隨著人們對安全需求的日益重視，以及處理器性能的不斷增強與價格速降，視訊監控應用市場正快速膨脹。不管是定位於中小企業或中小網路的DVR解決方案，還是定位在高階及企業級用戶的DVS，以及廣被業界看好的IP攝影機，都對方案提供商提出了更高的要求：更高的視訊信號解析度和壓縮比；更為彈性的媒體格式支援；更安全的內容保護；更低的功耗、成本和開發複雜度。

在視訊監控應用領域主要包括媒體處理器、DSC、ASIC、DSP以及FPGA等幾種方案。其中DSC雖然具有部分DSP的功能，但是從總體來講，DSC和媒體處理器一樣，處理能力偏低。ASIC雖然具有成本優勢，但是隨著音視訊標準的不斷變化以及演算法的不斷演進，ASIC在彈性方面顯得力不從心。

而主流DSP雖然具有非常彈性的處理方式，圖形處理功能也比較強大，但由於這類元件往往是承襲傳統的信號處理架構，並非專為視訊監控而設計，因此往往會佔用較多的系統資源，對一些控制要求較高和媒體流速度較高的應用缺乏系統級的競爭力。

FPGA的主要優勢在於強大的並行處理能力，理論上來說，非常適合用於高階視訊監控中複雜大量的視訊信號處理。但目前主要面臨兩個問題，其一，視訊監控對傳統FPGA廠商來說是一個新興的領域，他們對該領域的理解還不深；其二，目前FPGA廠商的合作夥伴也沒有這方面的方案開發經驗，因此缺乏完善的生態系統，到目前為止還沒有看到FPGA應用於視訊監控的成功案例。另外，FPGA天生的兩大缺點：功耗和成本，也是限制其進入視訊監控市場的瓶頸。

不同於以上解決方案，高性能匯聚平台Blackfin處理器是基於ADI與Intel聯合開發的MSA（微信號架構）的新一代定點DSP產品，專為視訊處理應用而最佳化，將DSP和媒體處理器強韌的音訊和視訊處理能力與嵌入式16/32位元微處理器的易編程能力，相結合在單核心的架構內，Blackfin可在一個單晶片中進行控制、網路處理、多媒體支援以及強大的信號處理，並允許在控制和信號處理需求方面進行彈性劃分，從而允許工程師採用單一的軟體發展環境、加快系統的偵錯和配置，並降低系統總體成本。 同時，由於Blackfin系列均採用同一架構，因此非常方便工程師在不同平台間進行軟體移植和產品升級。

複雜演算法挑戰主晶片處理能力和彈性

在視訊監控中，核心處理器中所需的處理能力取決於輸入視訊信號的解析度和所需的壓縮比。過去，許多視訊監控設備採用圖元解析度為NTSC (352×240)或PAL (352×288)的公共中間格式(CIF)，同時在壓縮格式方面主要採用M-JPEG格式。隨著視訊監控應用領域的迅速拓展，以及處理器能力的不斷增強，人們期待更高的圖像解晰度和更高的訊框率。在解析度方面，業界期待FULL D1或者更高的解析度，在壓縮格式方面，則希望採用視覺效果更好的MPEG-4格式。同時，隨著網路互聯的需求增強，人們還需要考慮如何在傳輸過程中佔用更少的頻寬和儲存空間。與H.263和MPEG-4相比，H.264不僅可節省33％的媒體流頻寬，大大降低儲存容量，而且由於H.264採用了「網路友善」的結構和語法，並整合了專為高效傳輸封包頭資料而設計的網路提取層，非常適合於網路傳輸。因此MPEG-4也正在往H.264的編碼格式演進。

但是，這些領先的媒體格式和壓縮格式都涉及到更為複雜的演算法，同時，在一些高階系統可能還會需要視訊流的計算分析功能。這些新的需求都對解決方案主晶片的處理能力提出了嚴峻的挑戰。

除了強大的處理能力之外，還需要處理器平台提供足夠的彈性。這主要基於兩方面的原因：一方面由於媒體處理格式和演算法不斷更新，客戶希望能對原有的解決方案進行基於軟體的簡便升級，而不是重新設計。另一方面，網路互連的趨勢意味著許多產品不得不支援網路中存在的多種標準。此外，在多種新標準和專有演算法各領風騷的今天，很難真正預測哪種標準會真正勝出，因此，為降低風險，提高產品的競爭力，作為視訊監控的核心設備DVR、DVS以及IP攝影機必須盡可能的支援整個網路上的多種不同的格式和演算法。

為此，Blackfin 處理器在一個統一的核心架構中提供了一種匯聚的解決方案，其核心最高可達756MHz/1,512MMAC，峰值處理能力為1.2GMIPS。可以支援多聲道音訊和VGA/D1視訊的多媒體應用處理和MPEG-4，H.264以及Windows Media等多種媒體格式，從而允許以高解析度格式進行先進的視訊編解碼處理。同時基於該強大的匯聚平台，Blackfin還為工程師提供了一個「純軟體解決方案」，當需求變化時只需修改上層軟體就可容易的支援不同的媒體格式和擴展功能。從而在提供強大的處理能力的同時還具有了充分的彈性，大大提高了終端產品的競爭力和生命週期。

