剖析我国安防监控领域芯片市场的发展
2014/11/25 16:35         关键字:安防监控,芯片市场,智能分析      浏览量:
安防行业新技术、新产品、新服务的不断推出,其应用和普及速度加快,衍生出大量新需求,极大地拓展了安防芯片产业的发展空间。视频监控设备将不再局限于银行、交通、平安城市这样的行业用户领域内,而是带动民用市场的快速发展,从而将安防监控产业越做越大,市场前景更加美好。

  作为安防行业上游环节的芯片行业,每一步改进都影响着安防产业的总体脉搏,决定了安防技术的级别。

  用户选择芯片,编解码技术是重要的衡量指标,在视频监控应用中,未来的芯片产品研发明显趋势之一是支持新的视频标准,如H.265/SAVC、AVS等,而能够支持多种格式编解码的能力更是亮点之一。而随着高清时代的到来,除了编解码技术外,经济原因也成为很多用户考虑的问题,很多人都在寻找一种过渡更好同时更经济的“摄像机+芯片”解决方案。

  一、安防高清发展升温,编解码技术是前提

  1.编码格式成安防芯片技术革新之一

  编码格式的进步是安防芯片的技术革新之一,在安防芯片快速发展的最近几年,编码方式经历了从H.263到MPEG4,再发展到H.264的过程,虽然每一种编码格式在它生命的初期都会比较曲折,尤其是对于后端的解码能力来说更是一个巨大的挑战,但是其革新的脚步却从未停息。目前,90%以上的安防数字产品都在采用H.264算法,而新一代的H.265芯片已经开始生产,相应的配套产品也已经亮相2014安博会,预计2~3年左右,H.265编码格式将全面应用于安防数字产品,更高的压缩效率更低的编码码流,又将推动安防产业进入一个新的时代。

  与之前数字产品功能较为单一相比,目前的联网趋势使得安防数字产品尤其是DVR和NVR具备了很多的周边业务,包括报警、存储、转发、网络、显示以及本机业务管理等。这些业务的加入,使得安防芯片的集成度越来越高,越来越趋向于单芯片系统解决大部分的问题,多业务能力也已经成为衡量安防芯片能力的一个重要因素。

  2.高清编解码是未来芯片发展关键

  1999年,飞利浦PNX1300芯片在中国推广并得到应用;2003年,TI正式进军中国视频监控领域;2004年,海思在全球率先推出H.264soc监控专用芯片;几乎同时,台湾升迈整合ARMcore,兼容FA526CPU和MPEG4/MJPEGcodec及多项外围IP,为数字监控量身打造了视频编解码芯片SoC。

  经过十年发展,芯片编码能力有了很大提升——之前要实现1080P的图像质量需要10颗芯片编码,而现在仅需2~3颗即可。结合市场需求,追求更好的图像品质是用户感觉“合理且永恒”的要求,而随着智能监控时代的来临,为了满足监控系统对视频图像的分析处理要求,高清几乎成了“标配”要求,这对芯片编解码能力提出了更大的挑战。

  从当前主流芯片厂商所推出的产品来看,大多数企业均有支持高清格式的产品,如ADI的ADV202、212产品可以支持高清格式;TI的DM355可支持720p下的MPEG4实时编码,均可以实现高清模式。当然,这也给“压缩算法”提出了更高的要求:随着图像画质要求升高,压缩算法不断升级,市场主流压缩算法向H.264、H.265甚至更高级的算法发展,算法不断地提高压缩比并进行优化,运算量变得更加复杂,除了解码器的兼容性和编码器的压缩质量的基本要求,高速的系统架构、内存频宽、高效率的DMA控制器,甚至多核的平行处理都成为芯片厂商的追求。

  二、主流“芯”方案满足高清规模化应用

  高清是未来大势,但从哪条道路上走向高清,行业中却是充斥着各种不同的声音。如何从D1过渡到720P、1080P甚至更高级别,很多用户都在寻找一种更经济的过渡方案。

  最早推出的网络高清因为实时、带宽、存储、兼容、成本等问题难以在短时间之内规模化应用,以至于推广覆盖速度未能达到行业的预期。今年高清虽然已在多个行业试点应用,但多久才能实现规模化尚未可知,而且即便高清大量上马,不同市场必然还存在对不同画质的需求。对此,芯片商积极思考,充分准备,相继推出IP、HD-SDI、960H等高清方案,为用户、集成商等提供多种选择。

