完全的视频处理流程包含了视频采集、视频处理、视频传输和视频显示4大部分，每一个环节都是牢牢相扣，如何一个环节拖后腿，都是会导致全体视频生态圈的问题。但是，在这4个环节中，重中之重是视频处理。视频处理IC的利害直接决定了图像的效果。视频处理包含了视频编解码、视频图像去隔行、视频格式转换等。
视频编解码芯片，原是国外厂商的天下
视频编解码，目前在网络上传输比较盛行的是H.264与H.265。H.264/MPEG-4 AVC（H.264）是1995年自MPEG-2视频压缩标准发布往后的最新、最有出息的视频压缩标准。H.264是由ITU-T和ISO/IEC的联合开拓组共同开拓的最新国际视频编码标准。通过该标准，在同等图象质量下的压缩效率比以前的标准提高了2倍以上，因此，近几年来H.264被普遍认为是最有影响力的行业标准。
图一 H.264编解码流程
H.264标准的利用了几个关键技能，分别是帧内预测编码、帧间预测编码、整数变换、量化和熵编码。帧内编码用来缩减图像的空间冗余。帧间预测编码利用连续帧中的韶光冗余来进走运动估计和补偿，预测采取了基于4×4像素块的类似于DCT的整数变换。量化，H.264中可选32种不同的量化步长，这与H.263中有31个量化步长很相似，但是在H.264中，步长因此12.5%的复合率递进的，而不是一个固定常数。H.264视频编码处理的末了便是熵编码，在H.264中采取了两种不同的熵编码方法：通用可变长编码（UVLC）和基于文本的自适应二进制算术编码（CABAC）。H.264的编码和解码流程详细见图一。
由于H.264具备高压缩性，同时适宜在网络里边进出传输，随着互联网地不断发展，各个半导体厂家也看到了这个金矿。2005年起，美国的TI、安霸、NXP、台湾的TEWELL、日本的SONY、SHARP等一大批国家半导体企业或者电子企业将目光投入到了H.264编码芯片上，量身打造适宜不同区域的视频编解码芯片，大力推动了全体市场的发展。
可以说，在2010年之前，海内的自研芯片基本处于样机或者自用阶段，市场的接管度非常的低。据粗略数据统计，见下图二，国产芯片的占比只有1%旁边，国外芯片占比95%以上，TI半导体巨子盘踞了中国险些一半市场。其缘故原由在于国外厂家有丰富的履历积累，深耕在这个领域多年，熟习家当的特点，国产芯片的稳定性也有待提高。当时，运用视频行业的厂家，对付芯片的选型基本只考虑国外芯片，选择海内芯片的百里挑一。
图二 2006年编解码芯片海内出货占比
国产厂商的横空出世，华为海思表现抢眼
对付发达发展的视频编解码市场，上游芯片厂家如TI、安霸等从未停滞过竞争，国外厂家的技能与积累一贯都处于领先地位，但是近年来，海内厂家如华为海思等也不断地在家当上游下功夫，在某些技能领域取得一定的领先地位，通过专利和技能打破构建市场堡垒，形成竞争上风。
中星微电子从2006年开始启动IP视频监控系统的研发和设计，并在网络摄像机专用芯片、解码终端以及在视频监控平台方面持续投入，取得了刺目耀眼的成果。2014年，中星发布新产品718和736芯片：个中718是第二代SVAC/H.264核心芯片，736是一款大众级DVR核心芯片。芯片支持支持自动曝光、自动白平衡、自动增益等图像处理功能;视频编码支持SVAC和H.264标准，为安防监控系统实现更加可靠和灵巧的运用。截止到2017年，中星微电以及在美国纳斯达克上市，并从芯片设计业务扩展到视频监控整机设备厂家，逐步在国际市场发挥重大浸染。
真正对国外竞争对手起到威慑浸染的是华为海思。海思依托中国这10年安防市场的发达发展，联手海康大华对国外半导体巨子进行偷袭。
