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IPC芯片市场“搅局者”:海思Hi3518
鼎芯商城|www.ic365.cn / 2013-09-05

 在视频监控领域,从业者之间的交流一般是以“你用什么解决方案”开始的。这个问题的答案代表着产品技术、质量、价格区间,甚至产品个性。

    IPC的两大解决方案

    对于网络摄像机(IPCamera以下简称:IPC)而言,它用到的解决方案包括成像方案和编解码芯片方案两部分。前者上,商家在CCD或CMOS这两个图像传感器流派间选择。在网络高清方面,采用CMOS的居多,盖因其技术比较成熟,低功耗、高集成度以及性价比高;而且,CCD做高清还有响应速度慢、难以应对大数据量等一定的短板。在模拟监控的年代,一度拥有90%市场份额的SONY形成垄断态势。但高清监控的大门被打开后,CMOS的市场风向转到了美国人手里。IPC制造商抢购镁光科技旗下Aptina的“代表作”139,或其0130CMOS芯片供不应求的情况时有发生。

    在编解码芯片方案上,商家可选择美国德州仪器公司(TexasInstruments,以下简称:TI)、华为海思、安霸股份、台湾智原等片上系统(System-on-Chip以下简称:SoC),不一而足。由于SoC是面向特性应用的片上系统,结合硬件加速等技术可以实现H.264的高复杂度的算法运行,并可针对视频编码方面进行优化,实现最佳效果。因此,安防视频监控的发展需要它;它也为安防发展轨迹向上提升立下了汗马功劳。有了它,视频监控由只“监”不“控”过渡到“监”“控”结合,并使得更多的使用体验、智能分析成为可能。也为中国高清元年的开启具打下了技术基础。

    2006年,SoC芯片开始在视频监控设备中得到相对成熟的初级应用,它将板级高速互联总线变成片上高速互联总线,从而使得系统可靠性在芯片的设计和制造阶段便得以固化,约束了系统性能的离散性,具有集成度高和可靠性高的优势;而且能提供完善的开发工具。SoC被广泛认同的根本原因,在于SoC可以用较短时间被设计出来,缩短产品的上市周期,极大地降低了DVR、IPC等监控设备开发门槛。这对最终用户来说是很关键的。因为在某种意义上,这决定了你赚钱的速度有多快。

    虽说SoC具有的特征十分明显:使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器(DSP);外部可以对芯片进行编程等。但它对芯片厂商也提出了更高的要求。“发展到现在,各厂家的SoC芯片在功能上并没有太多的区别。只不过在方案里面采用的技术手段和制造工艺的差异,甚至是生产能力的不同而已。一个SoC芯片质量的好坏,依赖于芯片厂商在定制芯片时对市场需求理解的深度。在此基础上使得自己的ISP(集成影像信号处理)和DSP达到一个什么样的集成度,怎么包在一块。这就是区别点”,广州中科汇大信息技术有限公司(以下简称:中科汇大)总经理李玉说。

    应对中国“国情”,IPC生产厂家虽然不少,但有自主研发能力的可不多。因此,上游的研发生产厂商在SoC上做何选择就在一定程度上决定了下游的IPC会具备怎样的基因、能力和市场。

    长期以来的SoC江湖中,由于TI产品自身的优势以及以海康威视等为代表的众多大中型生产厂家与TI的长期紧密合作,使得TI旗下的SoC芯片处于领先地位。另外,基于市场定位,产品特性等原因,使得其他包括华为海思、安霸股份、台湾智原等公司的产品,则扮演着一种“非主流”的角色。但是现在,这一市场格局,尤其是IPC的通用市场部分,正在以一种潜移默化的形式发生改变。

    因为,“搅局者”——海思Hi3518来了。

    TI:“达芬奇”时代的辉煌与荣耀

    TI自1986年进入中国大陆以来,在中国市场上屡有作为。经过公司董事会批准的TI中国发展战略于1996年正式实施。TI将其SoC平台命名为“达芬奇(Davinci)”,“希望将文艺复兴时期大师的名字赋予数字化视频的一个更强大的核心,以使更多的客户去挖掘出更多的潜力。”

    大约10年前,TI通过其在调整数字视频战略后的厚积薄发,推出通用数字媒体处理器TMS320DM642。这款“达芬奇”当时被称之为“一款具有承前启后能力和意义的电子元器件,对全球数字视频监控市场具有极其深远的影响”。TMS320DM642具有的4800MIPS高速度、三个高性能双向视频接口以及所承诺低功耗能顺利地满足数字视频监控系统日益提高的需求,还有在软件上视频编解码算法可以顺利实现升级或移植。虽然以DM642为核心处理器,可构建单芯片四路或更多视频系统,但在当时,它只是“也有能力支持H.264编码”。DM642可方便地扩展多片应用,其扩展方式有多种,还有强大的视频口。它也为用户自由选择和组合来开发差异性的产品提供了便利。

