随着人们对安全需求的日益重视，以及处理器性能的不断增强与价格速降，视讯监控应用市场正快速膨胀。不管是定位于中小企业或中小网路的DVR解决方案，还是定位在高阶及企业级用户的DVS，以及广被业界看好的IP摄影机，都对方案提供商提出了更高的要求：更高的视讯信号解析度和压缩比；更为弹性的媒体格式支援；更安全的内容保护；更低的功耗、成本和开发复杂度。

在视讯监控应用领域主要包括媒体处理器、DSC、ASIC、DSP以及FPGA等几种方案。其中DSC虽然具有部分DSP的功能，但是从总体来讲，DSC和媒体处理器一样，处理能力偏低。 ASIC虽然具有成本优势，但是随着音视讯标准的不断变化以及演算法的不断演进，ASIC在弹性方面显得力不从心。

而主流DSP虽然具有非常弹性的处理方式，图形处理功能也比较强大，但由于这类元件往往是承袭传统的信号处理架构，并非专为视讯监控而设计，因此往往会占用较多的系统资源，对一些控制要求较高和媒体流速度较高的应用缺乏系统级的竞争力。

FPGA的主要优势在于强大的并行处理能力，理论上来说，非常适合用于高阶视讯监控中复杂大量的视讯信号处理。但目前主要面临两个问题，其一，视讯监控对传统FPGA厂商来说是一个新兴的领域，他们对该领域的理解还不深；其二，目前FPGA厂商的合作伙伴也没有这方面的方案开发经验，因此缺乏完善的生态系统，到目前为止还没有看到FPGA应用于视讯监控的成功案例。另外，FPGA天生的两大缺点：功耗和成本，也是限制其进入视讯监控市场的瓶颈。

不同于以上解决方案，高性能汇聚平台Blackfin处理器是基于ADI与Intel联合开发的MSA（微信号架构）的新一代定点DSP产品，专为视讯处理应用而最佳化，将DSP和媒体处理器强韧的音讯和视讯处理能力与嵌入式16/32位元微处理器的易编程能力，相结合在单核心的架构内，Blackfin可在一个单晶片中进行控制、网​​路处理、多媒体支援以及强大的信号处理，并允许在控制和信号处理需求方面进行弹性划分，从而允许工程师采用单一的软体发展环境​​、加快系统的侦错和配置，并降低系统总体成本。 同时，由于Blackfin系列均采用同一架构，因此非常方便工程师在不同平台间进行软体移植和产品升级。

复杂演算法挑战主晶片处理能力和弹性

在视讯监控中，核心处理器中所需的处理能力取决于输入视讯信号的解析度和所需的压缩比。过去，许多视讯监控设备采用图元解析度为NTSC (352×240)或PAL (352×288)的公共中间格式(CIF)，同时在压缩格式方面主要采用M-JPEG格式。随着视讯监控应用领域的迅速拓展，以及处理器能力的不断增强，人们期待更高的图像解晰度和更高的讯框率。在解析度方面，业界期待FULL D1或者更高的解析度，在压缩格式方面，则希望采用视觉效果更好的MPEG-4格式。同时，随着网路互联的需求增强，人们还需要考虑如何在传输过程中占用更少的频宽和储存空间。与H.263和MPEG-4相比，H.264不仅可节省33％的媒体流频宽，大大降低储存容量，而且由于H.264采用了「网路友善」的结构和语法，并整合了专为高效传输封包头资料而设计的网路提取层，非常适合于网路传输。因此MPEG-4也正在往H.264的编码格式演进。

但是，这些领先的媒体格式和压缩格式都涉及到更为复杂的演算法，同时，在一些高阶系统可能还会需要视讯流的计算分析功能。这些新的需求都对解决方案主晶片的处理能力提出了严峻的挑战。

除了强大的处理能力之外，还需要处理器平台提供足够的弹性。这主要基于两方面的原因：一方面由于媒体处理格式和演算法不断更新，客户希望能对原有的解决方案进行基于软体的简便升级，而不是重新设计。另一方面，网路互连的趋势意味着许多产品不得不支援网路中存在的多种标准。此外，在多种新标准和专有演算法各领风骚的今天，很难真正预测哪种标准会真正胜出，因此，为降低风险，提高产品的竞争力，作为视讯监控的核心设备DVR、DVS以及IP摄影机必须尽可能的支援整个网路上的多种不同的格式和演算法。

为此，Blackfin 处理器在一个统一的核心架构中提供了一种汇聚的解决方案，其核心最高可达756MHz/1,512MMAC，峰值处理能力为1.2GMIPS。可以支援多声道音讯和VGA/D1视讯的多媒体应用处理和MP​​EG-4，H.264以及Windows Media等多种媒体格式，从而允许以高解析度格式进行先进的视讯编解码处理。同时基于该强大的汇聚平台，Blackfin还为工程师提供了一个「纯软体解决方案」，当需求变化时只需修改上层软体就可容易的支援不同的媒体格式和扩展功能。从而在提供强大的处理能力的同时还具有了充分的弹性，大大提高了终端产品的竞争力和生命周期。

