ＩＰ視頻監控發展的幾個方向

從VCR(video Cassette Recorder)模擬監控到DVR(Digital Video Recorder)數模混合監控，再到引入網絡技術的全數字化的IP視頻監控，視頻監控系統正在經歷一場徹底的數字革命。引入IP網絡的視頻監控系統將更加開放、集成和靈活，為整個安防產業的發展提供了更加廣闊的空間。

但是據Instat的統計，2007年IP視頻監控在視頻監控市場中只占到10％的份額，遠遠低于DVR系統50％的份額，甚至不及以VCR為代表的CCTV(閉路電視監控系統)。而從最早出現IP視頻監控系統的2001年算起，它已經歷經了長達6年多的發展。

對此，業界的分析認為影響IP視頻監控發展的因素有很多：IP化后，監控系統依托公共網絡，因此需要更長的時間等待相關政府部門的審批；IP網絡帶寬的制約，高分辨率IP攝像頭的圖像傳輸質量會受到影響，尤其多路訪問，對網絡帶寬的要求就更高；以及IP監控的視頻內容分析和智能識別的能力還有待進一步的提高等等。但是TI通用DSP業務發展經理鄭小龍指出IP攝像頭的高成本依然是IP監控系統推廣最主要的障礙。

成本控制是取勝之道

當前，IP攝像頭面對的最大競爭對手是DVR系統中的網絡視頻服務器，它能夠提供視頻編碼的功能，并通過太網連接到前端的模擬攝像機，起到類似IP攝像頭的功能。在較大的安防工程中，網絡視頻服務器的應用非常普遍，一臺服務器可以連接1～4路模擬攝像機。

Instat的分析認為，使用網絡視頻服務器加模擬攝像機的成本比網絡攝像機要低30％～50％：一個4路的網絡視頻服務器價格為100～400美元，一個網絡攝像機的價格為100～1500美元l 4個模擬攝像機加一個網絡視頻服務器最低可為200美元，而4個網絡攝像機的價格最低也在400美元左右。因此對于需要多點監控的工程，網絡視頻服務器的成本更低。

但是一旦IP攝像頭的成本得到了有效的控制，視頻監控系統遲早會發展為IP監控系統，網絡視頻服務器也只是視頻監控系統IP化的過渡產品。Instat預計2008 IP視頻監控系統的市場份額達到47％，增長率達到了40％，而模擬監控設備逐步被淘汰，DVR系統銷售額的增長率在25％左右，2008年以后DVR系統的增長率逐步下降，會在18％左右。另一家分析機構iSuppli也認為2008年是IP視頻監控高速發展的一年，IP監控攝像頭市場將接近30億美元，2009年有望占據整個視頻監控系統半壁市場，2010年完全壓倒CCTV(圖1)。

通過芯片的高度集成幫助有效控制整個系統的成本一直是IC設計公司努力的方向。鄭小龍表示，采用TI基于達芬奇的DM355SoC設計的綜合HD IP網絡攝像頭DM355INPC-MT5的BOM可以縮減到40美元。整個系統的核心是DM355處理器和Aptina(美光的圖像傳感器部門)的CMOS圖像傳感器。

DM355處理器包含集成在內的視頻處理子系統、MPEG-4-IPEG協處理器和一個270MHz的ARM9內核，DM355同時集成了DAC，可以與視頻放大器協同工作，驅動復合PAL或者NTSC的輸出。DM355的5萬片的報價為9.75美元，是整個電路板上最貴的部分，其次是CMOS攝像頭，報價為8美元。其他高價的硬件包括DDR和NAND存儲器，以太網MAC/PHY和一個5通道的功率管理IC等。其他如自動虹膜識別、以太網供電、音頻處理和UART穿行報警接口都是可選項，全功能型攝像頭的BOM可控制在48美元以內。

采用CMOS圖像傳感器的高清攝像頭可以實現1280×720的高清質量，能夠取代2個D1的模擬攝像頭，將視野提高33％(320個水平像素)，并且成本也能大幅降低(圖2)。

“考慮成本的角度是多方面的，”鄭小龍表示：“例如，IP攝像頭的設計還要考慮到目前尚未做好IP升級準備的CCTV客戶的模擬輸出，允許他們使用攝像機系統滿足未來的技術要求，確保監控系統的投資價值。”

確保Wi-Fi傳輸安全

監控系統IP化是數字視頻監控發展的必然趨勢，引入Wi-Fi也很自然，因為如果要真正實施系統化的視頻監控管理，那么傳統封閉的專用系統就受到了很大的制約，圖3所示的基于IP網絡的數字視頻監控才能夠提供更多的實用功能。

基本的IP網絡數字視頻監控系統可以由五類設備組成，其中終端可以是具有IP網絡接口的視頻服務器(DVS)連接模擬攝像機，或者是一體化的IP攝像機，也可以是數字硬盤錄像機(DVR)的IP網絡延伸。另外還需要中心視頻管理和存儲綜合設備。IP網絡可以通過有線或無線方式進行連接而成為整體。

由于數字監控系統的網絡化，特別是越來越多的系統將依托于公共寬帶網絡系統，因此網絡安全的要求也就很高。解決這個問題的方法可通過兩個方面來實現，其一，要依靠網絡系統的安全化措施的保障。其二，可以在視頻編解碼技術上尋求加密措施。對于Wi-Fi的應用，一方面沒有了連線不容易被硬性破壞，而另一方面無線網絡也存在被侵入或干擾的可能，所以需要強化保密措施。為提高無線網絡的傳輸性能，不少新的技術應運而生，如自適應無線路由(Adaptive Wireless Routing Protocol，簡稱AWR)完全是為了實現無線網狀網的獨特價值而開發的，能夠良好地支持無線數字視頻無縫監控的實現，且在具有優越的網絡安全性能。這一無線網狀網漫游技術能夠做到跨IP子網漫游，并且不需要Wi-Fi標準的客戶端做任何軟件、硬件上的改動。目前在北美已成功地應用并已經引進國內。

