當(dāng)前環(huán)境問題十分突出，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保已不單單是種潮流，而是一個必須。半導(dǎo)體制造商的數(shù)字電子產(chǎn)品正通過使用各種創(chuàng)新技術(shù)，以更少的組件實(shí)現(xiàn)更高的質(zhì)量、更多的選項(xiàng)以及更快的速度，從而實(shí)現(xiàn)更低成本的更綠色環(huán)保視頻終端系統(tǒng)。
大多數(shù)行業(yè)現(xiàn)已開始走向“綠色”，但半導(dǎo)體制造商對這一挑戰(zhàn)的高度重視不是近幾年才開始的。遵循摩爾定律，運(yùn)用各種創(chuàng)新技術(shù)，使得數(shù)字技術(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)，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?cái)?shù)量)都呈指數(shù)級提升。
嵌入式處理器技術(shù)
當(dāng)前因特網(wǎng)協(xié)議(IP)視頻安全系統(tǒng)的部署無處不在，使用功能最強(qiáng)大的最新嵌入式處理器技術(shù)有助于原始設(shè)備制造商(OEM)廠商及原始設(shè)計(jì)制造商(ODM)廠商設(shè)計(jì)和生產(chǎn)節(jié)能型IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及數(shù)碼攝像機(jī)(DVR)端對端解決方案。
在過去十年，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝技術(shù)有了長足發(fā)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(shù)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(yùn)行。除更低電壓外，深亞微米幾何結(jié)構(gòu)可在單個芯片上集成數(shù)億個晶體管，使專用于嵌入式處理的半導(dǎo)體產(chǎn)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(jī)等功能更強(qiáng)大的更高效視頻處理器。
高能效方案發(fā)展策略
沿視頻安全價值鏈，嵌入式處理器技術(shù)不但可幫助OEM廠商與ODM廠商采用數(shù)量更少的功耗優(yōu)化型組件設(shè)計(jì)功能更強(qiáng)的智能系統(tǒng)，而且還可幫助集成商部署現(xiàn)場端對端解決方案，在不犧牲特性或增加系統(tǒng)成本的情況下，減少對環(huán)境的總體影響。例如，片上DVR相當(dāng)于10多個分立式組件的功能，可顯著降低DVR應(yīng)用的板積空間與功耗。
這基本上就是高能效方案理想的發(fā)展策略，但在利用深亞微米工藝幾何結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)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(tài)功耗及靜態(tài)功耗的巨大挑戰(zhàn)。部分高級嵌入式處理器現(xiàn)在正在利用從無線移動電話行業(yè)引入的各種廣泛智能自適應(yīng)軟硬件技術(shù)，根據(jù)最復(fù)雜技術(shù)的器件活動、運(yùn)行模式甚至溫度，動態(tài)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(tǒng)電源管理技術(shù)。正在部署的極具創(chuàng)新的解決方案可幫助進(jìn)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(shí)施。主要方案涉及動態(tài)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(tǒng)提供獨(dú)立的時鐘控制，從而可實(shí)現(xiàn)不足1V的低工作電壓運(yùn)行。
另一個方案是應(yīng)對硅芯片工藝及溫度變化的自適應(yīng)電壓縮放(AVS)。還有一個方案是動態(tài)電源切換(DPS)，可根據(jù)工作進(jìn)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(jī)漏電管理(SLM)和存儲器保持功能。
編解碼器技術(shù)
隨著目前大多數(shù)閉路電視(CCTV)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向數(shù)字及IP信息流，半導(dǎo)體核心技術(shù)的創(chuàng)新正在幫助大幅降低從攝像機(jī)到基礎(chǔ)設(shè)施的功耗。此外，視頻處理器可幫助優(yōu)化視頻流量與存儲，減少對其它基礎(chǔ)設(shè)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(fā)送視頻所需的數(shù)據(jù)量。而視頻編解碼技術(shù)H.264及可擴(kuò)展視頻編碼(SVC)高級編解碼器也是視頻安全系統(tǒng)更加綠色環(huán)保途徑的重要使能技術(shù)。
這些編解碼器利用可編程DSP與固定功能ASIC等當(dāng)前低功耗IC中現(xiàn)有的處理功能，可實(shí)現(xiàn)極高的壓縮比。例如，美國國家電視系統(tǒng)委員會(NTSC)標(biāo)清視頻一般在每秒30幀的720x480分辨率下，采用4：2：2YCrCb完成數(shù)字化的，而這需要每秒超過165兆數(shù)位的數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)60比1的壓縮比，而且還可保持優(yōu)異的視頻質(zhì)量，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)更綠色環(huán)保的應(yīng)用節(jié)省帶寬與存儲。同樣，H.264高配置文件的視頻壓縮比MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)配置文件的壓縮比高出4倍以上。
使用根據(jù)2007年頒布的H.264/AVC視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)附錄G標(biāo)準(zhǔn)化的SVC，可為視頻安全應(yīng)用增添臨時可擴(kuò)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(shù)據(jù)包)。利用SVC臨時可擴(kuò)展性可為存儲在CCTV系統(tǒng)中數(shù)兆兆字節(jié)的視頻數(shù)據(jù)提供更加環(huán)保的管理途徑，避免在一天、一星期或一個月以后為優(yōu)化存儲而進(jìn)行額外轉(zhuǎn)碼。
視頻分析技術(shù)
優(yōu)化視頻流量、數(shù)據(jù)存儲以及CCTV系統(tǒng)效率最具前景的創(chuàng)新之一是邊緣設(shè)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(tǒng)一IP攝像機(jī)中。內(nèi)建視頻分析技術(shù)由最高級的低功耗嵌入式處理器提供支持，可為攝像機(jī)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(wěn)健的特性是攝像機(jī)篡改檢測、觸發(fā)區(qū)告警、目標(biāo)計(jì)數(shù)以及智能動作檢測，其可在DSP、FPGA或持續(xù)運(yùn)行的專用加速器等可編程內(nèi)核上實(shí)施。
半導(dǎo)體制造商非常重視該挑戰(zhàn)，其可幫助最終用戶降低視頻安全系統(tǒng)的擁有成本，對環(huán)境產(chǎn)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(tài)(WDR)傳感器，OEM及ODM廠商現(xiàn)在可設(shè)計(jì)和生產(chǎn)百萬像素IP攝像機(jī)，在更高影像質(zhì)量下取代多個模擬CCTV。例如，一個百萬像素(1280x720)攝像機(jī)能夠取代兩個標(biāo)清(720x480)模擬攝像機(jī)，可實(shí)現(xiàn)提高33%的視野(320水平像素)。部分片上IP攝像機(jī)近期已具備提供實(shí)時4百萬像素視頻的能力，可提供進(jìn)一步降低能耗的方案。
另外如果相同的IP攝像機(jī)集成以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)，與既需要視頻同軸線纜，也需要電力線的模擬攝像機(jī)相比，可節(jié)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(yùn)動JPEG(MJPEG)、MPEG-4、H.264乃至非標(biāo)準(zhǔn)IP攝像機(jī)的混合配置，不但可實(shí)現(xiàn)最大限度的重復(fù)使用，而且還可避免全面更換現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施必然給環(huán)境造成的不利影響。
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