车载硬盘录像机-从芯片层面来谈嵌入式DVR的发展

车载硬盘录像机-从芯片层面来谈嵌入式DVR的发展 DVR的技术发展史可简单概括为一个从单路到多路，集成度逐渐增加，每路成本从高到低的过程。而芯片技术在这其中又扮演了极其重要的角色。本文主要从芯片技术层面来分析DVR的发展过程和未来趋势，和读者共同分享。 随着国民经济的迅速发展，嵌入式硬盘录像机，即DVR得到了长足的发展和广泛的应用。其中，DVR的硬件架构在这发展迅速的几年里，也发生了一些变化。下面我们就从芯片技术层面来分析一下DVR的历史、现在以及未来的发展趋势。 基本上，DVR的技术发展史可简单概括为一个从单路到多路，集成度逐渐增加，每路成本从高到低的过程。目前我们能看到的是，在这个技术变革之中，最大的推动力是成本下降，没有一次是突然单独的技术演变。而芯片技术又在这其中扮演了极其重要的角色。可以看出，市场才是检验DVR技术唯一的标准。 下面我们先介绍一下DVR的的基本规格及其内部架构(如图1）。目前市面上的DVR规格中主要的硬件部分大概为必须同时支持视音频、USB接口、可选VGA输出、网络输出、可接SATA硬盘、鼠标控制现在也是标准配置。其它软件部分大概的规格有如视频分辨率必须达到400线以上，有些甚至要求430线；压缩图像一般要求各种格式大小可转换；亮色分离部分必须做得很好，不能有串扰等等。 DVR的主流方案 DVR方案设计中的主芯片可粗略分为两部分，一是前端视频解码部分和画面合成部分; 二是后端视频压缩解压缩部分。早在2003年之前，中国DVR的主流硬件方案大部分是飞利浦半导体的SAA7113+PNX13系列（见图2）。（SAA7113是飞利浦半导体早期最流行的一颗视频A/D转换芯片，它面市时间很早，但是由于长期没有升级换代，无梳状滤波器，A/D量化也是八位，所以性能在现在来讲比较差。PNX13系列也是飞利浦半导体早期的Trimedia系列DSP，有1300/1301/1303等几个型号，总资源大概是可压缩一路CIF实时的图像。）我们暂且称它为中国DVR第一代方案。 这个方案流行了相当长一段时间，甚至现在在某些公司，它仍然是主流方案。它的优缺点都非常明显，优点就是结构简单，灵活度高；缺点就是采用了飞利浦的SAA7113解码芯片，分辨率偏低，无梳状滤波器，影响了整体视频质量。PNX1300的能力也偏弱，只能处理一路CIF，整个方案的集成度也偏低。不管怎么样，Philips半导体芯片方案在这个年代影响力是最大的。在同一时代内，除飞利浦方案之外，也有一些ASIC方案。 这个方案的优点就是第一次采用了Techwell的四合一视频*，整合度高，视频质量好；缺点就是ASIC压缩方式此时还不够灵活，规格离最好的应用还有一些差距。在这个DVR方案的初期形成阶段，还有一些因素值得我们注意。一是从这时期开始，中国的DVR方案主流压缩方式逐渐从最早的Motion-JPEG和MPEG-1过渡到了MPEG-4；二是国内形成大批专业的DVR设计生产制造企业。三是在这个时期内，有相当多的半导体公司进入了中国DVR领域，飞利浦半导体、 Techwell（特威半导体）、ADI、韩国Intime、Pentamicro等等。 中国DVR第二代方案，也就是由Techwell （特威半导体）、ADI、TI、 NXP四家芯片方案提供商提供的主流方案。Techwell作为前端视频解码芯片提供商，依靠其优秀的视频解码质量以及贴近市场的技术支持服务，占有90%以上前端解码部分市场份额，这也可称为是中国DVR行业的一个历史转折点。在行业内，单芯片率先可以集合四路音视频解码、画面分割合成、移动侦测、OSD、Scaler等。而且从这时候起，Techwell作为DVR市场一个重要参与者的身份出现了，取代了以前飞利浦解码芯片的垄断地位，改变了整个DVR市场的格局。在DSP方面，ADI的DSP性价比最好，目前浙江大华大部分采用此方案，此方案在现有的DVR方案里面占有举足轻重的地位；随后，TI在DVR领域异军突起，依靠较强的DSP运算能力，借道杭州海康威视取得后端压缩部分比较多的市场份额；NXP作为Phlips DSP的继承者，依然占据了相当大的后端压缩部分市场份额，大部分的DSP使用者仍在使用NXP的Tremedia DSP系列，因为其使用简单方便，与上一代流行的PNX13系列DSP有很大的技术继承性。另外，还由于很多的DVR厂商因为它的使用方便性，仍然在使其作为主控CPU。 