FPGA廠商的介入

盡管目前基于DSP SoC的方案在監控市場占主流地位，但FPGA廠商希望能在差異化和客戶定制化方面顯示出自己的優勢。通過針對監控應用將FPGA器件和MPU/DSP結合在一起，設計師不僅能從可編程協處理器的固有靈活性中得到好處，還可以利用FPGA將精力集中在開發算法上，以充分利用MPU/DSP的處理能力。現場可升級和維護特性是基于FPGA設計的固有優勢。比如，通過下載軟件包，對現有部署系統進行升級可由終端用戶完成，而不一定要由視頻監控OEM廠商完成。

北京合眾達電子就在其多路視頻監控系統硬件平臺就中采用了DSP+FPGA的方式，用的是TI的TMS320DM6437，只有1個數字視頻輸入接口，為了連接8路視頻解碼器，需要在視頻解碼器與DSP的視頻輸入接口之間增加耦合邏輯，而可編程的FPGA可以方便實現二者之間的耦合邏輯。另外，FPGA上含有豐富的資源，可用來實現某些圖像已處理功能，比如，圖像大小的縮放，防眩光等。

賽靈思消費行業市場高級經理江允貴指出：“滿足低中高各種用戶的應用，應多考慮靈活性和空間的問題，具備數字信號處理功能的處理器是首選。此外，為了以合理的成本設計出高性能的智能監控產品，設備廠商最好和芯片廠商和智能算法提供商一起，在系統集成方面進行無縫合作。”

三星電子的新一代數字視頻監控系統采用了Xilinx Spartan-3E FPGA與MicroBlaze軟處理器。基于該方案的數字視頻錄像機可在內建一個MicroBlaze軟處理器的Spartan-3E元件中同時處理4個視頻通道。賽靈思希望在下一代視頻監視系統中采用帶有IP LAN照相機、復雜的成像處理、新型視頻壓縮技術和以太網供電布線的元件。

智能監控將是分水嶺

智能視頻監控包括是智能監控和視頻分析，以數字化、網絡化視頻監控為基礎的一種更高端視頻監控應用。它能夠識別不同的物體，發現監控畫面中的異常情況，并能以最快和最佳的方式發出警報和提供有用信息，從而能更加有效地協助安全人員處理危機，并最大限度降低誤報和漏報現象。

智能技術中的目標自動跟蹤技術通過對移動目標的識別并自動控制攝像機來跟蹤目標的移動，監視目標的整個移動過程。智能視頻監控設備可以帶來很多好處，例如，它并不需要對所有內容都錄像，而是根據需求進行錄像，從而節省存儲設備的容量；此外，隨著視頻監控產品實際投入使用數量大幅攀升，具有智能分析功能的監控設備還能節省大量的人力。智能分析包括先進的面部識別、瞳孔識別，指紋識別、車輛和人員的進出計算等特定物體的追蹤和快速分析。

智能視頻監控雖然還不是目前監控市場的主流，但是隨著處理器能力的提高，實時的數據分析將在很大程度上提高監控的效率，監控系統的智能化將形成趨勢。這在一定程度上是視頻監控處理器發展的分水嶺，ASIC過于固定的硬件結構束縛了系統的靈活性，江允貴介紹說：“從進入門檻上講，基于ASIC SoC的視頻解決方案最低，但是因為不可定制的缺陷，缺乏靈活性，在多通道設計領域成本甚至比FPGA還要高。”而FPGA高速的處理能力是實現諸如高速智能辨識等功能的一種選擇，這對FPGA廠商來說是一個契機，在這個領域，FPGA廠商已經和一些軟件分析合作伙展開合作開發。

3DLABS的負責人也認為：“強大的多媒體壓縮和處理能力以及針對圖像、圖形的各種算法可以幫助客戶實現智能監控中的更加有創意的視頻數據分析和處理。”3DLABS的DMS-02處理器采用多核架構，包括兩個ARM9的處理器和一個完全可編程陣列的整數/浮點型ALU，DMS的架構適用于視頻，圖像，聲音，三維圖形和信號處理。

“對于DSP來說，差異化正是DSP的用武之地”，ADI DSP和嵌入式處理器產品技術市場經理張鐵虎表示：“隨著DSP性能的不斷提高，智能化的監控系統完全能夠以嵌入式的方式由DSP實現。已經有不少DSP產品成功用于智能監控、車牌識別、人臉識別等產品中”。

視頻智能分析算法既可以同數字視頻編碼軟件同時在DSP平臺中運行，也可以獨立地以模塊化的方式協調工作。例如，TI的DM643x系列更適合視頻智能分析的模塊化設計，在充分利用其核心C64+的性能的同時可以由CAN總線進行控制，而所集成的PCI接口也可用于連接視頻處理主系統。

目前視頻智能分析算法大多在于處理CIF分辨率的視頻，隨這D1分辨率設備的普及，需要提高算法的處理能力和效率，而對DSP的處理能力就有更高的要求。其實高清在數字視頻監控中的應用并不遙遠，這也就成為智能分析算法開發者的新課題。

視頻智能分析的廣泛實用化還有很長的一段路要走，原因在于軟件的適應性。實際的應用場合相當復雜并且又會伴隨著天氣、環境、人為等許多干擾，智能分析算法要不斷經過考驗和修改。所以，不僅需要處理器強勁的性能，也需要很好的開發環境，可以為軟件的開發和完善提供保證。