在进行H.264产品芯片的布局条件下，华为海思在视频编解码市场战稳了阵脚。同时，华为还力推H.265，是H.265的紧张技能标准贡献者。随着安防监控不断的向高分辨率、高压缩率、低宽带占用方向发展，相对付H.264编码，H.265视频编码压缩技能在担保相同画质的情形下，对带宽的需求减少了50%旁边，存储空间也相应减少一半，办理了高清化、网络化趋势下视频在带宽、存储和画质方面的难题。基于H.265技能的视频运用正逐步遍及。下图为H.265与H.264码率比拟表。H.265不仅可以降落1080p等当下主流高清格式的码率(1080p仅需1~2Mbps码率)，同时也适用于4K和8K等超高清视频，H.265标准让网络视频跟上了显示屏“高分辨率化”的脚步。
图三 H.265与H.264码率比拟表
华为海思的视频编解码芯片系统非常全面，从65nm的3518A到目前最新的28nm的3519，芯片产品席卷了消费市场、商业市场和行业市场；分辨率从D1到最新的4k，帧率高达60fps。这些全面的布局和高可靠性，深得视频运用厂家的爱好，把TI的DM8168甩出了好几条街。目前，华为海思与美国安霸、日本的索喜在该领域形成了三国鼎立局势，TI从DM8168后无新编解码芯片推出。
据粗略数据统计，见下图四，中国市场国产芯片（紧张是华为海思）的提升到60%旁边，是十年前的60倍，而国外芯片占比降落到35%旁边，海思盘踞了海内一半以上市场。索喜虽然是一家刚刚成立公司，单其背景是索尼和富士通，2016年开始进入中国市场，在8k方面已经确立其技能领先地位。
图四 2006年编解码芯片海内出货占比
随着国产芯片厂家参与到视频编解码芯片设计大军中，推动了行业芯片价格降落。笔者按照历史采购数据，同时以单通道编解码价格来折算，按照1为某个单位价格折算（详细价格数据各个厂家均不便直接给出），绘制出各个芯片厂家的价格比拟和趋势图，见图五。从图中我们可以看到，芯片价格一贯在降落，同时，海内厂家海思由于其本钱掌握缘故原由，价格有很大上风，从而倒逼国家巨子不得不下调出货价。受益以芯片厂家的价格竞争，芯片编解码运用厂家如海康、大华等迅速发展。作为安防业的双寡头，大华股份与海康威视凭借行业的东风，两家公司的发展速率非常强劲，在国际市场上已经和运用厂家进行厮杀。 2015年两家公司双双晋升“环球安顿50强”，海康排名第二，大华排名第五。从年营收数据来看，海康从2006年不到8个亿的业务收入，到2016年，主营输入达到了320亿元，大华股份的业务额便是在10年间增长了近百倍，2016年，主营收入达到了133亿元。
图五 2006年至2016年编解码芯片价格趋势
图像去隔行单芯片，辉煌时期一去不返
电视发展的早期阶段，一样平常都采取“隔行扫描”技能，目的是减少传输图像的数据量。该技能将一帧图像分为前后两场，奇数行一场为奇场，偶数行一场为偶场。先发送奇场的数据，紧接着发送的是偶数行的数据，发送视频数据量将减少一半。隔行扫描时，一帧图像分为前后两场，场间间隔韶光为喊间间隔韶光的一半。即，扫描光栅在奇场从左到右，从上往下隔一行扫描一行，直到末了一行，在偶场按同样的扫描办法进行。为了图像效果更加好，在显示端，一样平常都会利用去隔行芯片，对视频图像进行处理。去隔行的方法有多种，包含了场间插值、场内插值、运动补偿等方法。
单芯片去隔行芯片的过去紧张半导体厂家有美国的TI、日本的i-Chips和韩国的Macro Image，国产的去隔行单芯片基本没有厂家参与。从环球范围来看，消费量终真个显示器是非常多的，在VIDOE时期，去隔行芯片的利用量非常巨大。随着1080p分辨率遍及，TVBS旗子暗记的运用逐步减少，取而代之的是3G SDI，同时DP、DVI旗子暗记协议里边不在包含i制旗子暗记，在专业视频运用领域，单去隔行芯片的需求正在减少。
目前在专业的视频处理领域，视频处理厂家如美国的巴可、中国的威创视讯、淳中等，为了追求最佳的视频显示质量和旧产品的掩护，还有一定的单芯片去隔行需求，但是其他小小厂家基本就直接放弃隔行视频的处理。单芯片的去隔行已经逐步转化为芯片视频处理的一个模块。据统计机构WitsView最新调研数据显示，2016年环球液晶电视总出货量为2.19亿台，按照80%打算，须要带去隔行功能的芯片年需求量大概在1.76亿片。但是，在笔者看来，随着高清视频遍及和传输到户带宽的升级提高，去隔行功能模块也将逐步推出历史舞台。
