車載硬盤錄像機-從芯片層面來談嵌入式DVR的發展

車載硬盤錄像機-從芯片層面來談嵌入式DVR的發展

DVR的技術發展史可簡單概括爲一個從單路到多路，集成度逐漸增加，每路成本從高到低的過程。而芯片技術在這其中又扮演了極其重要的角色。本文主要從芯片技術層面來分析DVR的發展過程和未來趨勢，和讀者共同分享。

隨着國民經濟的迅速發展，嵌入式硬盤錄像機，即DVR得到了長足的發展和廣泛的應用。其中，DVR的硬件架構在這發展迅速的幾年裏，也發生了一些變化。下面我們就從芯片技術層面來分析一下DVR的歷史、現在以及未來的發展趨勢。

基本上，DVR的技術發展史可簡單概括爲一個從單路到多路，集成度逐漸增加，每路成本從高到低的過程。目前我們能看到的是，在這個技術變革之中，最大的推動力是成本下降，沒有一次是突然單獨的技術演變。而芯片技術又在這其中扮演了極其重要的角色。可以看出，市場纔是檢驗DVR技術唯一的標準。

下面我們先介紹一下DVR的的基本規格及其內部架構(如圖1）。目前市面上的DVR規格中主要的硬件部分大概爲必須同時支持視音頻、USB接口、可選VGA輸出、網絡輸出、可接SATA硬盤、鼠標控制現在也是標準配置。其它軟件部分大概的規格有如視頻分辨率必須達到400線以上，有些甚至要求430線；壓縮圖像一般要求各種格式大小可轉換；亮色分離部分必須做得很好，不能有串擾等等。

DVR的主流方案

DVR方案設計中的主芯片可粗略分爲兩部分，一是前端視頻解碼部分和畫面合成部分; 二是後端視頻壓縮解壓縮部分。早在2003年之前，中國DVR的主流硬件方案大部分是飛利浦半導體的SAA7113+PNX13系列（見圖2）。（SAA7113是飛利浦半導體早期最流行的一顆視頻A/D轉換芯片，它面市時間很早，但是由於長期沒有升級換代，無梳狀濾波器，A/D量化也是八位，所以性能在現在來講比較差。PNX13系列也是飛利浦半導體早期的Trimedia系列DSP，有1300/1301/1303等幾個型號，總資源大概是可壓縮一路CIF實時的圖像。）我們暫且稱它爲中國DVR第一代方案。

這個方案流行了相當長一段時間，甚至現在在某些公司，它仍然是主流方案。它的優缺點都非常明顯，優點就是結構簡單，靈活度高；缺點就是採用了飛利浦的SAA7113解碼芯片，分辨率偏低，無梳狀濾波器，影響了整體視頻質量。PNX1300的能力也偏弱，只能處理一路CIF，整個方案的集成度也偏低。不管怎麼樣，Philips半導體芯片方案在這個年代影響力是最大的。在同一時代內，除飛利浦方案之外，也有一些ASIC方案。

這個方案的優點就是第一次採用了Techwell的四合一視頻*，整合度高，視頻質量好；缺點就是ASIC壓縮方式此時還不夠靈活，規格離最好的應用還有一些差距。在這個DVR方案的初期形成階段，還有一些因素值得我們注意。一是從這時期開始，中國的DVR方案主流壓縮方式逐漸從最早的Motion-JPEG和MPEG-1過渡到了MPEG-4；二是國內形成大批專業的DVR設計生產製造企業。三是在這個時期內，有相當多的半導體公司進入了中國DVR領域，飛利浦半導體、 Techwell（特威半導體）、ADI、韓國Intime、Pentamicro等等。

中國DVR第二代方案，也就是由Techwell （特威半導體）、ADI、TI、 NXP四家芯片方案提供商提供的主流方案。Techwell作爲前端視頻解碼芯片提供商，依靠其優秀的視頻解碼質量以及貼近市場的技術支持服務，佔有90%以上前端解碼部分市場份額，這也可稱爲是中國DVR行業的一個歷史轉折點。在行業內，單芯片率先可以集合四路音視頻解碼、畫面分割合成、移動偵測、OSD、Scaler等。而且從這時候起，Techwell作爲DVR市場一個重要參與者的身份出現了，取代了以前飛利浦解碼芯片的壟斷地位，改變了整個DVR市場的格局。在DSP方面，ADI的DSP性價比最好，目前浙江大華大部分採用此方案，此方案在現有的DVR方案裏面佔有舉足輕重的地位；隨後，TI在DVR領域異軍突起，依靠較強的DSP運算能力，借道杭州海康威視取得後端壓縮部分比較多的市場份額；NXP作爲Phlips DSP的繼承者，依然佔據了相當大的後端壓縮部分市場份額，大部分的DSP使用者仍在使用NXP的Tremedia DSP系列，因爲其使用簡單方便，與上一代流行的PNX13系列DSP有很大的技術繼承性。另外，還由於很多的DVR廠商因爲它的使用方便性，仍然在使其作爲主控CPU。 下面我們簡單介紹這幾個方案。

