黑暗中的守护者，解读TI在安防领域的优势-AET-电子技术应用

黑暗中的守护者，解读TI在安防领域的优势

从低照技术到编码效率再到智能分析

日期： 2012-12-12

关键词： DSP 低照技术编码智能分析 DM385 DM8107 IP摄像机

夜晚一般是犯罪率发生比较高的时候，而且大都发生在光线差甚至没有光的场所，当摄像机安装在这些场所时，所获得的场景影像呈粗粒状，难以看到清晰的车牌或人面等画面。因此，加大低光技术的研究对打击犯罪而言就显得尤为重要。而在其他领域也越来越重视在光线非常差的情况下的摄像机的图像采集能力。凭借着在图像处理方面30年的技术积累，德州仪器（TI）义不容辞地加入到低照技术的研究中来。近日，在北京举办的中国国际公共安全博览会(CPSE) 上，TI视频系统应用部工程总监Peter Labaziewicz，TI单核处理器业务，视频安全业务部市场营销经理Sean Murphy，TI视频安全业务部总经理Jason Jacob以及TI DSP视频产品业务拓展经理王承宁向记者展示了TI在低照技术上所取得的成果，并进行了详细介绍。

低照技术对比实验

Peter做了一个演示：在一个黑暗的箱子里放着两款相机，一款是目前市场上某公司以低照度著称的相机，该公司也拿TI以前的低照度性能和他们的低照度进行对比。另一款是基于TI最新低照技术的相机。试验的光线环境是人眼已经没有办法看见的程度。根据两个相机采集的图像可以看出，基于TI最新低照技术的相机可以采集到更清晰的字符和图像。Peter说：“针对低照环境下的图像采集，很多客户采用了其他办法，比如加红外补光，但这会增加成本。TI的低照技术是在最新推出的达芬奇DM385视频处理器基础上实现的，可以拥有比目前市场上最好的低照度相机还要好的性能。DM385能够使用H.264 或SVC-T 高级编解码器压缩400万像素的视频流，从而可实现这一水平的性能。此外，DM385 还集成3D降噪与WDR处理技术，并具有面部检测、视频稳定、多重曝光、双传感器支持、变焦失真校正等影像信号处理技术。这些特性的完美整合，可为安全行业打造业界一流的低照技术。”

图1 TI视频系统应用部工程总监Peter Labaziewicz 在演示低照技术

3D降噪

提高照度有很多不同的方式。一是增加光圈，但这会使镜头的尺寸变大，光圈大于1.4以后就不可能再继续做了，会增加很多系统成本。二是增加曝光时间，其缺点是运动时会有拖影的情况发生。第三是增强从传感器来的光学信号强度以提高增益，其缺点是噪声也会被一起放大，这样图像上会有很多噪点，原来的图像就变得不是那么清晰了。

Peter解释到：“噪声变大以后，后面的编码会变得非常困难，因为分不清是图像的细节还是噪声，所以可能会把一些噪声当成图像进行编码，所以就会浪费编码的性能。在这种情况下，关键是如何增强有用的信息并减少噪声，但是做到这一点确实很难。TI做了很好的降噪滤波器，能够把噪声减少，可以在完全没有信息的地方把原始图象显示出来，这是我们新的技术特点。”

降噪分为两个部分，空间单个一帧图像的降噪处理称为二维降噪，这些噪声在每一帧里其实都是一致的，这是空间域的噪声；另一种噪声在每一幅图像里都会有变化，这叫时间域的噪声。空间域是2D降噪处理，加上时间域就是3D降噪处理。这项技术可以用到所有IP摄像机的解决方案中。Peter强调：“在降噪处理时需要很多数据，因此TI做了硬件降噪的滤波器，可以迅速地处理大量数据，但数据都是机械地处理。在软件上还需要智能判断，在大量的数据中判断哪些是噪声，哪些是图像的细节。在对图像作降噪处理时，一些公司也会说具有3D降噪的功能，但是他们往往将图像的细节也随着噪声一起去掉了，因此判断哪些是细节哪些是噪声是非常关键的问题，也是业界面临的挑战。”

从模拟相机到数字相机的转变

从模拟相机到数字相机的转变会带来三大问题。第一，清晰度的提高将增加整个系统成本，TI一直在尽其所能去降低系统成本。其次是连接的问题，有组网及网络的要求，以前装模拟相机只要插上线就可以了，现在还需配置网络摄像机的一些接口，工程上会增加难度。TI也会提供相应的技术来减少网络设置的难度，我们有的客户已经有可以插入网口线之后不需要配置而能够自动识别设置的相机了。第三，清晰度的提高对后端的存储也是一个很大的挑战，需要更多的硬盘。

针对以上三点，Jason说：“TI新技术的方向和投资都是为了帮助客户解决最终问题，即在前端加入智能的功能，例如在低照度情况下能够捕捉更好的图像，提高相机智能识别有用信息的能力，以降低存储的压力，这些都是我们正在做的新方向。”Sean表示：“TI数字IP摄像机上有很多优点是模拟摄相机所没有的。第一，PoE的技术，即通过网络来提供电源的。第二，一个高清的数字摄像机可以取代若干个模拟摄像机，系统成本也会降低。第三，利用DSP的优势，可以在前端加入TI智能的算法，使得摄像机变得更聪明，以捕捉更有用的信息，降低网络和存储压力。”Peter补充到：“我们也会和TI内部模拟部门合作设计适用于IP摄像机的专门的电源芯片，供客户选择。今年，模拟到数字切换的步伐已经快了很多，大量IP摄像机在市场上的应用已经超出了我们的想象。”

降低成本

没有很好的降噪处理，不仅图像清晰度会受影响，而且编码时会把噪声当成图像内容进行编码，如果系统中同时有几百个摄像机，随着码率的提高，对客户端整体的成本还是影响很大的。TI最新的编码器能够保证很好的编码效果，在低码率的情况下可以保持同样好的图像质量。

TI 最新推出的达芬奇DM8107 能为多通道(DVR/NVR) 设计实现业界最高效率的视频压缩，是很好的低成本解决方案。DM8107 视频压缩引擎的压缩效率比市场标准高200% 以上，可为超值系列DVR 带来无与伦比的视频质量。凭借如此高的压缩效率，在无损影像质量的情况下，既可使保存数据的存储量锐降50%，同时传输数据所需的带宽也可减半，这对实现视频安全系统非常重要。

强者的策略

现在几大FPGA厂商都瞄准了安防监控领域，对于来自FPGA的竞争，Peter说：“在相机系统中如果单纯在编码器和传感器之间加一个FPGA做低照度和降噪处理，会增加系统成本、功耗和面积，而且FPGA的功耗还是很大的。TI的图像处理是在编码芯片上实现的，客户仍然只需要一个传感器和编码芯片就可以达到期望的效果，在系统性能上会更有优势。”Sean表示：“FPGA会增加系统复杂度或额外的东西来支持它，会使得系统变得更加复杂。例如，时域3D降噪处理要存储前一帧图像，用FPGA实现IP摄像机是就需要额外的DDR存储器，系统成本会提高。而TI是用同样的硬件和同样的存储器来达到同样的效果。”

Peter表示：“我们可能有不同的竞争对手，但我们的策略是比较一致的，集中在提供完整的低成本解决方案。此外，还会注重新技术的发展，包括提高编码性能，降低码率和后端存储的压力，以及新的低照度技术和智能分析技术。这都是我们重点针对的领域，保证客户做出差异化、高端的产品。