  主角一:IP方案(IP百万摄像机+图像传感器+编解码+压缩芯片)

  IP百万高清无疑会成为最主流的选择,由于运算的复杂度非常大,对芯片要求也很高。IP摄像机的末端核心压缩芯片CODEC主导了视频输出后传的条件,包括影像流量、码流数提供、处理CPU速度、画面延时差、视频帧数速度及耗热等,随着技术进步,该芯片的这些性能与过去相比有很大的提升。同时各厂商在变动码流与固定码流量压缩率方面也有很大进步,过去720P的码流高达4Mbps,1080p甚至达到8Mbps,现在IP百万在720p@30fps可以压在2~3Mbps,1080p仅需要6Mbps,大大减轻了传输的负担。

  从芯片供应商角度看,海思芯片的推出让TI不再是高端百万IP摄像机的唯一选择,用户多了更多的选择,而海思芯片效能上的升级改进也吸引了很多使用者的目光。当然,半导体行业一直在提升性能,安防用的核心芯片一直在改进并不断有新的方案出台,芯片商也在不断调整产品规划,所以市场存在的变化因素依然很多,未来是否会有更多厂商选择海思我们还需静观。

  主角二:HD-SDI方案(SDI摄像机+芯片+传感器+ISP)

  更好的画质,更低甚至可以忽略不计的延时,与原有模拟系统良好的兼容性,HD-SDI让大多数没有IP背景的工程商、集成商眼前一亮,引起了多家芯片厂商的注意。安霸、TI、海思等厂家纷纷加入HD-SDI芯片市场角逐,Gennum不再一枝独秀,同时ISP方案的推出,也让SDI摄影机厂商在组件上的选择更多,更好地体现了差异化,促使HD-SDI芯片方案在结构及成本上出现差异化竞争,所以HD-SDI视频设备厂商在选择时不妨考虑这个方案。但在此强调的是,视频设备商对芯片的观察也不能停留在单一芯片上,整体的芯片方案需要观察组件的搭配,芯片、传感器及ISP(DSP)共同影响着其产品形式和成本,这一点也是很重要的。

  主角三:960H方案(960H摄像机+处理器+芯片)

  被业内称为模拟高清的960H方案由Techwell和索尼公司共同定义和开发,被视为高清的过渡方案而大受关注。960H内部组件多采用SonyEffioDSP+SonyHADSensor,Effio分为P、S、E三级,可搭配一般功能的SonyHAD-II,或具备WDR/BLC/DN功能的SuperHAD-II。

  960H摄影机的出现,令DSP市场再起波澜,而以WDR/BLC/DNR为标准配置的需求会带动DSP(ISP)的销售。可以看到,960HDSP与960HENCODER/DECODER是较新发展的芯片,而960H的竞争更多的被视为是DSP效能的竞争。

  目前韩日都有生产960HDSP,韩国Nextchip也推出了NVP2180/2190及2080/2090的960HDSP成熟版。产品供应商也在投入960H的产品生产。不过,960H的产品化和应用还存在诸多的不足。例如960H格式目前LCD都不支持,无法在LCD监视器全部显示。CRT监视器可以完整显示效果较好,但已很少生产,960H在模拟录像下损失部分画面,可能影响证据完整性,因此960H在产品和应用后端方面还有诸多难题需要解决。

  三、同质化下,安防厂家的个性化策略

  高清方案可选择性相对不多,在众厂家都使用同一种芯片的情况下,如何规避同质化是安防厂家所必须面对的一个问题,“做出特色、做出差异化”成为了企业当前研发的主要难点。

  对于中高端定位的安防厂家来说,针对芯片的二次开发能力非常重要。二次研发要求企业更严格的研发管理和对客户及时的反馈跟进,以更好的用户体验和性能分配作为研发重点。例如基于硬盘断电丢失时间的严格要求而做文件系统优化,需要深入芯片底层进行一些独特处理。二次开发的难点则主要在于对客户需求的理解,企业需要开发出更多的功能,但芯片资源是有限的,在平衡客户需求和产品的性能上需要一个很好的折中。

  在规避同质化问题上,定制化被安防厂家越来越看重,但实现定制化并不容易,一是对客户需求的理解和评估,二是更好的原材料和生产掌控,根据不同芯片厂商在芯片的低照、清晰度、宽动态、编码效率、扩展性等功能的侧重性,开发不同针对性的产品,如索尼在低照度方面处理较好,企业在低照度摄像机方案可选用索尼芯片,而Pixem在宽动态效果处理上有侧重性,企业可选择Pixem芯片开发宽动态摄像机产品。

