DM365解決方案在高清網絡攝像機中的應用

文/楊云飛

安防產品數字化、智能化、高清化和網絡化已成為一個不可逆轉的潮流，市場上的高清產品如雨后春筍般展現在用戶眼前。DM365是TI公司2009年3月推出的一款針對數字高清網絡攝像機的高性價比解決方案，本文主要介紹了該產品的主要特點，供讀者參考。

市場背景

從個人電腦、家用數字視頻產品，到安防領域，“高清”都是一個熱門詞匯。清晰度一直是安防行業追求的一個目標。數字高清網絡攝像機經過概念、市場推廣階段，逐漸得到了客戶的認可，安防產品數字化、智能化、高清化和網絡化已成為一個不可逆轉的潮流，市場上的高清產品如雨后春筍般展現在用戶眼前。

依據不同的市場需求和產品定位來選擇符合產品發展方向的解決方案，是每個廠商需要面對的一個問題。數字高清網絡攝像機的設計需要重點考慮以下幾點：

存儲和帶寬的平衡

隨著圖像分辨率的提升，以1920X1080 30幀為例，利用H.264 的編碼算法，為保證清晰度，碼流需要控制在6Mbps左右，這樣每小時的存儲空間需要2.7GB，即使1T的硬盤也只能存儲370小時左右；百兆局域網只能可靠傳輸5路編碼后的視頻。而千兆網目前還沒有普及，磁盤陣列的價格還沒有達到大規模民用的程度，所以如何平衡存儲和帶寬是擺在廠商面前的一個難題。

成像系統的性能

老牌模擬視頻廠商經過幾十年的發展，光學成像系統都比較成熟，隨著分辨率的提升，對鏡頭精度、水平度控制都提出了新的要求，五百萬網絡攝像機的分辨率是PAL制式模擬攝像機的十倍多，而高清相機和高清攝像機上采用的技術用在安防產品上的成本較高，不利于網絡高清攝像機的推動。如何降低成像系統的門檻，是網絡高清攝像機發展的關鍵因素。

自動對焦、自動曝光和自動白平衡的實現

目前，自動對焦、白平衡，自動曝光技術在模擬攝像機上發展得比較完善，一些廠家也推出了新的對焦和曝光技術，如多點曝光、AGC區域控制等技術，但在數字高清攝像機上該技術的應用相對比較薄弱，這些技術對于高清晰的圖像質量非常重要。國內在這些技術領域所涉及的控制算法上積累的經驗比較少，尤其在高清系統中，分辨率的增加將會增加相應算法的開銷，如何保證實時快速地完成這些控制算法顯得非常重要。

DM365數字高清網絡攝像機應用系統

系統介紹

DM365是TI公司2009年3月推出的一款針對數字高清網絡攝像機的高性價比解決方案。它能支持分辨率為720p，每秒30幀，H.264的高清編碼。依據其特點，并結合自身算法的優勢，我們推出了一款數字高清網絡攝像機，其應用框圖如圖1所示：

圖1 高清網絡攝像機系統應用框圖

系統特點

由該款高清網絡攝像機組成的系統具有如下主要特點：

存儲和帶寬

跟標清相比，高清需要面對存儲和傳輸問題，以及保證原系統能夠進行低成本的升級。為方便高清產品的推廣，更好地兼容特定的觀看設備以及網絡帶寬，產品設計策略將采用不同的分辨率對視頻流進行編碼，產生相對應的視頻流以滿足網絡帶寬、CPU解碼能力的要求。TI的DM365支持多格式（H.264、MPEG-4、MPEG-2、MJPEG 以及VC1 等編解碼器）、多速率高清視頻，可實現高度的視頻靈活性。DM365可以同時輸出720P，D1，CIF三個碼流，或者更多的組合方式，使得同一視頻源可以滿足用戶不同場合的需求，如：高清本地存儲和現場顯示，標清圖像供智能分析，CIF圖像用于遠程傳輸和查看。

圖2 不同的分辨率適應不用的存儲和帶寬

自動對焦、曝光和白平衡處理

標清模擬攝像機經過幾十年的發展，在自動對焦、曝光和白平衡等方面的技術已經發展得比較成熟，為提升高清網絡攝像機的競爭力，需要開發新的算法來適合高清網絡攝像機的應用。DM365片上的 ISP 支持噪聲過濾、視頻穩定、面部檢測、自動白平衡、自動對焦、自動曝光以及邊緣增強等影像增強技術，并可提升視頻處理的智能化水平。能夠解決如下幾個主要問題：在黑暗環境中，造成的曝光過度問題；在逆光環境下，人像曝光不足問題；物體與背景反差過大時，導致的偏色問題；對于場景監控，大范圍的背景顏色信息不豐富問題；對于忽然進出場景的物體，導致白平衡處理不準確的問題；對于場景的劇烈變化，導致曝光和白平衡不準確等問題。

支持無線網絡

在現今的網絡體系中，有線網和無線網廣泛應用在視頻監控中，為視頻數據的遠距離傳輸、智能化管理提供了強有力支持。在現實的監控需求中，復雜的地理環境往往制約了有線網絡在視頻監控中的應用。比如森林防火、野外油田、遠距離的高速公路、成熟的公園景區等環境，有線網絡搭建很難完成或者使用戶成本投入過高、網絡建設周期過長等。無線網絡以其高度靈活性、便捷性、移動性、低成本、保護用戶投資等特性成為除有線網絡視頻監控外，最佳的輔助解決方案，其合理而有效地解決了復雜環境下的網絡視頻傳輸。

該系統在網絡應用方面擁有最前沿的技術保證，系統預留了RS232和USB接口，能提供給用戶可編程API，以支持不同的無線解決方案，如WIFI，3G等。

智能支持

高清技術的發展將推動圖像識別和智能分析技術的發展和應用。智能化是IP監控未來的發展方向，針對某個行業或者應用提供一個優化后的智能算法解決方案，實現高可靠性是設計智能算法的出發點。而數字網絡攝像機直接可以輸出數字信號供智能算法使用，在這一點上存在著先天優勢。所以在該產品設計中，已預留了DSP擴展板接口，用戶可以選擇不同性能的DSP進行智能分析運算，通過SPI接口實現與系統通信。另外為用戶設置了加密芯片，可以由用戶寫入私人密鑰以保護自己的知識產權。

標準支持

隨著數字視頻安全監控市場的蓬勃發展，為避免資源浪費，以及達成產品間的互通性等目標，國際上已有兩個團體（ONVIF和PSIA）針對IPBased安防監控產品提出建議草案，制定了前后端設備的接口(Interface)共通標準。

基于DM365的高清網絡攝像機支持標準的PSIA協議V1.0版本，使得集成商可以選擇任何帶有PSIA(物理安全互操作性聯盟標準)接口的DSP子板來開發更強大的視頻分析功能，確保與符合PSIA標準的系統進行連接，從而能便捷地實施即插即用連接。