业务收入应不大,乐观估计最多有十来亿收入。因此,华为不搞监控专心搞智能终端业务是非常有可能的。对比起来,全球市场15亿部手机,华为一台P6(用海思手机芯片)的出货量都可能到1000万台,搞自己的智能终端垂直一体化可能更有意义一些。

    相比较而言,安霸和海思从历史发展和规模看来都比较年轻,属于新生代,但安霸团队有个明显的优势就是从一开始就专注于视频压缩技术与图像处理解决方案的研究,早期的MPEG和现在的H.264高清视频压缩都奠定了其高端高清视频压缩和图像处理技术的血统。安霸在传统的广播编码领域的广播级3A技术、3D降噪技术等方面的深厚积累,到现在引入安防高清IPC解决方案都显示出了无与伦比的先天优势。

    综合来看,在安防领域,海思因性价比在低端市场具有很大的优势;安霸图像效果好、码流低、稳定性好,在中高端市场如日中天;TI因后续研发不足,或逐渐被安防生产企业减少运用。

    方案特性概述

    TI目前主流的高清IPC解决方案主要是基于DM365和DM368,DM365可做H.264的720P/30fps高清压缩,其实在这之前还有款DM355,不过DM355只能支持MPEG4编解码算法,但MPEG4的劣势相信大家都已经很了解了。尽管如此TI在2009年推出的DM365最高也还是只能支持到H.264的720P/30fps高清视频压缩,该系列作为TI入门高清级的压缩方案在如功耗、编码效率、画质等方面的性能表现并不理想,但由于其TI在DVR时代的应用惯性,还是有很多高清IPC整合厂家选择它,包括国内主流的大品牌。鉴于DM365的诸多缺陷,TI迅速推出DM368弥补在高清IPC解决方案上的差距,DM368可实现多格式的1080P/30fps压缩,包括了H.264编解码等在内;采用主频为423MHz的ARM926ej-s处理器,整合了(hdvicp,mjcp)视频图像协处理器引擎;DM368已经可以支持H.264的1080P/30fps全高清压缩,同时画质和码流方面有一定提升。

    海思在国内DVR产品市场上占有7成左右的份额,并且在台湾、韩国等海外市场已成为主力视频监控芯片供应商。相比国际巨头,海思芯片在成本控制等方面具有很大优势,已成为国内领先的视频监控解决方案。海思提供的安防视频方案中比较有代表性的是Hi3518和Hi3516等。Hi3516 采用 ARM Cortex A9架构,主要应用于200万像素级别的图像压缩处理。海思基于对国内外市场需求的深刻理解,在3518A、3518C的基础上深化完善,及时推出了Hi3518E。作为新一代民用IP摄像机SoC,Hi3518E集成新一代ISP,集成DRAM,POR,RTC,Audio Codec,Sensor电平转换以及各种时钟输出等,将极大的降低IP摄像机的ebom成本。Hi3518E主要占据低端130万像素模组及民用监控市场,与海思DVR/NVR芯片相似的SDK设计,能够支撑客户快速产品量产,并实现DVR/NVR和IP摄像机的系统布局。Hi3518E解决了消费类厂家正面临的诸多难题,内嵌DDR的设计能进一步降低方案商和制造商的生产成本和开发周期,尤其适合消费类市场价格敏感和“短平快”的特点,成为厂家抢占民用市场的“利器”。

    安霸目前提供给安防领域的方案主要有A2和A5系列,A2作为初期导入的一个系列在高清IPC领域名噪一时,早期高清市场唯一可做1080P全高清全帧率压缩的高清IPC方案,其锐利的画质和较低的码流让同时期很多其他同类方IPC方案望尘莫及;但A2作为初期导入的方案在功耗和多码流方面有不足之处,所以目前已经全线过渡到A5s系列。A5s采用528MHz ARM11处理器,高清H.264和MJPEG视频编码引擎,并且集成了专业处理240MPixel/s图像处理功能。其图像处理引擎包含了增强的降噪处理、图像增强滤波,以及电子防抖动等技术。A5s 方案拥有多通道视频编码器,支持高达14MP像素的视频编码,先进的3D MCTF 降噪技术和宽动态处理功能,支持多达四路的视频流(其中两路视频流可达1080P/30fps+800x600P/30fps)。采用了先进的45纳米芯片工艺及丰富的I/O设备,可将A5s的eBOM缩减到最小,可让产品适用于多样化的外形,同时期低功耗这一特性被充分的展现了出来,其原有的锐利的高清画质、低码流、多码流输出等优势也表现得更加优秀,保持了一贯的优势。