    2003年秋天,安徽创世科技公司在北京安防展上,首先展出采用DM642的网络视频服务器,这是在他们具有C6211平台上成功移植的结果。之后基于DM642他们又将MPEG4算法升级到了H.264,并且成功开发面向无线网络视频监控的H.264无线网络视频服务器。随后也有公司也凭借在C6x平台上的积累,在极短的时间内开发出基于DM642的MPEG4视频压缩卡,在转产成功后又开发出基于DM642的嵌入式产品。

    不到一年,以DM642为核心的多路视频压缩卡、多路视频硬盘录相机、多路视频服务器的产品不断推出。2004年北京的安防展上,采用TI平台的产品几乎平分秋色。随着海康威视、成都德加拉基于DM642产品的量产,市场对DM642的认可度迅速增强。2005年深圳的安博会上,采用DM642的产品已经成为主流。在以DM642为核心特色化产品的开发上,浙江大华、南望图像、远通科技、上海迅特等公司均有独到之处。接着,更多的安企沿着DM642之路继续挖潜。

    2006年开始,TI在达芬奇技术平台上逐渐开始发力。先后与QNX软件系统公司宣布合作,以加强嵌入式市场的数字音视频应用开发;以及将智能视频软件套件ObjectVideoOnBoard结合达芬奇技术,帮助OEM厂商快速开发出具有强大可靠的智能视频功能的高性价比新品。

    2006年9月,海康威视第四届合作伙伴大会暨海康威视5周年庆典客户答谢晚会在杭州召开。海康威视的“重要战略合作伙伴”TI公司亚太区的相关负责人参加了此次会议。双方高层在会上互唱赞歌,不亦乐乎。当年的海康威视称此大会为“DVR产业的群英会”。在后来的表述中,海康威视称TI为其“核心合作伙伴”。很难说是TI成就了中国的海康威视,还是海康威视拉动了TI在中国区域内的市场地位。

    在DVR的早期MPEG4时代,用户可选择的处理器平台已经有很多。当时TI的C6x高速通用DSP平台处理能力可以达到1600MIPS,而其最强劲的对手是Philips公司产品PNX1300。两者均具有处理CIF分辨率下MPEG4的编码能力。

    2008年,TI携手镁光Aptina成像部以模拟视频摄像机的价位实现高清质量的IPC。这是一款基于TI达芬奇TMS320DM355(以下简称:DM355)数字媒体处理器与Aptina5百万像素高清安全影像传感器的DM355IPNC-MT5高清IPC参考设计。该解决方案的电子材料清单成本(eBOM)当时低于40美元,“有助于视频监控供应商以传统模拟视频摄像机的成本添加数字摄像机至现有系统中,并能在适当时机灵活地升级至IPC”。

    虽然借助TI与Aptina的参考设计,网络的复杂性与成本得以降低,视野更可达到1280x720像素;但是,DM355只能支持MPEG4编解码算法,而且在“技术控”的眼中,它的卡顿现象也显得“无法忍受”。DM355在当时最高可支持5Mpixels。“因为在IPC这个领域,只要每台挣得1个美金就可以开始跑量。所以很少有人死抠H.264和MPEG4的性能差异,而且TI在当时给了市场一个很好的预期,支持H.264的DM365很快就会面世。”因此,当年海思同类竞争产品的这个“Hi”,招呼打出去了,但是打的TI的达芬奇有些不痛不痒。第一回合,TI最终胜出。

一年后,作为TI入门高清级的压缩方案DM365诞生了。它支持到H.264的720P/30fps高清视频压缩,从那时候起,DM365长期盘踞在SoC市场的顶端,占据了大量的市场份额。众多的IPC研发厂家开始投入精力进行基于DM365的网络高清摄像机的研发。

    但是DM365在如功耗、编码效率、画质等方面的性能表现并不特别尖端。有业内人士分析说:“尽管如此,由于TI在DVR时代的应用惯性,还是有很多高清IPC整合厂家选择它,包括国内主流的大品牌。”鉴于DM365的一些缺陷,TI迅速推出DM368以弥补在高清IPC解决方案上的差距,DM368可实现多格式的1080P/30fps压缩,包括了H.264编解码等在内;采用主频为423MHz的ARM926ej-s处理器,整合了(hdvicp,mjcp)视频图像协处理器引擎;同时画质和码流方面有一定提升。

