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松本安防监控摄像机

2013-01 来源：松本作者：廖聪

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2011年是监控领域高清产品的爆发年，在2011年的安博会上，“高清”和“IP”这两个词成为当之无愧的热门词汇。

相比40万像素(D1分辨率)标清机，高清机最大优势是高分辨率的辨识效益，以及更大的覆盖范围与画质。在监控范围相同条件下，一台高清机可替代2、3台标清机，甚至更多。根据TI视频产品业务拓展经理王承宁的介绍，目前一部720P的IP摄像机可替代两部D1标清摄像机，并可增加33%的视野。

高清摄像机的性能，主要取决于镜头、传感器及主控芯片技术，其中芯片处理能力又是最重要的因素。由于高清摄像机视频数据量很大，所以对芯片的压缩、CPU处理能力要求非常高，而芯片的压缩及处理能力将直接决定对传输网络、录像传输及后端处理的要求。

目前不少芯片厂商都在提供高清解决方案，其中华为海思和TI是目前国内最主流的解决方案。在2011年安博会上，海思的展区全面展示了H3高清监控平台，包括五颗芯片--三颗高清IP Camera SOC芯片(Hi3517、Hi3516、Hi3507)，以及两颗高清DVR/NVR芯片(Hi3531、Hi3532)。其中Hi3517为1080P@60fps SOC，Hi3516为1080P@30fpsSOC，Hi3507编码性能则为720P@30fps，全面支持全高清网络摄像机解决方案。另外，Hi3531总性能为24路D1，可以单片实现4路全高清DVR/NVR方案；Hi3532则为20路 D1或者4路全高清H.264编码协处理器芯片，与Hi3531通过级联实现更多路数的HD CCTV DVR方案。

德州仪器(TI)所提供的平台可以支持各种高清需求并支持多种高清视频压缩格式，而且具有更高的系统灵活性。现已大批量生产的DM6467是一颗单芯片可实现H.264及其它视频压缩格式高清或更高的芯片。该平台集成有ARM9处理器和视频处理器及高速C64+x的DSP核心，还有BT1120高清视频输入和输出端口，另外配备丰富的外围接口。目前DM365已作为高清入门产品在监控IP摄像机中得到很好地应用。

同样在2011年安博会期间，Aptina展示了其面向监控市场的最新图像传感器产品，包括可在60fps帧率下以宽动态范围(WDR)或非宽动态范围模式提供720P/1080P高清视频的传感器，以及采用AptinaA-Pix和DR-Pix技术的500万像素高性能图像传感器。

在从超亮到超暗场景的所有亮度条件下，撷取高质量的60fpsHD视频非常具有挑战性。过去，百万像素传感器可以提供宽动态范围或出色的弱光灵敏度，但无法二者兼顾。现在，“Aptina采用DR-Pix技术与多重曝光宽动态范围成像技术设计的最新HD百万像素传感器，能够提供宽动态范围或出色的弱光灵敏度。”Aptina Imaging公司高级业务发展/营销经理Cliff Cheng介绍，AptinaDR-Pix可在所有像素上实现全局可程序设计转换增益调节，以便与场景中的所有不同光照程度相匹配。结合使用真正的相关两次采样技术，可以让高画质成像器实现小于2erms的低读取噪声和超过60%的量子效率。

除了DSP厂商，FPGA厂商也十分关注这一市场。以往在高端视频监控市场，FPGA一般作为协处理器，很少独立于DSP。不过，赛灵思近日推出了将FPGA与ARM核集成的可扩展平台“ZYNQ系列”，有望改变这一状况。据赛灵思公司亚太区销售和市场总监张宇清介绍，“ZYNQ系列”配有760个DSP引擎，性能超过910GMAC。并且FPGA与ARM的连接架构专门采用处理器与FPGA定制的标准架构，这一架构的优势体现在可实现3000个内部互连，带宽可达到100Gbps。而分立的FPGA和ARM的互连，其管脚非常有限，最多可解决1300个管脚。并且ZYNQ可通过ARM实现软件编程，可广泛应用于智能视频监控、汽车驾驶员辅助系统、工控等嵌入式市场。

IP摄像机带动远程视频监控发展

在安防行业内，对高清摄像机的理解主要分为两种：一种为模拟高清摄像机，一种为数字(IP)摄像机。近年来，越来越多的厂商开始采用IP摄像机。对此，德州仪器半导体(TI)事业部DSP系统业务部视频安全业务经理Cyril Clocher先生就表示：“IP Camera必将彻底取代模拟Camera。”

视频监控市场从模拟CCTV视频系统向更为成熟、主动预防性、基于网络的IP视频的转化这一趋势仍将是未来的主流。在CCTV时代，保安人员只能坐在中央监控室内从监视器幕墙上监视某栋大楼或某个区域的安全状况，但2011年日趋普及的IP摄像机正使得视频安全监控系统可以进行远程监控。“IP远程视频监控系统使得我可以在深圳任何一个地方通过手机看到法国家里发生的一切情况。”德州仪器(TI)DSP系统业务部视频安全业务经理CyrilClocher表示，2012年IP视频监控的三大趋势就包括了远程视频监控、绿色节能和内建视频分析功能。

远程视频监控的发展离不开网络的进步。由于3G网络带宽的提升可以提供比现有CDMA和GPRS网络更清晰更流畅的视频传输效果。因此这种带宽变化是3G的最大优势。3G与安防产业的结合对两者而言都是一种应用领域的扩充。但是对于厂商而言，首要挑战是安防监控产品以及整体解决方案如何与3G技术进行融合，这就要求安防设备厂商同时具备3G接口和通信协议的相应开发能力。