這個方案之所以有競爭力，是因爲它同時利用了Techwell TW2835(TW2835是Techwell在2006年底推出的高整合度前端芯片，同時四路音視頻解碼，並且集成了畫面合成功能等等，是一顆DVR前端專用芯片) 的高整合度以及ADI BF561的低成本（BF561是ADI公司的Blackfin系列的DSP，它的總資源可壓縮4路實時CIF的圖像），使得整個方案成本得到了控制的同時，品質得到了很大的保證。對比起以前的Philips方案，它使用TW2835使得整個八路系統主芯片的數量大幅降低，系統架構變得更爲簡單，並且圖像分辨率達到了430線以上，梳狀濾波器的性能也達到4H，對複雜圖像的處理能力大大提升了。

這個方案設計得非常巧妙，之所以巧妙是因爲它使用了TW2815特有的功能，使得以前的DM642（DM642是TI現在在DVR行業出貨量最大的一個DSP，它的總資源大概是可壓縮8路實時CIF的圖像）方案從一芯四路向一芯八路實現了平滑的轉變，使得TI方案的單路成本降低了很多。但是由於TI的市場策略原因，DM642成本非常貴，導致這個方案並沒有得到所有廠家的認可，杭州海康威視是這個方案最大的擁護者。

這個方案的優點是極大地提高了整合度，利用了Techwell的四合一解碼加上畫面分割器單芯片解決方案，最大限度地整合了資源，提高了效率。另外這個方案在後端採用了最新的飛利浦15和17系列DSP，圖像處理能力增加到了8路實時CIF或者2路實時D1、MPEG-4，並且同時利用Trimedia作主控芯片。這個方案帶給中國DVR行業一些新的概念，如畫面分割、一芯八路、多路回放、非實時應用等。 <BR>中國DVR的第三代方案，也就是現在正在設計的方案還有未來的方案。現在流行，性價比高的是TW2835+SOC方案，在這其中SOC可以是臺灣智源（Faraday）、美國Mobilygen、中國大陸海思半導體（Hisilicon）、以及韓系的Pentamicro等等。

這個方案的優點是顯而易見的，整個方案只用了兩顆主芯片 TW2835+SOC。TW2835的高整合度和SOC(20世紀90年代中期，因使用ASIC實現芯片組受到啓發，萌生應該將完整計算機所有不同的功能塊一次直接集成於一顆硅片上的想法。這種芯片，初始起名叫System on a Chip(SoC)，直譯的中文名是系統級芯片。)的低成本高性價比結合在一起，使得整個方案性價比最優。

目前，市面上的SOC提供廠家多達幾十家，他們都是原來從消費類電子轉入安防行業的，他們的共同特點就是壓縮能力強大，但芯片規格不全面，所以他們不約而同地都選擇了Techwell作爲他們的前端戰略合作伙伴以彌補這一缺陷。Techwell的TW2835加上智源的FIC8180方案可能是目前DVR市場上量產客戶數量最多的一家。它的面市時間點比較好，集成的ARM速度也比較快，市場價格也比較有競爭力；另一個比較流行的ASIC方案就是Techwell的TW2834加上海思的Hi3510，這是因爲Hi3510是SOC，集成度比較高，另外海思在技術支持方面比較到位；至於韓系的芯片方案，在前幾年比較流行，隨着進入安防半導體公司的增多，他們的競爭力越來越低，幾乎銷聲匿跡，這是因爲他們比技術要弱於美國，比成本輸於臺灣公司，本土化很差，導致技術支持和對市場的理解度又輸給本土公司。美系的芯片幾乎都是壓縮能力很強，但是因爲成本方面的原因，可能到最後會佔據一些高端ASIC市場。

DVR芯片技術的發展趨勢

今後，DVR有兩個方向是我們不得不關注的，一個是新的、功能更全面更強大的SOC；另一個就是繼續工作主頻相對更快的DSP。從大方向來講，未來SOC肯定會成爲主流，主要是有兩方面的原因：一是因爲DVR規格一旦確定下來，SOC的壓縮能力提高得非常迅速，而且更容易大規模量產，這會使得它在成本方面更有優勢；二是因爲SOC開發門檻相對較低，這使得快速推出產品，縮短新成品週期成爲可能。至於DSP，它們在未來肯定會繼續佔據高端市場，市場需要更多的靈活性，但是在出貨數量上，將會大規模下降。

除了這些傳統架構的DVR之外，最後還有一些技術動向尤其值得我們注意。一是未來DVR研發的重心將會由壓縮部分轉爲顯示部分，這是因爲壓縮部分已經日漸成熟，而顯示部分又是終端客戶購買DVR一個最大的參考因素，目前看來，1080P在日後會成爲一個重要的引導性的概念；二是後端芯片部分會慢慢轉向集中控制和智能分析。