视频格式转换芯片，国际半导体厂家的舞台
视频格式转换技能是当今信息领域的研究热点之一，以美国和台湾公司为主相继推出多种芯片，如GenesisMicroelectronics、Gennum Corporation、Trident、Trumpion(Taiwen)、Etron Technology、MacronixInternational、Philips Semiconductor、Sunplus Technology、i-chips等，海内涵该方面孔前尚处于起步阶段。
格式转换技能其运用处所哀求它具有高实时性、低代价实现，因此格式转换研究从一开始就非常看重算法的ASIC化，在初期VLSI集成度比较小时，紧张研究单帧线性内插，往后随着硅片集成度的提高，逐渐采取帧间的多帧算法的自适应算法，到90年代后期，运动估计技能可以单片集成时，运动估计的格式转换才发达发展。本日，硅片的集成度还在不断提高，随着片上系统(SystemOnChip)成为可能，格式转换将会发展出更加繁芜、高效的技能；可能的方向是利用更多帧的信息，进行更精确、繁芜的运动补偿。
随着4k、8K液晶电视的推出，视频格式转换特殊是缩放技能显得尤为主要。目前很多4k电视，由于在视频传输这块还跟不上，大部分是采取视频放大功能的。尚未成熟的8k更是如此。这里不得不提日本的视频缩放公司i-chips，抛开爱国情怀不说，在视频行业搞技能的从业者都对i-chips的产品肃然起敬。在缩放这块，i-chips可以说是数10年如一日做这一产品，并且用工匠精神把它做到极致，如i-chips732等。还有日本的夏普，最新研发X8-MEP图像处理引擎，无论是4K影像内容还是电视旗子暗记或BD影像，引擎都会根据影像素材内容对细节部分进行改动处理，以8K清晰度的高风雅影像再现超越现。
视频格式转换芯片是显示器系统中不可或缺的关键部件，我国是电视、各种显示器的生产大国，但是，此类产品中的关键芯片目前大部份被美国或日本的芯片厂商所掌握。国产的视频芯片仅有华为海思、珠海全志几家，尚未形成景象。
视频处理未来趋势
更低的功耗，最空想的情形是高清终端本身的功耗降落到通过自然散热即可稳定事情的程度，随着芯片工艺的不断成熟，为低功耗供应了可能性。绿色地球，是大势所趋。
更高的压缩能力，随着网络市场对高清说频产品的分辨率的哀求不断提高，一样平常的720P分辨率已经有点提襟见肘，500万、800万乃至1200万的像素需求在不断呈现，对不同格式码流的需求也成为标准配置。这些对高清视频芯片的压缩能力提出了更大的寻衅。
智能剖析整合，人脸识别，大数据剖析等智能视频技能发达发展，越来越多的在实际运用中得到遍及推广，随着高清4k时期的到来，信息量成倍增加的条件下，智能视频算法集成进去视频芯片里边已经是势不可挡。
视频可从配置技能，FPGA巨子赛灵思reVISION 支持以最快速率打造相应最快的视觉系统，比较最具竞争力的打算嵌入式 GPU 和范例 SoC，将机器学习推断的单位功耗图像捕获速率提升了 6 倍，将打算机视觉处理的单位功耗帧速率提升了 42 倍，时延降落为 1/5。可以预见，未来的视频芯片集成reVision技能是必配。
纵不雅观国产视频芯片的10年，海思半导体借助H.264/265的编解码，协同海康、大华、威创等海内视频运用厂家，已经在IP编解码市场起到了引领浸染。但是，在其他视频处理芯片市场，海内的半导体厂家还须要捉住视频处理的趋势，奋起直追。笔者估量，未来的视频芯片具备上述4点趋势，如果海内半导体厂家能牢牢捉住，必将成为“站在风口上的猪”。
作者简介
微电子专业毕业，硕士研究生，熟习理解半导体行业，曾经在实验室做过IC前端设计，从事电子产品设计9年，目前在一家上市公司担当产品设计经理。
本日是《半导体行业不雅观察》为您分享的第1266期内容，欢迎关注。
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