Aptina 公司高级业务发展/营销经理Cliff Cheng认为，产业从CCTV转而采用IP摄影机的发展，将带来多项好处，包括摆脱NTSC/PAL分辨率标准的种种限制，为百万像素影像传感器的应用提供更多的机会。此外，现今许多IP摄影机都采用宽动态范围(WDR)技术，这使得摄影机几乎能在任何环境中工作，因为它克服了摄影机在极暗、极亮环境下撷取影像时的相关技术挑战，使摄影机几乎可以放置在任何地点。

目前，IP视频监控现已广泛应用到空港、列车、地铁、地面交通枢纽、政府大楼、国土安全、城市商业中心、重大设施、商场、银行、住宅和马路，并推动市场产生了对新型IP摄像机、混合DVR和NVR(网络视频录像机)的需求。

Cyril Clocher表示，第二代达芬奇DSP单芯片DM8168及8127分别满足高清DVR和高清IP摄像机应用，同时28nm的工艺进步也大大降低了体积和成本。与MPEG4SP相比，H.264HP的压缩率提高了4倍以上。低数据流量使得电信运营商可以通过2G或3G蜂窝通信网络将IP视频传送到世界各地用户的手机上。

ADI技术市场经理张铁虎表示，目前ADI的Blackfin系列产品可以为IP摄像头应用提供双芯片解决方案，同时可在视频标准、分辨率、帧速和相关的视频前/后处理功能方面实现完全的灵活性。另外，Blackfin的双芯片解决方案能够实现视频压缩、操作系统支持、CCD/CMOS传感器的本地互操作、完整的接口选择以及目标视频分析所需的开销处理。

FPGA将进为智能视频分析提供更强运算能力

与高清、IP摄像机发展配套兴起的是发展迅速的视频分析技术，可以说没有高清，就没有视频分析的发展。

“随着摄像机技术的不断发展，分析技术也在不断发展以支持全1080p图像，以充分利用摄像机现在能够提供的详细细节和分辨率技术。” Altera亚太区工业市场开发经理江允贵认为，模拟CCTV摄像机过渡到高清数字IP摄像机，推动了对HD1080p/30fps视频分析的需求。

视频监控常规产品DVR、DVS和IP摄像机都可以通过添加前端智能视频处理来增加风险性管理和智能化业务。据TI通用DSP业务发展部经理郑小龙介绍，TI的DM642在智能视频嵌入化应用中发挥了重要的作用，而后续推出的Davinci系列平台则可以满足不同方面的数字视频需求并不断取得市场的成功。

ADI在智能视频监控方面的市场策略则比较独特。据了解，ADI目前同许多高校与科研院所(如清华大学)进行合作，共同展开视频分析的开发工作。ADI技术市场经理张铁虎表示，高清智能视频分析已将成为主流，ADI将在即将面世的芯片中加入了智能视频分析基础算法的硬件加速模块，并提供相关的演示代码和文档，帮助客户设计出更高效的系统。不过他表示，具体细节将在2012年初披露。他同时认为，由于目前还没有标准的用于智能分析和处理的算法，基于不同的压缩格式实现智能视频分析处理会对DSP的MIPS(衡量CPU速度的一个指标)要求有很大不同，所以算法的优化非常关键。由于ASIC的性能表现不能满足智能处理的需求，而DSP的灵活性和高性能，使得智能分析处理成为DSP比较擅长的工作。

在中国，交通监控系统对视频分析有很高的需求，重要的功能如能找到车牌号，识别到作为国家监控跟踪系统一部分的车身形状，汽车颜色和汽车品牌等。Altera亚太区工业市场开发经理江允贵介绍，目前智能视频分析在交通管理上主要面临几大挑战：包括传感器要支持在宽动态的图像处理；对于不同的光线强度变化要能够达到自适应性；低照度的噪声处理；从监控到报警、抓拍；多支摄相机不同角度的综合判断；高精度智能侦测率；简单的系统配置等。在功能上这些的规格都带给芯片制造商很大的挑战，江允贵认为唯有先进制程工艺的FPGA才能提供上述完整的解决方案。

事实上，Altera近期发布的基于FPGA的全HD1080p/(每秒30帧)30fps视频分析解决方案就是针对交通监控。据介绍，这一应用采用了低成本、低功耗的CycloneIVFPGA平台，满足了视频监控应用的成本、功耗和性能要求。江允贵认为，Altera的单芯片解决方案进一步提高视频分析的性能，同时实现极大的吞吐量(每秒60-Mpixel)，以及传统基于数字信号处理(DSP)方法无法实现的像素精度细节。这一解决方案很容易集成到HD互联网协议摄像机中，因此，它非常适合包括流量监控在内的各种应用，监视事故探测、车辆计数、道路偏离探测、停止车辆、闯红灯以及车辆逆向行驶等。

赛灵思公司亚太区销售和市场总监张宇清同样认为FPGA在智能视频分析中占据优势：“传统的视频监控由于对运算的要求不高，只需要DSP芯片即可。随着智能分析和高清视频监控成为主流，FPGA的优势逐渐显现。”智能分析的关键在于算法，需要大量的矩阵运算以及乘法器。目前通常有两种方式来实现智能分析：一种是DSP＋FPGA，FPGA作为协处理器，来弥补DSP在运算方面的不足。第二种是在DSP中嵌入硬核，用硬核做硬件加速器，但其弹性小，没有扩展性，导致产品差异化低。张宇清认为，FPGA可以在复杂的像素处理方面替代DSP，如高性能视频分析，各种图像传感器宽动态范围压缩，以及高精度图像处理等。

“我们需要一种更加灵活而且具备实时性的视频分析方案来满足视频监控应用新的需求。软硬件协同处理的方案会是一个不错的选择。”张宇清对此表示，赛灵思低成本的Spartan FPGA将为客户实现高灵活性、实时的且兼具高性能视频分析的解决方案。

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