視頻圖像與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，是人類獲取和交換信息的主要來源，據(jù)統(tǒng)計人類有80％以上的信息來自于視頻圖象南链。在人類歷史發(fā)展過程中贮祥，視覺感知在學(xué)習(xí)、生產(chǎn)和各種知識傳承中占據(jù)了主要作用夭菲。視頻技術(shù)也在不斷地發(fā)展程昨，從576i到現(xiàn)在的4k，以及未來的8k摇轨，分辨率擴大了幾十倍咖亏，不斷地滿足了人們對視頻高清的需求。高清晰度的視頻在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣翠坟，3D技術(shù)也日趨成熟已唐，需要對海量視頻數(shù)據(jù)進行復(fù)雜處理的應(yīng)用越來越多，這個趨勢也倒逼視頻處理芯片行業(yè)不斷前行醒狭〗恃浚縱觀中國這10年視頻處理行業(yè)的發(fā)展，可以說是一個縮小版的半導(dǎo)體IC發(fā)展史君板。

完整的視頻處理流程包含了視頻采集歪架、視頻處理、視頻傳輸和視頻顯示4大部分霹陡，每一個環(huán)節(jié)都是緊緊相扣和蚪，如何一個環(huán)節(jié)拖后腿，都是會導(dǎo)致整個視頻生態(tài)圈的問題烹棉。但是攒霹，在這4個環(huán)節(jié)中，重中之重是視頻處理浆洗。視頻處理IC的優(yōu)劣直接決定了圖像的效果催束。視頻處理包含了視頻編解碼、視頻圖像去隔行伏社、視頻格式轉(zhuǎn)換等抠刺。

視頻編解碼芯片，原是國外廠商的天下

視頻編解碼洛口，目前在網(wǎng)絡(luò)上傳輸比較流行的是H.264與H.265矫付。H.264/MPEG-4 AVC（H.264）是1995年自MPEG-2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以后的最新、最有前途的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)第焰。H.264是由ITU-T和ISO/IEC的聯(lián)合開發(fā)組共同開發(fā)的最新國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)洞歼。通過該標(biāo)準(zhǔn)，在同等圖象質(zhì)量下的壓縮效率比以前的標(biāo)準(zhǔn)提高了2倍以上产贤，因此宣验，近幾年來H.264被普遍認(rèn)為是最有影響力的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

H.264標(biāo)準(zhǔn)的使用了幾個關(guān)鍵技術(shù)鹦房，分別是幀內(nèi)預(yù)測編碼娇晦、幀間預(yù)測編碼浑梳、整數(shù)變換、量化和熵編碼镀匈。幀內(nèi)編碼用來縮減圖像的空間冗余染窝。幀間預(yù)測編碼利用連續(xù)幀中的時間冗余來進行運動估計和補償，預(yù)測采用了基于4×4像素塊的類似于DCT的整數(shù)變換砰洗。量化医惠，H.264中可選32種不同的量化步長，這與H.263中有31個量化步長很相似穿桃，但是在H.264中器谦，步長是以12.5%的復(fù)合率遞進的，而不是一個固定常數(shù)痰哨。H.264視頻編碼處理的最后就是熵編碼胶果，在H.264中采用了兩種不同的熵編碼方法：通用可變長編碼（UVLC）和基于文本的自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼（CABAC）。H.264的編碼和解碼流程具體見圖一斤斧。

由于H.264具備高壓縮性早抠，同時適合在網(wǎng)絡(luò)里邊進出傳輸，隨著互聯(lián)網(wǎng)地不斷發(fā)展折欠，各個半導(dǎo)體廠家也看到了這個金礦贝或。2005年起吼过，美國的TI锐秦、安霸、NXP盗忱、臺灣的TEWELL酱床、日本的SONY、SHARP等一大批國家半導(dǎo)體企業(yè)或者電子企業(yè)將目光投入到了H.264編碼芯片上趟佃，量身打造適合不同區(qū)域的視頻編解碼芯片扇谣，大力推動了整個市場的發(fā)展。

可以說闲昭，在2010年之前冕咒，國內(nèi)的自研芯片基本處于樣機或者自用階段，市場的接受度非常的低益爽。據(jù)粗略數(shù)據(jù)統(tǒng)計彭理，見下圖二，國產(chǎn)芯片的占比只有1%左右企棘，國外芯片占比95%以上凝顿，TI半導(dǎo)體巨頭占領(lǐng)了中國幾乎一半市場。其原因在于國外廠家有豐富的經(jīng)驗積累射传，深耕在這個領(lǐng)域多年菌菇，熟悉產(chǎn)業(yè)的特點泛驰，國產(chǎn)芯片的穩(wěn)定性也有待提高。當(dāng)時浪顽，應(yīng)用視頻行業(yè)的廠家寺帽，對于芯片的選型基本只考慮國外芯片，選擇國內(nèi)芯片的鳳毛麟角东悔。