    A5S也支持H.264 High Profile 5.0 1080P/30P编码。安霸A5S系列是目前安霸监控类产品中的主力,主要是用在监控前端设备(IPC)上,可以接入主流sensor,实现IP一体化摄像机。该系列芯片综合表现效果良好,和其他厂家同类芯片比,在ISP、H.264编码技术(支持多帧参考及CABAC编码)、功耗上都有较大优势。

    综合比较:TI和安霸都是采用ARM+视频压缩单元,都能做到1080P/30fps,都能实现H.264的高清压缩,在目前高清压缩方案中都是比较优秀的方案,其开发难度均较高,也很考验各研发厂商的硬件开发和软件研发实力。但就单个高清IPC来说安霸更有优势,这主要是由于TI更注重于传统的监控市场,其主要目标是多路D1编码,这也是TI的强项,同时由于DM365和368的主频和性能比起安霸A5s系列来说要低,而且安霸一开始就专注于单个高清IPC方案的研究,没有原来传统多路标清市场的困扰,与DM365相比,早期的A2就已经可以支持H.264的1080P/30fps压缩,而最新的A5系列还可支持4路码流同时输出(码流可独立调节),最高可支持3MP@20fps, 5MP@12fps, or 10MP@3fps的视频压缩。在1080P模式下其功耗不到1W。在保持比较良好的画质情况下1080P/30fps可做到2Mps的高效率网络传输。而同期的DM365与安霸A2相比或者DM368与A5s相比在这些方面都显得力不从心。安霸早期主要从事消费类产品如DV等领域的相关业务,在ISP图像处理和编码上比较有优势,这些优势在其安防监控芯片方面得到了很好地传承和发扬。因此安霸的产品最主要的特点就是图像画质优异,低码流和低功耗。

    而从海思芯片方案来看,海思希望快速占领国内中低端市场,因此芯片大规模集成,套片配套方案均可提供,且具有本地化的开发技术支持团队,摄像机厂商可以快速开发出新产品,所以海思在国内低端的模组产品中具有较高的市场占有率,但这也造成模组类产品同质化高。海思自购入ASIC 的ISP后图像效果有较大的提升,比如其中端Hi3516A产品,在红外弱光环境下,静态图像画质及降噪均具有不错的表现,但低照度下帧率会有较大牺牲,而且在大面积运动物体场景下图像会出现马赛克效果。最大的瓶颈还是海思产品的码流控制方面表现不是很好,码率经常限不住,而且发热量较大。而海思产品所谓的“高性价比”,在中端产品线中似乎并不太明显。

    IPC方案主要技术规格比较

    下表主要对TI、海思和安霸方案的主要特点做了比较,这里有必要强调一下,方案本身的技术规格虽然能体现一定性能优势,但这种比较并不能决定选择了谁家的方案就一定能做出优秀的产品。相信大家都能理解,高清IPC的外围设计、产品的功能目标定位、产品市场的定位以及对高清IPC的经验积累和技术沉淀都可能会左右最终产品的实际性能。举个浅显的例子,早期做TI365的有做的不错的,也有很多厂家失败的;安霸虽然方案本身优势多一点,但由于是新切入安防市场的,很多没有高清沉淀的厂家望而却步,或者勉强做出来的产品千差万别;再比如你配置台式电脑,如果你只选择了一颗顶级CPU,并不代表你这台电脑就能有顶级的性能,因为还有主板、内存、显卡、硬盘这些外围呢?甚至不同的操作系统的选择也会体现出不同的性能,这只是举了个不是很严谨的例子,但能说明一定问题的。
    比较.jpg

    方案类型
    安霸A5s
    TI DM368
    海思Hi3516
    方案架构ARM+视频压缩单元ARM+视频压缩单元
    处理器ARM1136J-SARM926EJ-SARM Cortex A9
    主频528 MHz432MHz800MHz
    制造工艺45纳米65纳米未知
    编码算法H.264 BP/MP/HP Level 5.0