《图一 基于Blackfin处理器的IP摄影机参考设计》

网路互联挑战解决方案安全度

虽然视讯监控是为安全应用而开发，但是随着数位化、网路化进程不断加速，当视讯监控设备作为网际网路的一部分，经由Wi-Fi、ADSL、有线电视网或蜂巢通讯网路进行视讯传输、资讯交换时，设备本身却变得不再安全。这主要包括内容的安全、系统开发商知识产权（IP）的安全，同时还涉及到各种外部非法入侵、用户身份的识别、以及各级管理许可权认证等。

当前的安全方案一般是经由软体或者封装技术来保护视讯监控的内容和系统开发商的IP。但是这两种方案都存在很大的风险，因为纯软体的实现方法主要是基于作业系统的安全环境和非安全环境的隔离来实现，所以易受到简单的软体攻击和硬体攻击（如使用模拟硬体或者代码注入方法）的破坏。而记忆体分析技术也使得采用软体来打乱秘密资产的隐藏数位​​版权管理（DRM）密钥方法不再安全。

Blackfin Lockbox Secure Technology则利用软、硬体相结合的方式来实现各种安全保护功能。单次可编程（OTP）的记忆体是Blackfin Lockbox Secure Technology用来实现这些功能的部件之一。对系统进行鉴定的​​公共密钥存贮于OTP记忆体中的用户可编程区域，这种储存方式可以由OEM来控制和定义。同时，由于Blackfin具备可编程性，所以其指令集能实现丰富的软体加密演算法，这就意味着相同的装置能支援多种内容保护格式。因此该技术从来源的验证、内容的完整性、机密性、以及可更新性等多个方面为整个视讯监控设备提供了一个软硬体结合的安全环境。

体积受限应用挑战系统功耗管理

根据传统设计方法，要提高处理能力，则需相应的提高主频率，但主频率的提高则会带来功耗的增加。在包括IP摄影机和IP视讯大楼对讲系统在内的一些体积受限的视讯监控应用中，如果功耗过大则会造成装置内热量增加进而会影响电路板、元件以及整个系统的可靠性。因此在这些设备中如何一方面保证强大的处理能力，另一方面又能降低功耗，成了业界面临的又一挑战。

目前业界采用的主要方法是根据资料流程对处理器的不同要求，而智慧的调节核心主频率，这种方法虽能在一定程度上降低功耗，但是节能需求无极限，业界期待更有效的降低功耗方法，从而在保证系统可靠稳定的前提下，为提升主晶片的处理能力带来更大的空间。

Blackfin处理器专为低功耗应用而优化，一方面该系列基于一种选通时钟核心设计，可按照逐条指令来选择性地切断功能单元的电源；另一方面，该处理器平台支援多种针对所需CPU工作极少期间的断电模式。此外，由于功耗不仅与频率成正比还与工作电压的平方成正比，Blackfin处理器还采用了动态调节核心的频率与电压两种方式来降低功耗。根据处理的资料流程不同，让晶片工作于不同模式，并根据不同工作模式的特点，经由内部稳压器对电压进行动态智慧管理，使每种模式对应不同的功耗状态，从而进一步降低处理器的功耗。基于以上多种节能技术，Blackfin处理器在提供强大处理能力的同时却不会带来功耗的提升。

激烈竞争挑战系统成本和上市时间

对于方案提供商来说，除了处理能力、低系统功耗、安全性之外，要想使自己的方案具有更大的竞争力，还要降低系统成本和缩减终端产品上市时间。

该系统成本不仅是指产品本身和开发工具的成本，还包括代码开发、维护、升级成本及学习成本。虽然基于ASIC的方案从处理器本身来讲是一种低成本的方案，但是在应对媒体格式、演算法的改进和升级方面则具有天然的弊端，主要表现为终端产品开发商不得不为支援新功能而对ASIC晶片重新开发，这不仅会造成重新模拟、验证、设计定案(tape-out)的成本浪费，且重新设计ASIC晶片所需的漫长开发周期，客户往往因为等待新产品的推出而错失市场机会。

Blackfin在一个统一的核心架构中提供了一种汇聚的解决方案，不仅在一个单晶片中提供了传统上需要MCU和DSP两款晶片提供的功能，而且由于该平台还具有丰富的周边，因此还为工程师节省了购买周边元件的成本以及搭建周边电路的时间，另一方面该处理器为工程师提供了一个统一的开发环境，只需一套代码、一套工具就可以完成整个系统的开发。而在降低系统总体成本的同时,还加入了终端产品的上市时间,这一点对激烈的视讯监控市场来说尤为重要。

另外，由于客户本身的喜好和专长，以及其公司方案的延续性，不同客户可能会采用不同的作业系统。为缩短用户的学习曲线，加快产品上市时间，Blackfin处理器支援全系列的作业系统，包括以ucOS, VDK, ThreadX为代表的Low-weight作业系统和以ucLinux, Nucleas为代表的Full-featured作业系统。从而使得工程师可以在更换处理器平台后，很快的将精力集中到其产品服务的增值上，而不是作业系统本身。

＜作者为亚德诺半导体(ADI )技术市场经理＞