下面我们简单介绍这几个方案。 这个方案之所以有竞争力，是因为它同时利用了Techwell TW2835(TW2835是Techwell在2006年底推出的高整合度前端芯片，同时四路音视频解码，并且集成了画面合成功能等等，是一颗DVR前端专用芯片) 的高整合度以及ADI BF561的低成本（BF561是ADI公司的Blackfin系列的DSP，它的总资源可压缩4路实时CIF的图像），使得整个方案成本得到了控制的同时，品质得到了很大的保证。对比起以前的Philips方案，它使用TW2835使得整个八路系统主芯片的数量大幅降低，系统架构变得更为简单，并且图像分辨率达到了430线以上，梳状滤波器的性能也达到4H，对复杂图像的处理能力大大提升了。 这个方案设计得非常巧妙，之所以巧妙是因为它使用了TW2815特有的功能，使得以前的DM642（DM642是TI现在在DVR行业出货量最大的一个DSP，它的总资源大概是可压缩8路实时CIF的图像）方案从一芯四路向一芯八路实现了平滑的转变，使得TI方案的单路成本降低了很多。但是由于TI的市场策略原因，DM642成本非常贵，导致这个方案并没有得到所有厂家的认可，杭州海康威视是这个方案最大的拥护者。 这个方案的优点是极大地提高了整合度，利用了Techwell的四合一解码加上画面分割器单芯片解决方案，最大限度地整合了资源，提高了效率。另外这个方案在后端采用了最新的飞利浦15和17系列DSP，图像处理能力增加到了8路实时CIF或者2路实时D1、MPEG-4，并且同时利用Trimedia作主控芯片。这个方案带给中国DVR行业一些新的概念，如画面分割、一芯八路、多路回放、非实时应用等。 <BR>中国DVR的第三代方案，也就是现在正在设计的方案还有未来的方案。现在流行，性价比高的是TW2835+SOC方案，在这其中SOC可以是台湾智源（Faraday）、美国Mobilygen、中国大陆海思半导体（Hisilicon）、以及韩系的Pentamicro等等。 这个方案的优点是显而易见的，整个方案只用了两颗主芯片 TW2835+SOC。TW2835的高整合度和SOC(20世纪90年代中期，因使用ASIC实现芯片组受到启发，萌生应该将完整计算机所有不同的功能块一次直接集成于一颗硅片上的想法。这种芯片，初始起名叫System on a Chip(SoC)，直译的中文名是系统级芯片。)的低成本高性价比结合在一起，使得整个方案性价比最优。 目前，市面上的SOC提供厂家多达几十家，他们都是原来从消费类电子转入安防行业的，他们的共同特点就是压缩能力强大，但芯片规格不全面，所以他们不约而同地都选择了Techwell作为他们的前端战略合作伙伴以弥补这一缺陷。Techwell的TW2835加上智源的FIC8180方案可能是目前DVR市场上量产客户数量最多的一家。它的面市时间点比较好，集成的ARM速度也比较快，市场价格也比较有竞争力；另一个比较流行的ASIC方案就是Techwell的TW2834加上海思的Hi3510，这是因为Hi3510是SOC，集成度比较高，另外海思在技术支持方面比较到位；至于韩系的芯片方案，在前几年比较流行，随着进入安防半导体公司的增多，他们的竞争力越来越低，几乎销声匿迹，这是因为他们比技术要弱于美国，比成本输于台湾公司，本土化很差，导致技术支持和对市场的理解度又输给本土公司。美系的芯片几乎都是压缩能力很强，但是因为成本方面的原因，可能到最后会占据一些高端ASIC市场。 DVR芯片技术的发展趋势 今后，DVR有两个方向是我们不得不关注的，一个是新的、功能更全面更强大的SOC；另一个就是继续工作主频相对更快的DSP。从大方向来讲，未来SOC肯定会成为主流，主要是有两方面的原因：一是因为DVR规格一旦确定下来，SOC的压缩能力提高得非常迅速，而且更容易大规模量产，这会使得它在成本方面更有优势；二是因为SOC开发门槛相对较低，这使得快速推出产品，缩短新成品周期成为可能。至于DSP，它们在未来肯定会继续占据高端市场，市场需要更多的灵活性，但是在出货数量上，将会大规模下降。 除了这些传统架构的DVR之外，最后还有一些技术动向尤其值得我们注意。一是未来DVR研发的重心将会由压缩部分转为显示部分，这是因为压缩部分已经日渐成熟，而显示部分又是终端客户购买DVR一个最大的参考因素，目前看来，1080P在日后会成为一个重要的引导性的概念；二是后端芯片部分会慢慢转向集中控制和智能分析。