國產(chǎn)廠商的橫空出世崔败，華為海思表現(xiàn)搶眼

對于蓬勃發(fā)展的視頻編解碼市場，上游芯片廠家如TI姥芥、安霸等從未停止過競爭兔乞，國外廠家的技術(shù)與積累一直都處于領(lǐng)先地位，但是近年來凉唐，國內(nèi)廠家如華為海思等也不斷地在產(chǎn)業(yè)上游下功夫庸追，在某些技術(shù)領(lǐng)域取得一定的領(lǐng)先地位，通過專利和技術(shù)突破構(gòu)建市場堡壘台囱，形成競爭優(yōu)勢淡溯。

中星微電子從2006年開始啟動IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計，并在網(wǎng)絡(luò)攝像機專用芯片簿训、解碼終端以及在視頻監(jiān)控平臺方面持續(xù)投入咱娶，取得了耀眼的成果。2014年强品，中星發(fā)布新產(chǎn)品718和736芯片：其中718是第二代SVAC/H.264核心芯片膘侮，736是一款大眾級DVR核心芯片。芯片支持支持自動曝光的榛、自動白平衡琼了、自動增益等圖像處理功能；視頻編碼支持SVAC和H.264標(biāo)準(zhǔn)仔同，為安防監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)更加可靠和靈活的應(yīng)用键切。截止到2017年，中星微電以及在美國納斯達(dá)克上市圃靖，并從芯片設(shè)計業(yè)務(wù)擴展到視頻監(jiān)控整機設(shè)備廠家龙喂，逐步在國際市場發(fā)揮重大作用。

真正對國外競爭對手起到威懾作用的是華為海思榛蜻。海思依托中國這10年安防市場的蓬勃發(fā)展秧梨，聯(lián)手海康大華對國外半導(dǎo)體巨頭進行狙擊峰礁。

在進行H.264產(chǎn)品芯片的布局前提下漠恰，華為海思在視頻編解碼市場戰(zhàn)穩(wěn)了陣腳。同時，華為還力推H.265蹲自，是H.265的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)者平敏。隨著安防監(jiān)控不斷的向高分辨率、高壓縮率颗介、低寬帶占用方向發(fā)展愤惰，相對于H.264編碼，H.265視頻編碼壓縮技術(shù)在保證相同畫質(zhì)的情況下赘理，對帶寬的需求減少了50%左右宦言，存儲空間也相應(yīng)減少一半，解決了高清化商模、網(wǎng)絡(luò)化趨勢下視頻在帶寬奠旺、存儲和畫質(zhì)方面的難題∈┝鳎基于H.265技術(shù)的視頻應(yīng)用正逐步普及响疚。下圖為H.265與H.264碼率對比表。H.265不僅可以降低1080p等當(dāng)下主流高清格式的碼率(1080p僅需1~2Mbps碼率)瞪醋，同時也適用于4K和8K等超高清視頻忿晕，H.265標(biāo)準(zhǔn)讓網(wǎng)絡(luò)視頻跟上了顯示屏“高分辨率化”的腳步。

華為海思的視頻編解碼芯片系統(tǒng)非常全面银受，從65nm的3518A到目前最新的28nm的3519践盼，芯片產(chǎn)品囊括了消費市場、商業(yè)市場和行業(yè)市場宾巍；分辨率從D1到最新的4k因摸，幀率高達(dá)60fps。這些全面的布局和高可靠性澄俘，深得視頻應(yīng)用廠家的愛好棱硝，把TI的DM8168甩出了好幾條街。目前酸儿，華為海思與美國安霸、日本的索喜在該領(lǐng)域形成了三國鼎立局面紧甫，TI從DM8168后無新編解碼芯片推出昵鳍。

據(jù)粗略數(shù)據(jù)統(tǒng)計，見下圖四匀洪，中國市場國產(chǎn)芯片（主要是華為海思）的提升到60%左右难宋，是十年前的60倍，而國外芯片占比降低到35%左右厕扼，海思占領(lǐng)了國內(nèi)一半以上市場乙闰。索喜雖然是一家剛剛成立公司，單其背景是索尼和富士通，2016年開始進入中國市場互墓，在8k方面已經(jīng)確立其技術(shù)領(lǐng)先地位必尼。