    MJPEG

    H.264 BP/MP/HP

    MPEG-4,MPEG-2,MJPEG,VC1/WMV9

    H.264 BP/MP/HP

    MPEG4,MJPEG/JPEG

    最高压缩分辨率10MP@3fps,5MP@12fps,3MP@20fps

    1080P@30fps + D1@30fps + CVBS/HDMI

    1080p,30fps1080P@30fps + D1@30fps
    码流控制1080P/30fps≤4Mbps,CBR/VBR/ConstantQP rate control1080P/30fps≤6Mbps1080P/30fps≤6Mbps
    接口主流接口都支持主流接口都支持主流接口都支持
    3A控制广播级3A支持支持
    功耗1080P模式下≤1W未知未知

    实际应用优势

    在实际应用当中方案本身的优势会通过最终的产品体现出来,比如当组建高清网络传输系统的时候,我们在保持一个较好的高清画质的前提下尽量节省带宽资源,这带来的无疑是传输结构的简化和资源的有效利用,特别是在大型的高清网络视频监控显得尤为重要。安霸方案从早期A2做720P和1080P/30fps的H。264编码只需要2Mbps和4Mbps的网络传输码流,而同期的方案在2Mbps码流时长时间持续压缩720P/30fps的话其芯片的发热量和编码出现异常的几率很高,甚至有时候出现不能完成压缩的现象。这是个很有意思的比较,因为当基于安霸方案的摄像机厂家在宣传这个优势时其他方案厂家也跟着宣传,有点类似模式时代的参数跟风现象,但做不做得到只有用户自己长时间测试过后才知晓其真伪。后来安霸体系的厂家又提出了同样码流看效果,同样效果比码流这些客观的概念让用户能清晰的去辨别高清摄像机的综合性能,这里说的效果当然是指画质、水平解析度等综合指标。
    比起盲目从技术参数上跟风的厂家,安霸体系的厂家更愿意用自身实际有效的技术指标去为客户解决问题。上面说到高清画质、低码流为网络传输带来了优势,同样低码流为高清后端存储解决方案也提供了至关重要的依靠;这里同样有个基本的概念:就是前端摄像机高清视频压缩过后通过网络传输回后端的视频流大小决定了后端存储投资的大小。高清网络视频监控在给用户带来震撼的视觉冲击的同时,后端存储投资收益不可忽视。同样画质的720P或者1080P,码流每增加1Mpbs,那么后端的存储硬盘等介质、以及存储服务器等相应会增加,而这类投资稍微控制不好,整个系统的收益就会严重失衡,这时候有些厂家选择就是强行压低前端投资,但后端的造价一路走高,维护难度和实施难度也随之增加;这种收益失衡很多时候用户看不全,最后得到的是效果也没预期的好,最终造价也没达到预期的控制目标。

    真正的高清不仅仅是做一个分辨率出来,高清实际上所涵盖的意义应该包括优秀的色彩还原、真正的高清的解析度,而这些对于方案本身的3A控制技术是有相当高的要求。安霸在广播视频编解码处理技术上的优势自然的延伸到了安防领域,同时安霸编码方案在H.264算法方面独有的优势让其在低码流、低延时稳定的网络传输、真正的高清画质等方面一直有较大的优势。

    未来发展趋势

    高清永无止境,视频监控一开始就注定了众多的摄像机厂家对更高清画质的不断追求,同时网络传输技术的不断普及和智能分析技术的不断完善,使得高清网络摄像机能够实实在在的为用户解决更具体的困扰。不管TI也好,还是安霸也好,接下来都会发布更多、更实用、更强大的具有智能分析接口的高清方案,比如安霸的S2其主频已经可做到1GHz,其接口更加丰富,并支持4K/UHD超高清图像压缩。而在视频监控领域,TI、安霸、海思甚至其他的方案都将呈现一种百花齐放、各领风骚的态势,各家方案的特点或者性能优势此起彼伏的交替着,作为摄像机厂家或者用户只需要明确自身的市场定位和实际的项目需求选择合适的高清摄像机方案或者最终产品,而且越往后发展,单一某个环节的产品或者某个局部技术规格将不再像现在这样被刻意放大,因为基于整体的高清网络视频监控解决方案呈现在用户面前或许更容易被接受和认可。
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    我认为这篇文章要提一提 对于开发者来说 原厂的技术支持很重要。 不过在中国得到海思的支持比其它厂家的支持要容易一些
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    blacktangel 发表于 2016-12-10 17:26
    我认为这篇文章要提一提 对于开发者来说 原厂的技术支持很重要。 不过在中国得到海思的支持比其它厂家的支 ...

    说的太对了
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