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黑暗中的守護(hù)者,，解讀TI在安防領(lǐng)域的優(yōu)勢

從低照技術(shù)到編碼效率再到智能分析

日期： 2012-12-12

關(guān)鍵詞： DSP 低照技術(shù) 編碼智能分析 DM385 DM8107 IP攝像機(jī)

夜晚一般是犯罪率發(fā)生比較高的時(shí)候，而且大都發(fā)生在光線差甚至沒有光的場所，當(dāng)攝像機(jī)安裝在這些場所時(shí),，所獲得的場景影像呈粗粒狀，難以看到清晰的車牌或人面等畫面,。因此,，加大低光技術(shù)的研究對打擊犯罪而言就顯得尤為重要。而在其他領(lǐng)域也越來越重視在光線非常差的情況下的攝像機(jī)的圖像采集能力,。憑借著在圖像處理方面30年的技術(shù)積累,，德州儀器（TI）義不容辭地加入到低照技術(shù)的研究中來。近日,，在北京舉辦的中國國際公共安全博覽會(CPSE) 上,，TI視頻系統(tǒng)應(yīng)用部工程總監(jiān)Peter Labaziewicz，TI單核處理器業(yè)務(wù)，視頻安全業(yè)務(wù)部市場營銷經(jīng)理Sean Murphy,，TI視頻安全業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Jason Jacob以及TI DSP視頻產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理王承寧向記者展示了TI在低照技術(shù)上所取得的成果,，并進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

低照技術(shù)對比實(shí)驗(yàn)

Peter做了一個(gè)演示：在一個(gè)黑暗的箱子里放著兩款相機(jī),，一款是目前市場上某公司以低照度著稱的相機(jī),，該公司也拿TI以前的低照度性能和他們的低照度進(jìn)行對比。另一款是基于TI最新低照技術(shù)的相機(jī),。試驗(yàn)的光線環(huán)境是人眼已經(jīng)沒有辦法看見的程度,。根據(jù)兩個(gè)相機(jī)采集的圖像可以看出，基于TI最新低照技術(shù)的相機(jī)可以采集到更清晰的字符和圖像,。Peter說：“針對低照環(huán)境下的圖像采集,，很多客戶采用了其他辦法，比如加紅外補(bǔ)光,，但這會增加成本,。TI的低照技術(shù)是在最新推出的達(dá)芬奇DM385視頻處理器基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，可以擁有比目前市場上最好的低照度相機(jī)還要好的性能,。DM385能夠使用H.264 或SVC-T 高級編解碼器壓縮400萬像素的視頻流,，從而可實(shí)現(xiàn)這一水平的性能。此外,，DM385 還集成3D降噪與WDR處理技術(shù),，并具有面部檢測、視頻穩(wěn)定,、多重曝光,、雙傳感器支持、變焦失真校正等影像信號處理技術(shù),。這些特性的完美整合,，可為安全行業(yè)打造業(yè)界一流的低照技術(shù)。”

圖1 TI視頻系統(tǒng)應(yīng)用部工程總監(jiān)Peter Labaziewicz 在演示低照技術(shù)

3D降噪

提高照度有很多不同的方式,。一是增加光圈,，但這會使鏡頭的尺寸變大，光圈大于1.4以后就不可能再繼續(xù)做了,，會增加很多系統(tǒng)成本,。二是增加曝光時(shí)間，其缺點(diǎn)是運(yùn)動時(shí)會有拖影的情況發(fā)生,。第三是增強(qiáng)從傳感器來的光學(xué)信號強(qiáng)度以提高增益,，其缺點(diǎn)是噪聲也會被一起放大，這樣圖像上會有很多噪點(diǎn),，原來的圖像就變得不是那么清晰了,。

Peter解釋到：“噪聲變大以后,，后面的編碼會變得非常困難，因?yàn)榉植磺迨菆D像的細(xì)節(jié)還是噪聲,，所以可能會把一些噪聲當(dāng)成圖像進(jìn)行編碼,，所以就會浪費(fèi)編碼的性能。在這種情況下,，關(guān)鍵是如何增強(qiáng)有用的信息并減少噪聲，但是做到這一點(diǎn)確實(shí)很難,。TI做了很好的降噪濾波器,，能夠把噪聲減少，可以在完全沒有信息的地方把原始圖象顯示出來,，這是我們新的技術(shù)特點(diǎn),。”

降噪分為兩個(gè)部分，空間單個(gè)一幀圖像的降噪處理稱為二維降噪,，這些噪聲在每一幀里其實(shí)都是一致的,，這是空間域的噪聲；另一種噪聲在每一幅圖像里都會有變化,，這叫時(shí)間域的噪聲,。空間域是2D降噪處理,，加上時(shí)間域就是3D降噪處理,。這項(xiàng)技術(shù)可以用到所有IP攝像機(jī)的解決方案中。Peter強(qiáng)調(diào)：“在降噪處理時(shí)需要很多數(shù)據(jù),，因此TI做了硬件降噪的濾波器,，可以迅速地處理大量數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)都是機(jī)械地處理,。在軟件上還需要智能判斷,，在大量的數(shù)據(jù)中判斷哪些是噪聲，哪些是圖像的細(xì)節(jié),。在對圖像作降噪處理時(shí),，一些公司也會說具有3D降噪的功能，但是他們往往將圖像的細(xì)節(jié)也隨著噪聲一起去掉了,，因此判斷哪些是細(xì)節(jié)哪些是噪聲是非常關(guān)鍵的問題,，也是業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)。”