    海思:让人“爱恨交织”的Hi系列

    可以说,在标清、模拟时代,TI以在半导体领域的强大实力使得其在众多压缩方案的角逐中全线胜出。而伴随人们对MPEG4的挥手告别转而迎接H.264,SoC芯片市场发生了微妙的变化,DVR甚至整个安防行业也随之进行了一场行业大洗牌。一些未能及时调整生产策略的厂家迅速被残酷淘汰。

    据海思内部员工透露的数据,海思的芯片在DVR领域曾长期保持着60%—70%市场占有率。伴随海思在IPC芯片一疆土上也不断积累,虽说发展势头生猛;但是,进行的也并非是一帆风顺。

    海思半导体的前身是华为公司下属的一个芯片部门,成立于1991年,其芯片通过华为的产品走向世界。伴随华为公司的成长与发展壮大,该部门在2004年得以“独立门户”,但其业务发展方向仍然与华为公司同步和相适应。海思的的SoC平台以“Hi”为名,显得平易近人。

    2006年的北京安博会上,海思推出的Hi3510网络监控解决方案一经亮相即“引起了业界的广泛关注”,参展活动和展会同期举办的Hi3510应用方案发布会均获得“圆满成功”。同年,嵌入式DVR解决方案制造商深圳锐明视讯宣布推出业界首款基于海思半导体(Hisilicon)H.264编解码芯片的无线车载视频监控解决方案。该产品采用基于海思Hi3510的SoC+硬件加速的多核架构,Hi3510在H.264硬件加速引擎的基础上,配备了ARM926处理器、DSP,结合外部存储器/存储接口以及网络、视频和音频等丰富的外围组件。这是一款率先支持H.264压缩的SoC,尽管在推出初期引起业内的高度关注,这使得它相对于DM355极具优势,但由于其集成度有限,功耗设计欠缺等原因,市场接受度始终不高。而且,Hi3510只能支持JPEG抓拍3Mpixels。尽管如此,Hi3510的最大意义还是向外界展示了海思对IPC的SoC芯片市场的重视,以及其研发的方向。

    两年后,2008台北COMPUTEX电脑展上,海思推出了号称“Hi3512-业界最优的系列化IPC解决方案”。Hi3512支持H.264和MJPEG实时双码流,编码性能高达130万像素实时编码,海思宣称:“Hi3512从成本和性能两个纬度,保证了系列化IPC的竞争力”。这也是海思第二代高性能H.264SoC芯片。根据市场的反馈,这款产品最终没能使“成本和性能两个纬度”发生完美的交集。“发热量依然很高,集成度依然不高。甚至一度,有专攻海思方案的研发厂家对这家国有品牌产生了恐惧的心理”,有业内人士如是评价。

    2011年的深圳安博会上,海思以以“中国安防中国芯”为主题隆重发布H3高清监控芯片平台。其中包括三颗高清IPC的SoC芯片——Hi3517、Hi3516、Hi3507。Hi3517为1080P@60fpsSoC,Hi3516为1080P@30fpsSoC,Hi3507编码性能则为720P@30fps。“虽然磕磕碰碰,Hi3507还是在市场上坚持了接近两年的时间。但是在SoC的市场上,还有这么一家中国企业在不断努力,这是中国人的骄傲!”中科汇大李玉说。

    没有进行ISP的整合,虽然海思本身的芯片价格低,但是增加了厂家的成本;发热量高,意味着DSP处理不好,稳定性令人担忧。可以说,这些缺陷某种程度上来说并不都是硬伤。但一旦拿到市场上由终端进行选择,与同类型产品进行PK,被抛弃则是很正常的。

    2012年6月,海思只是在其官方网站上贴出Hi3518(A/C)的具体参数文档,而没有上载任何官方新闻。如同暴风雨前宁静的片刻,一场将改变IPC的SoC芯片市场格局之战开始打响了。

    Hi3518VSDM365

    根据TI在其官网上的表述:“TI宣布推出基于达芬奇技术的新型TMS320DM365数字媒体处理器,从而使开发人员可在数字视频设计中实现超高像素影像,再也不必为支持各种视频格式、满足网络带宽要求或系统存储容量限制等问题而操心。DM365高度集成了众多组件,其中包括符合生产要求的H.264、MPEG-4、MPEG-2、MJPEG与VC1编解码器,可满足智能视频处理功能的集成ISP解决方案,以及一系列板载外设等,可使开发人员将系统成本降低25%”。

    DM365采用ARM926EJ-S™内核,可实现实现高达300MHz速率,能够根据多种不同的产品设计选择适当的高清视频编解码器(24fps的1080pMPEG-4或30fps的720pH.264与MPEG-4)。