隨著國產(chǎn)芯片廠家參與到視頻編解碼芯片設(shè)計大軍中，推動了行業(yè)芯片價格降低篡撵。筆者按照歷史采購數(shù)據(jù)判莉，同時以單通道編解碼價格來折算，按照1為某個單位價格折算（具體價格數(shù)據(jù)各個廠家均不便直接給出）育谬，繪制出各個芯片廠家的價格對比和趨勢圖券盅，見圖五。從圖中我們可以看到膛檀，芯片價格一直在降低锰镀，同時，國內(nèi)廠家海思因為其成本控制原因咖刃，價格有很大優(yōu)勢互站，從而倒逼國家巨頭不得不下調(diào)出貨價。受益以芯片廠家的價格競爭僵缺，芯片編解碼應(yīng)用廠家如汉遥康、大華等迅速發(fā)展磕潮。作為安防業(yè)的雙寡頭昵裁，大華股份與海康威視憑借行業(yè)的東風(fēng)暖经，兩家公司的成長速度異常強勁祈痢，在國際市場上已經(jīng)和應(yīng)用廠家進行廝殺。 2015年兩家公司雙雙晉升“全球安放50強”缕沟，阂α猓康排名第二，大華排名第五葛暇。從年營收數(shù)據(jù)來看皂汞，海康從2006年不到8個億的營業(yè)收入尼软，到2016年熄晕，主營輸入達(dá)到了320億元，大華股份的營業(yè)額便是在10年間增長了近百倍便透，2016年尔网，主營收入達(dá)到了133億元。

圖像去隔行單芯片航厚，輝煌時代一去不返

電視發(fā)展的早期階段顷歌，一般都采用“隔行掃描”技術(shù)锰蓬，目的是減少傳輸圖像的數(shù)據(jù)量。該技術(shù)將一幀圖像分為前后兩場眯漩，奇數(shù)行一場為奇場芹扭，偶數(shù)行一場為偶場。先發(fā)送奇場的數(shù)據(jù)坤塞，緊接著發(fā)送的是偶數(shù)行的數(shù)據(jù)冯勉，發(fā)送視頻數(shù)據(jù)量將減少一半。隔行掃描時摹芙，一幀圖像分為前后兩場灼狰，場間間隔時間為喊間間隔時間的一半。即浮禾，掃描光柵在奇場從左到右交胚，從上往下隔一行掃描一行，直到最后一行盈电，在偶場按同樣的掃描方式進行蝴簇。為了圖像效果更加好，在顯示端探快，一般都會使用去隔行芯片鹤曼，對視頻圖像進行處理。去隔行的方法有多種榨狐，包含了場間插值暇创、場內(nèi)插值、運動補償?shù)确椒ā?/p>

單芯片去隔行芯片的過去主要半導(dǎo)體廠家有美國的TI咱漱、日本的i-Chips和韓國的Macro Image屈腻，國產(chǎn)的去隔行單芯片基本沒有廠家介入。從全球范圍來看温履，消費量終端的顯示器是非常多的姑王，在VIDOE時代，去隔行芯片的使用量非常巨大亥护。隨著1080p分辨率普及盆战，TVBS信號的應(yīng)用逐步減少，取而代之的是3G SDI疙岂，同時DP坡疼、DVI信號協(xié)議里邊不在包含i制信號，在專業(yè)視頻應(yīng)用領(lǐng)域衣陶，單去隔行芯片的需求正在減少。

目前在專業(yè)的視頻處理領(lǐng)域闸氮，視頻處理廠家如美國的巴可剪况、中國的威創(chuàng)視訊、淳中等，為了追求最佳的視頻顯示質(zhì)量和舊產(chǎn)品的維護译断，還有一定的單芯片去隔行需求授翻，但是其他小小廠家基本就直接放棄隔行視頻的處理。單芯片的去隔行已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)化為芯片視頻處理的一個模塊孙咪。據(jù)統(tǒng)計機構(gòu)WitsView最新調(diào)研數(shù)據(jù)顯示堪唐，2016年全球液晶電視總出貨量為2.19億臺，按照80%計算翎蹈，需要帶去隔行功能的芯片年需求量大概在1.76億片淮菠。但是，在筆者看來荤堪，隨著高清視頻普及和傳輸?shù)綉魩挼纳壧岣吆狭辏ジ粜泄δ苣K也將逐步推出歷史舞臺。

視頻格式轉(zhuǎn)換芯片办适，國際半導(dǎo)體廠家的舞臺

視頻格式轉(zhuǎn)換技術(shù)是當(dāng)今信息領(lǐng)域的研究熱點之一玉唉，以美國和臺灣公司為主相繼推出多種芯片，如Genesis Microelectronics点溶、Gennum Corporation婚拭、Trident、Trumpion(Taiwen)比端、Etron Technology墅波、Macronix International、Philips Semiconductor擎津、Sunplus Technology房肿、i-chips等，國內(nèi)在該方面目前尚處于起步階段朵聪。