  如果芯片商能予以重视的话,对于设备供应商无疑是强有力的支持,供应商和芯片商互相绑在一起共同成长也并非没有可能。不过,对于绝大多数厂商来说,眼下更实际的还是充分掌握芯片资源,尽量争取上游支持,研发更有行业共性的产品。

  四、中国“安防芯”可应时而动

  安防朝着数字化、网络化、智能化的趋势飞速发展,技术、产品和系统形态发生了变革,这也决定了谁具备了自主研发的能力和掌握了核心技术的优势,谁就能在变革中成为主导者。芯片技术作为安防产业链中的核心环节,也成为中国厂家竞相争夺的市场。

  目前国内生产资源非常丰富,同时工业化、标准化及第三方的介入给芯片设计业者提供了快速进入市场的可能,推动了芯片国产化和产业化的逐步升级。从技术角度来看,安防应用系统已经明显地分为前端、管理平台、通信交换、存储管理等,也产生了很多同业务结合的行业应用化的管理平台。目前工程商、设备厂商、集成商、工程商处于博弈阶段,未来谁能在行业中起主导作用还不明朗,但网络化、智能化、IT和安防的融合与应用将是未来安防行业发展的主要方向,这种融合不仅会扩宽行业的发展面,也将改变、完善产业链上的各种产品,促使行业实现更好的发展。

  而SVAC标准的颁布,解决了监控视音频编码面临的实际问题,是符合我国安防监控应用需要、具有我国自主知识产权的视音频编解码标准。SVAC标准研制工作有利于在安防领域实现向国际标准的突破。SVAC标准是安防数字化、高清化、智能化的基础技术。SVAC标准的核心就在于其不仅针对监控实际需求,解决监控音视频编码面临的实际问题;而且还能忠实于场景的音视频编码。在保证音视频质量的前提下,SVAC标准可以提供较高的编码效率;在同等性能的前提下,具体算法优先采用具有国内自主知识产权的方案,并且具有灵活可扩展的架构。

  作为参与制定SAVC标准的单位之一,中星微发布的支持国家标准SVAC的数字多媒体芯片,SVAC为一直趋于弱势地位的民族安防芯片产业引入新的生机,也为安防民族品牌的发展保持着良好的推动力。随着国产芯片技术的不断提升,安防产业链上的纯国产化也将得以实现。

  五、未来演进方向

  各厂家都在追求产品集成度的提升:现有芯片可以实现4路1080p高清码流,多路高清成为芯片发展的一个趋势;另外,在芯片上集成更多组件的功能也是一个趋势所在。

  另一个孜孜以求的方向是智能分析:除了TI、海思之外,作为老牌芯片商ADI目前推出了针对安防监控系统推出的BlackfinBF60x处理器系列;市场上的流水线视觉处理器PVP,可以提供12个高性能,配置灵活的信号处理模块(卷积,缩放,算数等),支持各种常用算法例如阀值、直方图、积分及可用于加速多达五个并行图像算法,从而实现对象跟踪、检测和识别性能,以应对安防产业对智能分析识别的需求。

  云端安防也是市场的趋势所在,芯片商也应该根据市场的需求,提供效能更优异的影像编解能力来减轻云端服务器的负荷。此外,芯片商也在考虑提供更快速的视频图像编解码技术以减轻服务器的负荷,高集成度、高负荷之下必然带来高功耗,芯片商也在节能方面考虑较多,像TI亦有朝向节能芯片的趋势。

  面对越来越高要求的安防监控要求,具有更快运算处理速度、更高集成度、可应对更高复杂度的智能分析、更为强大的网络功能且更低功耗的芯片,已然是安防厂商共同关心的要素。虽然不可能有一颗芯片可以十全十美地对应市场上的所有功能,但市场的期待总是芯片商努力的方向。

  安防行业新技术、新产品、新服务的不断推出,其应用和普及速度加快,衍生出大量新需求,极大地拓展了安防芯片产业的发展空间。视频监控设备将不再局限于银行、交通、平安城市这样的行业用户领域内,而是带动民用市场的快速发展,从而将安防监控产业越做越大,市场前景更加美好。

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