《圖一　基於Blackfin處理器的IP攝影機參考設計》

網路互聯挑戰解決方案安全度

雖然視訊監控是為安全應用而開發，但是隨著數位化、網路化進程不斷加速，當視訊監控設備作為網際網路的一部分，經由Wi-Fi、ADSL、有線電視網或蜂巢通訊網路進行視訊傳輸、資訊交換時，設備本身卻變得不再安全。這主要包括內容的安全、系統開發商知識產權（IP）的安全，同時還涉及到各種外部非法入侵、用戶身份的識別、以及各級管理許可權認證等。

當前的安全方案一般是經由軟體或者封裝技術來保護視訊監控的內容和系統開發商的IP。但是這兩種方案都存在很大的風險，因為純軟體的實現方法主要是基於作業系統的安全環境和非安全環境的隔離來實現，所以易受到簡單的軟體攻擊和硬體攻擊（如使用模擬硬體或者代碼注入方法）的破壞。而記憶體分析技術也使得採用軟體來打亂秘密資產的隱藏數位版權管理（DRM）密鑰方法不再安全。

Blackfin Lockbox Secure Technology則利用軟、硬體相結合的方式來實現各種安全保護功能。單次可編程（OTP）的記憶體是Blackfin Lockbox Secure Technology用來實現這些功能的部件之一。對系統進行鑒定的公共密鑰存貯於OTP記憶體中的用戶可編程區域，這種儲存方式可以由OEM來控制和定義。同時，由於Blackfin具備可編程性，所以其指令集能實現豐富的軟體加密演算法，這就意味著相同的裝置能支援多種內容保護格式。因此該技術從來源的驗證、內容的完整性、機密性、以及可更新性等多個方面為整個視訊監控設備提供了一個軟硬體結合的安全環境。

體積受限應用挑戰系統功耗管理

根據傳統設計方法，要提高處理能力，則需相應的提高主頻率，但主頻率的提高則會帶來功耗的增加。在包括IP攝影機和IP視訊大樓對講系統在內的一些體積受限的視訊監控應用中，如果功耗過大則會造成裝置內熱量增加進而會影響電路板、元件以及整個系統的可靠性。因此在這些設備中如何一方面保證強大的處理能力，另一方面又能降低功耗，成了業界面臨的又一挑戰。

目前業界採用的主要方法是根據資料流程對處理器的不同要求，而智慧的調節核心主頻率，這種方法雖能在一定程度上降低功耗，但是節能需求無極限，業界期待更有效的降低功耗方法，從而在保證系統可靠穩定的前提下，為提升主晶片的處理能力帶來更大的空間。

Blackfin處理器專為低功耗應用而優化，一方面該系列基於一種選通時鐘核心設計，可按照逐條指令來選擇性地切斷功能單元的電源；另一方面，該處理器平台支援多種針對所需CPU工作極少期間的斷電模式。此外，由於功耗不僅與頻率成正比還與工作電壓的平方成正比，Blackfin處理器還採用了動態調節核心的頻率與電壓兩種方式來降低功耗。根據處理的資料流程不同，讓晶片工作於不同模式，並根據不同工作模式的特點，經由內部穩壓器對電壓進行動態智慧管理，使每種模式對應不同的功耗狀態，從而進一步降低處理器的功耗。基於以上多種節能技術，Blackfin處理器在提供強大處理能力的同時卻不會帶來功耗的提升。

激烈競爭挑戰系統成本和上市時間

對於方案提供商來說，除了處理能力、低系統功耗、安全性之外，要想使自己的方案具有更大的競爭力，還要降低系統成本和縮減終端產品上市時間。

該系統成本不僅是指產品本身和開發工具的成本，還包括代碼開發、維護、升級成本及學習成本。雖然基於ASIC的方案從處理器本身來講是一種低成本的方案，但是在應對媒體格式、演算法的改進和升級方面則具有天然的弊端，主要表現為終端產品開發商不得不為支援新功能而對ASIC晶片重新開發，這不僅會造成重新模擬、驗證、設計定案(tape-out)的成本浪費，且重新設計ASIC晶片所需的漫長開發週期，客戶往往因為等待新產品的推出而錯失市場機會。

Blackfin在一個統一的核心架構中提供了一種匯聚的解決方案，不僅在一個單晶片中提供了傳統上需要MCU和DSP兩款晶片提供的功能，而且由於該平台還具有豐富的周邊，因此還為工程師節省了購買週邊元件的成本以及搭建周邊電路的時間，另一方面該處理器為工程師提供了一個統一的開發環境，只需一套代碼、一套工具就可以完成整個系統的開發。而在降低系統總體成本的同時，還加速了終端產品的上市時間，這一點對激烈的視訊監控市場來說尤為重要。

另外，由於客戶本身的喜好和專長，以及其公司方案的延續性，不同客戶可能會採用不同的作業系統。為縮短用戶的學習曲線，加快產品上市時間，Blackfin處理器支援全系列的作業系統，包括以ucOS, VDK, ThreadX為代表的Low-weight作業系統和以ucLinux, Nucleas為代表的Full-featured作業系統。從而使得工程師可以在更換處理器平台後，很快的將精力集中到其產品服務的增值上，而不是作業系統本身。

＜作者為亞德諾半導體(ADI )技術市場經理＞