半導體行業助力安防產業實現“綠色環保”

當前環境問題十分突出，實現綠色環保已不單單是種潮流，而是一個必須。半導體制造商的數字電子產品正通過使用各種創新技術，以更少的組件實現更高的質量、更多的選項以及更快的速度，從而實現更低成本的更綠色環保視頻終端系統。

大多數行業現已開始走向“綠色”，但半導體制造商對這一挑戰的高度重視不是近幾年才開始的。遵循摩爾定律，運用各種創新技術，使得數字技術的各項指標，包括功耗、尺寸、成本、密度、處理速度，以及影像傳感器支持的分辨率或者像素數量都呈指數級提升。

嵌入式處理器技術

當前因特網協議IP視頻安全系統的部署無處不在，使用功能最強大的最新嵌入式處理器技術有助于原始設備制造商OEM廠商及原始設計制造商ODM廠商設計和生產節能型IP 網絡攝像機及數碼攝像機 DVR 端對端解決方案。

在過去十年，互補型金屬氧化物半導體CMOS工藝技術有了長足發展，這使制造商每 2 至 3 年就能夠縮小一次嵌入式處理器的幾何尺寸。工藝技術從2000 年的 130 納米縮小到近期更小的 45納米，這使嵌入式處理器能夠在更低的電壓下以更低的功耗運行。除更低電壓外，深亞微米幾何結構可在單個芯片上集成數億個晶體管，使專用于嵌入式處理的半導體產品能夠在提升性能的同時集成更多智能IP。這樣就催生了片上 DVR 與片上 IP 攝像機等功能更強大的更高效視頻處理器。

高能效方案發展策略

沿視頻安全價值鏈，嵌入式處理器技術不但可幫助 OEM 廠商與 ODM廠商采用數量更少的功耗優化型組件設計功能更強的智能系統，而且還可幫助集成商部署現場端對端解決方案，在不犧牲特性或增加系統成本的情況下，減少對環境的總體影響。例如，片上DVR 相當于 10 多個分立式組件的功能，可顯著降低 DVR 應用的板積空間與功耗。

這基本上就是高能效方案理想的發展策略，但在利用深亞微米工藝幾何結構以及設計速度的不斷攀升，需要使用更低電壓閾值時，制造商面臨著動態功耗及靜態功耗的巨大挑戰。部分高級嵌入式處理器現在正在利用從無線移動電話行業引入的各種廣泛智能自適應軟硬件技術，根據最復雜技術的器件活動、運行模式甚至溫度，動態控制電壓、頻率和功耗。這包括低功耗模式與時鐘門控等傳統電源管理技術。正在部署的極具創新的解決方案可幫助進一步降低工作功耗與漏電功耗。

部分解決方案在硅芯片器件層面上實施。主要方案涉及動態電壓與頻率縮放DVFS，不但支持高靈活時鐘方案與斷電模式，而且還可為器件中的各種子系統提供獨立的時鐘控制，從而可實現不足1 V 的低工作電壓運行。

另一個方案是應對硅芯片工藝及溫度變化的自適應電壓縮放AVS。還有一個方案是動態電源切換DPS，可根據工作進程切換至低功耗模式，降低電源漏電。最后的解決方案是待機漏電管理 SLM 和存儲器保持功能。

編解碼與視頻分析技術

編解碼器技術

隨著目前大多數閉路電視 CCTV 系統轉向數字及 IP信息流，半導體核心技術的創新正在幫助大幅降低從攝像機到基礎設施的功耗。此外，視頻處理器可幫助優化視頻流量與存儲，減少對其它基礎設施的需求。這就是為什么與未壓縮視頻或原有編解碼器MPEG-2、MPEG-4相比，可顯著降低存儲和發送視頻所需的數據量。而視頻編解碼技術H.264及可擴展視頻編碼 SVC 高級編解碼器也是視頻安全系統更加綠色環保途徑的重要使能技術。

這些編解碼器利用可編程 DSP 與固定功能 ASIC 等當前低功耗 IC 中現有的處理功能，可實現極高的壓縮比。例如，美國國家電視系統委員會NTSC 標清視頻一般在每秒 30 幀的 720x480 分辨率下，采用 4：2：2 YCrCb 完成數字化的，而這需要每秒超過 165兆數位的數據率。要存儲 90 分鐘的視頻，需要 110GB 以上的存儲空間。H.264 不但可實現 60 比 1的壓縮比，而且還可保持優異的視頻質量，能夠為實現更綠色環保的應用節省帶寬與存儲。同樣，H.264 高配置文件的視頻壓縮比 MPEG-4 標準配置文件的壓縮比高出4 倍以上。

使用根據 2007 年頒布的 H.264/AVC 視頻壓縮標準附錄 G標準化的SVC，可為視頻安全應用增添臨時可擴展性，無需重新編碼便可降低幀速率比如通過丟棄位流中的某些數據包。利用 SVC 臨時可擴展性可為存儲在 CCTV系統中數兆兆字節的視頻數據提供更加環保的管理途徑，避免在一天、一星期或一個月以后為優化存儲而進行額外轉碼。

視頻分析技術

優化視頻流量、數據存儲以及 CCTV 系統效率最具前景的創新之一是邊緣設備上的視頻分析 VA，其可將所有的采集、錄制和存儲功能整合在一個統一IP攝像機中。內建視頻分析技術由最高級的低功耗嵌入式處理器提供支持，可為攝像機提供充足的定向智能，因此只需錄制、傳輸和本地保存必要的視頻序列，無需全天候工作。最常見，也是最穩健的特性是攝像機篡改檢測、觸發區告警、目標計數以及智能動作檢測，其可在DSP、FPGA 或持續運行的專用加速器等可編程內核上實施。

半導體制造商非常重視該挑戰，其可幫助最終用戶降低視頻安全系統的擁有成本，對環境產生積極的直接影響。通過推出高清視頻處理器與寬范圍動態WDR傳感器，OEM 及 ODM 廠商現在可設計和生產百萬像素 IP 攝像機，在更高影像質量下取代多個模擬 CCTV。例如，一個百萬像素 1280x720攝像機能夠取代兩個標清 720x480 模擬攝像機，可實現提高 33% 的視野320 水平像素。部分片上 IP 攝像機近期已具備提供實時4百萬像素視頻的能力，可提供進一步降低能耗的方案。

另外如果相同的 IP 攝像機集成以太網供電 PoE 技術，與既需要視頻同軸線纜，也需要電力線的模擬攝像機相比，可節省大量的線纜。另外，如果 OEM廠商與 ODM 廠商選擇可編程高靈活視頻處理器，而非固定功能 ASIC，他們還可支持整合模擬 CCTV、運動 JPEG MJPEG、MPEG-4、H.264乃至非標準 IP 攝像機的混合配置，不但可實現最大限度的重復使用，而且還可避免全面更換現有基礎設施必然給環境造成的不利影響。

來源：中關村在線

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