從模擬相機(jī)到數(shù)字相機(jī)的轉(zhuǎn)變

從模擬相機(jī)到數(shù)字相機(jī)的轉(zhuǎn)變會帶來三大問題,。第一,，清晰度的提高將增加整個(gè)系統(tǒng)成本，TI一直在盡其所能去降低系統(tǒng)成本,。其次是連接的問題,，有組網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)的要求,，以前裝模擬相機(jī)只要插上線就可以了，現(xiàn)在還需配置網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的一些接口,，工程上會增加難度,。TI也會提供相應(yīng)的技術(shù)來減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的難度，我們有的客戶已經(jīng)有可以插入網(wǎng)口線之后不需要配置而能夠自動識別設(shè)置的相機(jī)了,。第三,，清晰度的提高對后端的存儲也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，需要更多的硬盤,。

針對以上三點(diǎn),，Jason說：“TI新技術(shù)的方向和投資都是為了幫助客戶解決最終問題，即在前端加入智能的功能,，例如在低照度情況下能夠捕捉更好的圖像,，提高相機(jī)智能識別有用信息的能力，以降低存儲的壓力,，這些都是我們正在做的新方向,。”Sean表示：“TI數(shù)字IP攝像機(jī)上有很多優(yōu)點(diǎn)是模擬攝相機(jī)所沒有的。第一,，PoE的技術(shù),，即通過網(wǎng)絡(luò)來提供電源的。第二,，一個(gè)高清的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可以取代若干個(gè)模擬攝像機(jī),，系統(tǒng)成本也會降低。第三,，利用DSP的優(yōu)勢,，可以在前端加入TI智能的算法，使得攝像機(jī)變得更聰明,，以捕捉更有用的信息,，降低網(wǎng)絡(luò)和存儲壓力。”Peter補(bǔ)充到：“我們也會和TI內(nèi)部模擬部門合作設(shè)計(jì)適用于IP攝像機(jī)的專門的電源芯片,，供客戶選擇,。今年，模擬到數(shù)字切換的步伐已經(jīng)快了很多,，大量IP攝像機(jī)在市場上的應(yīng)用已經(jīng)超出了我們的想象,。”

降低成本

沒有很好的降噪處理，不僅圖像清晰度會受影響,，而且編碼時(shí)會把噪聲當(dāng)成圖像內(nèi)容進(jìn)行編碼,，如果系統(tǒng)中同時(shí)有幾百個(gè)攝像機(jī)，隨著碼率的提高,，對客戶端整體的成本還是影響很大的,。TI最新的編碼器能夠保證很好的編碼效果,，在低碼率的情況下可以保持同樣好的圖像質(zhì)量。

TI 最新推出的達(dá)芬奇DM8107 能為多通道(DVR/NVR) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)業(yè)界最高效率的視頻壓縮,，是很好的低成本解決方案,。DM8107 視頻壓縮引擎的壓縮效率比市場標(biāo)準(zhǔn)高200% 以上，可為超值系列DVR 帶來無與倫比的視頻質(zhì)量,。憑借如此高的壓縮效率,，在無損影像質(zhì)量的情況下，既可使保存數(shù)據(jù)的存儲量銳降50%,，同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)所需的帶寬也可減半,，這對實(shí)現(xiàn)視頻安全系統(tǒng)非常重要。

強(qiáng)者的策略

現(xiàn)在幾大FPGA廠商都瞄準(zhǔn)了安防監(jiān)控領(lǐng)域,，對于來自FPGA的競爭，Peter說：“在相機(jī)系統(tǒng)中如果單純在編碼器和傳感器之間加一個(gè)FPGA做低照度和降噪處理,，會增加系統(tǒng)成本,、功耗和面積，而且FPGA的功耗還是很大的,。TI的圖像處理是在編碼芯片上實(shí)現(xiàn)的,，客戶仍然只需要一個(gè)傳感器和編碼芯片就可以達(dá)到期望的效果，在系統(tǒng)性能上會更有優(yōu)勢,。”Sean表示：“FPGA會增加系統(tǒng)復(fù)雜度或額外的東西來支持它,，會使得系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。例如,，時(shí)域3D降噪處理要存儲前一幀圖像,，用FPGA實(shí)現(xiàn)IP攝像機(jī)是就需要額外的DDR存儲器，系統(tǒng)成本會提高,。而TI是用同樣的硬件和同樣的存儲器來達(dá)到同樣的效果,。”

Peter表示：“我們可能有不同的競爭對手，但我們的策略是比較一致的,，集中在提供完整的低成本解決方案,。此外，還會注重新技術(shù)的發(fā)展,，包括提高編碼性能,，降低碼率和后端存儲的壓力，以及新的低照度技術(shù)和智能分析技術(shù),。這都是我們重點(diǎn)針對的領(lǐng)域,，保證客戶做出差異化、高端的產(chǎn)品,。