    而海思新推出的Hi3518,其“经济型SoC”Hi3518C采用采用ARM926@400MHz处理器内核,H.264编码可支持最大分辨率为2M;H.264&JPEG多码流实时编码能力:720P@30fps+QVGA@30fps+720P@1fsJPEG抓拍,支持JPEG抓拍720P@30fps,CBR/VBR/ABR码率控制,16kbit/s~20Mbit/s;图像处理上支持3D去噪、图像增强、边缘增强、de-interlace等前处理功能。而ISP支持AE和AWB功能(用户可自行调节)、强光抑制、背光补偿、gamma、色彩增强;支持坏点校正、去噪、数字防抖;支持去雾、镜头畸变校正;支持图像mirror、flip;支持数字WDR和tonemapping;提供PC端ISPtuningtools。

      Hi3518C在业界的反应是“以前的负面印象一扫而光”,甚至有人戏言“不像是海思做的。”

    要实现良好的图像质量,除了前端镜头、传感器部分对光线的处理,影像处理部分也是高清网络摄像机中不可忽视的一环。通常情况下,传感器部分设置有内嵌的图像处理芯片处理一些较简单的功能,而较复杂的自动曝光、自动白平衡以及自动对焦等功能则必须通过后端ISP处理,以获得良好的影像效果。传统的ISP是通过专门的ASIC或者DSP加以实现,随着技术的发展,后端的编码芯片已经越来越多的将ISP的功能加以集成。以TI的DM36×平台为例,其中视频处理子系统(VPSS)中包含了CCD或CMOS传感器的控制器,直接接收原始视频信号,然后由集成的ISP进行预处理,其中有H3A处理(即自动曝光AE、自动白平衡AWB、自动聚焦AF)、镜头畸形校正模式(LDC)处理、硬件人脸检测引擎、影像协处理器(IMCOP)、影像处理加速器(IPIPE),以及增强型屏幕叠加显示(OSD)等等。通过集成ISP,不但可大幅降低系统成本,更能大大增强视频的稳定性,优化影像在光学方面的性能。这对于提升高清网络摄像机的成像品质具有极其重要的作用。

    能把ISP包进SoC的厂家并不多。深圳市安尼数字技术有限公司(以下简称:安尼数字)网络产品总监胡永兴说:“海思以前的SoC是没有把ISP包进去的,选择海思的方案就必须自己另外加进去。而一个ISP要好几美金,无形中增加了成本。Hi3518C的这一改变,集成度更好,性价比更高,让大家觉得海思在技术上了一个很大台阶。”

    除此之外,海思以前的Hi3507等系列产品,“对于低功耗的设计不多,”其发热量大始终为IPC研发厂商所诟病。但是此番的Hi3518“功耗方面的设计得到加强,多年的顽疾得以解决”。

    深圳市韦特时代科技有限公司(以下简称:韦特时代)市场总监姜华在接受记者采访时表示:“Hi3518C的定位,就是一款更低功耗和较低成本的SoC芯片,相对于其同系列的Hi3518A来说,封装进行了简化,同时采用了更为便于维护的QFP封装模式,为产品的生产和售后维修提供了便利,对生产工艺的要求也有所降低。TI的同级产品DM365,该产品发布已经有几年了,据市场反馈来看,接受度也是蛮高的,整体性能良好,确实也体现了TI在芯片设计领域的经验和实力,随着海思3518A/3518C产品的推出,TI的DM365产品系列也有一定幅度的价格调整,目前优势和海思相比起来各有千秋,海思集成度更高,很多外设都集成到主芯片上了,这对降低整体成本很有优势,但是DM365在稳定性和市场接受度上已经经历了时间的考验。”

    深圳市荣天视科技发展有限公司总经理(以下简称:荣天视)刘文斌也谈到:“从我们测试的结果来看,海思的Hi3518在图像处理上比TIDM365要稍好一些。而且,TIDM365在编码压缩过程中,晃动中出现的马赛克比Hi3518更难控制一些。”

    从产品本身和市场推广力度来看,Hi3518都不只是一款简单的SoC芯片。它更像是海思为挽回败局,而推出的一款“划时代”产品。

    SoC市场可能出现“三国割据”?