格式轉(zhuǎn)換技術(shù)其應(yīng)用場合要求它具有高實時性暗环、低代價實現(xiàn)，因此格式轉(zhuǎn)換研究從一開始就非常注重算法的ASIC化亮花，在初期VLSI集成度比較小時副瀑，主要研究單幀線性內(nèi)插，以后隨著硅片集成度的提高恋谭，逐漸采用幀間的多幀算法的自適應(yīng)算法糠睡，到90年代后期，運動估計技術(shù)可以單片集成時疚颊，運動估計的格式轉(zhuǎn)換才蓬勃發(fā)展狈孔。今天，硅片的集成度還在不斷提高材义，隨著片上系統(tǒng)(SystemOnChip)成為可能均抽，格式轉(zhuǎn)換將會發(fā)展出更加復(fù)雜嫁赏、高效的技術(shù)；可能的方向是運用更多幀的信息油挥，進行更精確潦蝇、復(fù)雜的運動補償。

隨著4k深寥、8K液晶電視的推出攘乒，視頻格式轉(zhuǎn)換特別是縮放技術(shù)顯得尤為重要。目前很多4k電視怀程，因為在視頻傳輸這塊還跟不上袁挟，大部分是采用視頻放大功能的。尚未成熟的8k更是如此喻丐。這里不得不提日本的視頻縮放公司i-chips冕店，拋開愛國情懷不說，在視頻行業(yè)搞技術(shù)的從業(yè)者都對i-chips的產(chǎn)品肅然起敬腔水。在縮放這塊嘁压，i-chips可以說是數(shù)10年如一日做這一產(chǎn)品，并且用工匠精神把它做到極致已堆，如i-chips732等爆踱。還有日本的夏普，最新研發(fā)X8-MEP圖像處理引擎你拗，無論是4K影像內(nèi)容還是電視信號或BD影像变抡，引擎都會根據(jù)影像素材內(nèi)容對細(xì)節(jié)部分進行修正處理，以8K清晰度的高精細(xì)影像再現(xiàn)超越現(xiàn)括绣。

視頻格式轉(zhuǎn)換芯片是顯示器系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵部件酌省，我國是電視、各類顯示器的生產(chǎn)大國监氢，但是布蔗，此類產(chǎn)品中的關(guān)鍵芯片目前大部份被美國或日本的芯片廠商所控制。國產(chǎn)的視頻芯片僅有華為海思浪腐、珠海全志幾家纵揍，尚未形成氣候。

視頻處理未來趨勢

更低的功耗议街，最理想的情況是高清終端本身的功耗降低到通過自然散熱即可穩(wěn)定工作的程度泽谨，隨著芯片工藝的不斷成熟，為低功耗提供了可能性特漩。綠色地球吧雹，是大勢所趨。

更高的壓縮能力涂身，隨著網(wǎng)絡(luò)市場對高清說頻產(chǎn)品的分辨率的要求不斷提高吮炕，一般的720P分辨率已經(jīng)有點提襟見肘腊脱，500萬访得、800萬甚至1200萬的像素需求在不斷涌現(xiàn)龙亲，對不同格式碼流的需求也成為標(biāo)準(zhǔn)配置。這些對高清視頻芯片的壓縮能力提出了更大的挑戰(zhàn)左启。

智能分析整合吻讽，人臉識別，大數(shù)據(jù)分析等智能視頻技術(shù)蓬勃發(fā)展技腻，越來越多的在實際應(yīng)用中得到普及推廣值资，隨著高清4k時代的到來，信息量成倍增加的前提下仓筷，智能視頻算法集成進去視頻芯片里邊已經(jīng)是勢不可擋雏仆。

視頻可從配置技術(shù)，F(xiàn)PGA巨頭賽靈思reVISION 支持以最快速度打造響應(yīng)最快的視覺系統(tǒng)聂弓，相比最具競爭力的計算嵌入式 GPU 和典型 SoC狠浮，將機器學(xué)習(xí)推斷的單位功耗圖像捕獲速度提升了 6 倍，將計算機視覺處理的單位功耗幀速度提升了 42 倍拔若，時延降低為 1/5门冷。可以預(yù)見驳楞，未來的視頻芯片集成reVision技術(shù)是必配叮凸。

縱觀國產(chǎn)視頻芯片的10年，海思半導(dǎo)體借助H.264/265的編解碼献烦，協(xié)同鹤仪希康、大華巩那、威創(chuàng)等國內(nèi)視頻應(yīng)用廠家吏夯，已經(jīng)在IP編解碼市場起到了引領(lǐng)作用。但是拢操，在其他視頻處理芯片市場锦亦，國內(nèi)的半導(dǎo)體廠家還需要抓住視頻處理的趨勢，迎頭趕上令境。筆者預(yù)計杠园，未來的視頻芯片具備上述4點趨勢，如果國內(nèi)半導(dǎo)體廠家能牢牢抓住舔庶，必將成為“站在風(fēng)口上的豬”抛蚁。

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