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半导体行业助力安防产业实现绿色环保

编辑:阜阳华思福科技有限公司  字号:
摘要:半导体行业助力安防产业实现绿色环保
当前环境问题十分突出,实现绿色环保已不单单是种潮流,而是一个必须。半导体制造商的数字电子产品正通过使用各种创新技术,以更少的组件实现更高的质量、更多的选项以及更快的速度,从而实现更低成本的更绿色环保视频终端系统。

大多数行业现已开始走向“绿色”,但半导体制造商对这一挑战的高度重视不是近几年才开始的。遵循摩尔定律,运用各种创新技术,使得数字技术的各项指标,包括功耗、尺寸、成本、密度、处理速度,以及影像传感器支持的分辨率(或者像素数量)都呈指数级提升。

嵌入式处理器技术

当前因特网协议(IP)视频安全系统的部署无处不在,使用功能最强大的最新嵌入式处理器技术有助于原始设备制造商(OEM)厂商及原始设计制造商(ODM)厂商设计和生产节能型IP 网络摄像机及数码摄像机(DVR)端对端解决方案。

在过去十年,互补型金属氧化物半导体(CMOS)工艺技术有了长足发展,这使制造商每 2至 3年就能够缩小一次嵌入式处理器的几何尺寸。工艺技术从2000年的 130纳米缩小到近期更小的 45纳米,这使嵌入式处理器能够在更低的电压下以更低的功耗运行。除更低电压外,深亚微米几何结构可在单个芯片上集成数亿个晶体管,使专用于嵌入式处理的半导体产品能够在提升性能的同时集成更多智能IP。这样就催生了片上 DVR 与片上 IP 摄像机等功能更强大的更高效视频处理器。

高能效方案发展策略

沿视频安全价值链,嵌入式处理器技术不但可帮助 OEM 厂商与 ODM厂商采用数量更少的功耗优化型组件设计功能更强的智能系统,而且还可帮助集成商部署现场端对端解决方案,在不牺牲特性或增加系统成本的情况下,减少对环境的总体影响。例如,片上DVR 相当于 10多个分立式组件的功能,可显著降低 DVR 应用的板积空间与功耗。

这基本上就是高能效方案理想的发展策略,但在利用深亚微米工艺几何结构以及设计速度的不断攀升,需要使用更低电压阈值时,制造商面临着动态功耗及静态功耗的巨大挑战。部分高级嵌入式处理器现在正在利用从无线移动电话行业引入的各种广泛智能自适应软硬件技术,根据最复杂技术的器件活动、运行模式甚至温度,动态控制电压、频率和功耗。这包括低功耗模式与时钟门控等传统电源管理技术。正在部署的极具创新的解决方案可帮助进一步降低工作功耗与漏电功耗。

部分解决方案在硅芯片器件层面上实施。主要方案涉及动态电压与频率缩放(DVFS),不但支持高灵活时钟方案与断电模式,而且还可为器件中的各种子系统提供独立的时钟控制,从而可实现不足1 V 的低工作电压运行。

另一个方案是应对硅芯片工艺及温度变化的自适应电压缩放(AVS)。还有一个方案是动态电源切换(DPS),可根据工作进程切换至低功耗模式,降低电源漏电。最后的解决方案是待机漏电管理(SLM)和存储器保持功能。

编解码器技术

随着目前大多数闭路电视(CCTV)系统转向数字及 IP信息流,半导体核心技术的创新正在帮助大幅降低从摄像机到基础设施的功耗。此外,视频处理器可帮助优化视频流量与存储,减少对其它基础设施的需求。这就是为什么与未压缩视频或原有编解码器(MPEG-2、MPEG-4)相比,可显著降低存储和发送视频所需的数据量。而视频编解码技术H。264及可扩展视频编码(SVC)高级编解码器也是视频安全系统更加绿色环保途径的重要使能技术。

这些编解码器利用可编程 DSP 与固定功能 ASIC 等当前低功耗 IC 中现有的处理功能,可实现极高的压缩比。例如,美国国家电视系统委员会(NTSC)标清视频一般在每秒 30帧的 720x480分辨率下,采用 4:2:2 YCrCb 完成数字化的,而这需要每秒超过 165兆数位的数据率。要存储 90分钟的视频,需要 110GB 以上的存储空间。H。264不但可实现 60比 1的压缩比,而且还可保持优异的视频质量,能够为实现更绿色环保的应用节省带宽与存储。同样,H。264高配置文件的视频压缩比 MPEG-4标准配置文件的压缩比高出4倍以上。

使用根据 2007年颁布的 H。264/AVC 视频压缩标准附录 G标准化的SVC,可为视频安全应用增添临时可扩展性,无需重新编码便可降低帧速率(比如通过丢弃位流中的某些数据包)。利用 SVC 临时可扩展性可为存储在 CCTV系统中数兆兆字节的视频数据提供更加环保的管理途径,避免在一天、一星期或一个月以后为优化存储而进行额外转码。

视频分析技术

优化视频流量、数据存储以及 CCTV 系统效率最具前景的创新之一是边缘设备上的视频分析(VA),其可将所有的采集、录制和存储功能整合在一个统一IP摄像机中。内建视频分析技术由最高级的低功耗嵌入式处理器提供支持,可为摄像机提供充足的定向智能,因此只需录制、传输和本地保存必要的视频序列,无需全天候工作。最常见,也是最稳健的特性是摄像机篡改检测、触发区告警、目标计数以及智能动作检测,其可在DSP、FPGA 或持续运行的专用加速器等可编程内核上实施。

半导体制造商非常重视该挑战,其可帮助最终用户降低视频安全系统的拥有成本,对环境产生积极的直接影响。通过推出高清视频处理器与宽范围动态(WDR)传感器,OEM 及 ODM 厂商现在可设计和生产百万像素 IP 摄像机,在更高影像质量下取代多个模拟 CCTV。例如,一个百万像素(1280x720)摄像机能够取代两个标清(720x480)模拟摄像机,可实现提高 33%的视野(320水平像素)。部分片上 IP 摄像机近期已具备提供实时4百万像素视频的能力,可提供进一步降低能耗的方案。

另外如果相同的 IP 摄像机集成以太网供电(PoE)技术,与既需要视频同轴线缆,也需要电力线的模拟摄像机相比,可节省大量的线缆。另外,如果 OEM厂商与 ODM 厂商选择可编程高灵活视频处理器,而非固定功能 ASIC,他们还可支持整合模拟 CCTV、运动 JPEG(MJPEG)、MPEG-4、H。264乃至非标准 IP 摄像机的混合配置,不但可实现最大限度的重复使用,而且还可避免全面更换现有基础设施必然给环境造成的不利影响。

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