    在一个新兴市场崛起之后难免出现群雄割据的局面。虽然在SoC市场由于各自有所突显的优势,曾经有一些产品推出,但在大市场的环境下部分产品却始终难成气候,其中的原因在于:首先,任何一种全新的SoC将需要完善的开发支持体系,如果开始冲劲有余而后又底气不足,特别是后续产品、服务难以为继,那么必然面临市场的强大阻力;其次,任何数字视频标准,在推出到商用需要不断完善,而专用SoC芯片很难以不变应万变,一旦有所疏漏,将会连累终端产品。

    记者在采访过程中,IPC研发制造厂商谈到海思和TI的时候,还一定会提到另外一个SoC品牌——安霸。在业界的共识中,安霸是“高清视频的技术领导者”,主要提供低功耗、高清视频压缩与图像处理,集成了各种关键系统功能。而且,“使用安霸方案要向其缴纳10万的‘入门费’”。

    在IPC目前的SoC市场格局中,可以说安霸代表着“高端”IPC的SoC芯片这一标杆,TI的多年耕耘使得其“群众”基础稳固,产品容易做出差异化。海思屡有新品,但更新力度不大,市场占有率始终在低位停滞不前。但Hi3518的出现,海思在通用市场上会否一统天下,回归DVR时代市场占有率第一的宝座呢?

    济南中维世纪科技有限公司副总经理王正彬在接受记者采访时表示:“海思的配套资料与技术支持都比较完备,公司从DVR产品上就一直与海思保持合作,采用海思方案做IPC相对容易切入,开发周期短、开发难度低。Hi3518A内置ISP、支持VPSS,压缩算法较好,集成度相对较高。我比较看好海思在IPC领域的前景,毕竟是本土企业,更了解并贴近中国市场,海思产品的性价比相对较高,新产品推出速度快。”

    荣天视刘文斌说:“TI作为美国企业,它的产品由于受本国政策的影响,对利润的要求较高;而且进入中国后会产生例如关税等等一系列额外成本。这使得它定价偏高。另外,海思的本土化优势使得其生产成本相对来说较低,而且它要求的利润不那么高,何况它还有更健全的市场渠道这一优势。”据记者了解,Hi3518C比DM365便宜20元人民币左右。

    从Hi3518的推出到现在也有了接近一年的时间。记者在调查采访中发现,月走量10K以上基于Hi3518产品的IPC厂家不在少数。安尼数字胡永兴说:“海思推出Hi3518的初期,虽然其受关注的程度较高,但市场上持观望态度人很多。而从去年到现在,新进IPC行业的厂家使用Hi3518占大多数。到现在,也有更多的企业基于自身发展战略的考虑,逐渐开始着手进货、研发。一个实际的情况是,即使现在有更符合企业利益的海思新品出现,若要一些企业在短期内就放弃他们多年经营的基于TI方案所花费的大量心血转战海思,也并非易事。”

    有消息源透露,海康威视已大量储备Hi3518,甚至一度将Hi3518库存全部吃掉。最近亦有深圳某资深IPC研发企业将百万高清的IPC模组价格拉到135元的低位。

    抛开集成度不说,海思的价格本身就具有竞争力;何况,现在的Hi3518已经具备了高集成度这一“优良品德”。

    中维世纪姜华说:“从市场层面来讲,海思超越TI存在很大的可能性,海思的定价系统比TI相对要更具有中国特色,而TI在整体成本上以及定价方面都不够灵活。由于他们的产品线较长,在单个产品线上投注的精力也就较少,引导市场上不如中国本土的芯片制造商海思那么超前,所以在市场上来说,海思成功是更符合常规的;但从技术层面来说,海思超越TI尚有难度,我们可以看到同样的例子发生在其他领域。中国企业历来的优势是价格,还有就是短平快,几年报销一代产品甚至一个行业是很常见的行为,安防是一个生命周期较长的行业,尤其是当前的世界格局和社会局势,安防的应用日渐广泛,产业在升级,市场在不断增长,如果海思将思路定位为民用,成功几乎是水到渠成的,目前已经具备这样的市场条件。”

    综合来看,未来安霸占据高端/专业市场领域,海思在民用市场抢得绝对优势。那时候,“夹”在中间的TI呢?也许,IPC的SoC芯片市场真的会出现这样一种“三国割据”的局面。而且,这一局面可能很快就会出现。

    中科院自动化所研究员、教授陈龙在接受记者采访时表示:“从长远来看,走海思这条路是一个趋势。本土化的海思对IPC厂家的技术支持比其他厂家更便捷和健全。”有业内人士表示:曾经在研发过程中遇到问题,在外企那边发一封邮件一个周不回的情况比较常见,但是海思可能就会及时派两个工程师助理“驻厂”来协助解决。

    两个月前,TI就某些细节进行了一些改进而推出DM369。但是面对Hi3518的攻势,它的动作恐怕要大一点才行。何况,海思的1080P方案在今年下半年也会有一些完善。


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