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松本安防監控攝像機
2013-01 來源：松本 作者：廖聰
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2011年是監控領域高清產品的爆發年，在2011年的安博會上，“高清”和“IP”這兩個詞成為當之無愧的熱門詞匯。 相比40萬像素(D1分辨率)標清機，高清機最大優勢是高分辨率的辨識效益，以及更大的覆蓋范圍與畫質。在監控范圍相同條件下，一臺高清機可替代2、3臺標清機，甚至更多。根據TI視頻產品業務拓展經理王承寧的介紹，目前一部720P的IP攝像機可替代兩部D1標清攝像機，并可增加33%的視野。 高清攝像機的性能，主要取決于鏡頭、傳感器及主控芯片技術，其中芯片處理能力又是最重要的因素。由于高清攝像機視頻數據量很大，所以對芯片的壓縮、CPU處理能力要求非常高，而芯片的壓縮及處理能力將直接決定對傳輸網絡、錄像傳輸及后端處理的要求。 目前不少芯片廠商都在提供高清解決方案，其中華為海思和TI是目前國內最主流的解決方案。在2011年安博會上，海思的展區全面展示了H3高清監控平臺，包括五顆芯片--三顆高清IP Camera SOC芯片(Hi3517、Hi3516、Hi3507)，以及兩顆高清DVR/NVR芯片(Hi3531、Hi3532)。其中Hi3517為1080P@60fps SOC，Hi3516為1080P@30fpsSOC，Hi3507編碼性能則為720P@30fps，全面支持全高清網絡攝像機解決方案。另外，Hi3531總性能為24路D1，可以單片實現4路全高清DVR/NVR方案；Hi3532則為20路 D1或者4路全高清H.264編碼協處理器芯片，與Hi3531通過級聯實現更多路數的HD CCTV DVR方案。 德州儀器(TI)所提供的平臺可以支持各種高清需求并支持多種高清視頻壓縮格式，而且具有更高的系統靈活性。現已大批量生產的DM6467是一顆單芯片可實現H.264及其它視頻壓縮格式高清或更高的芯片。該平臺集成有ARM9處理器和視頻處理器及高速C64+x的DSP核心，還有BT1120高清視頻輸入和輸出端口，另外配備豐富的外圍接口。目前DM365已作為高清入門產品在監控IP攝像機中得到很好地應用。 同樣在2011年安博會期間，Aptina展示了其面向監控市場的最新圖像傳感器產品，包括可在60fps幀率下以寬動態范圍(WDR)或非寬動態范圍模式提供720P/1080P高清視頻的傳感器，以及采用AptinaA-Pix和DR-Pix技術的500萬像素高性能圖像傳感器。 在從超亮到超暗場景的所有亮度條件下，擷取高質量的60fpsHD視頻非常具有挑戰性。過去，百萬像素傳感器可以提供寬動態范圍或出色的弱光靈敏度，但無法二者兼顧。現在，“Aptina采用DR-Pix技術與多重曝光寬動態范圍成像技術設計的最新HD百萬像素傳感器，能夠提供寬動態范圍或出色的弱光靈敏度。”Aptina Imaging公司高級業務發展/營銷經理Cliff Cheng介紹，AptinaDR-Pix可在所有像素上實現全局可程序設計轉換增益調節，以便與場景中的所有不同光照程度相匹配。結合使用真正的相關兩次采樣技術，可以讓高畫質成像器實現小于2erms的低讀取噪聲和超過60%的量子效率。 除了DSP廠商，FPGA廠商也十分關注這一市場。以往在高端視頻監控市場，FPGA一般作為協處理器，很少獨立于DSP。不過，賽靈思近日推出了將FPGA與ARM核集成的可擴展平臺“ZYNQ系列”，有望改變這一狀況。據賽靈思公司亞太區銷售和市場總監張宇清介紹，“ZYNQ系列”配有760個DSP引擎，性能超過910GMAC。并且FPGA與ARM的連接架構專門采用處理器與FPGA定制的標準架構，這一架構的優勢體現在可實現3000個內部互連，帶寬可達到100Gbps。而分立的FPGA和ARM的互連，其管腳非常有限，最多可解決1300個管腳。并且ZYNQ可通過ARM實現軟件編程，可廣泛應用于智能視頻監控、汽車駕駛員輔助系統、工控等嵌入式市場。 IP攝像機帶動遠程視頻監控發展 在安防行業內，對高清攝像機的理解主要分為兩種：一種為模擬高清攝像機，一種為數字(IP)攝像機。近年來，越來越多的廠商開始采用IP攝像機。對此，德州儀器半導體(TI)事業部DSP系統業務部視頻安全業務經理Cyril Clocher先生就表示：“IP Camera必將徹底取代模擬Camera。” 視頻監控市場從模擬CCTV視頻系統向更為成熟、主動預防性、基于網絡的IP視頻的轉化這一趨勢仍將是未來的主流。在CCTV時代，保安人員只能坐在中央監控室內從監視器幕墻上監視某棟大樓或某個區域的安全狀況，但2011年日趨普及的IP攝像機正使得視頻安全監控系統可以進行遠程監控。“IP遠程視頻監控系統使得我可以在深圳任何一個地方通過手機看到法國家里發生的一切情況。”德州儀器(TI)DSP系統業務部視頻安全業務經理CyrilClocher表示，2012年IP視頻監控的三大趨勢就包括了遠程視頻監控、綠色節能和內建視頻分析功能。 遠程視頻監控的發展離不開網絡的進步。由于3G網絡帶寬的提升可以提供比現有CDMA和GPRS網絡更清晰更流暢的視頻傳輸效果。因此這種帶寬變化是3G的最大優勢。3G與安防產業的結合對兩者而言都是一種應用領域的擴充。但是對于廠商而言，首要挑戰是安防監控產品以及整體解決方案如何與3G技術進行融合，這就要求安防設備廠商同時具備3G接口和通信協議的相應開發能力。 Aptina 公司高級業務發展/營銷經理Cliff Cheng認為，產業從CCTV轉而采用IP攝影機的發展，將帶來多項好處，包括擺脫NTSC/PAL分辨率標準的種種限制，為百萬像素影像傳感器的應用提供更多的機會。此外，現今許多IP攝影機都采用寬動態范圍(WDR)技術，這使得攝影機幾乎能在任何環境中工作，因為它克服了攝影機在極暗、極亮環境下擷取影像時的相關技術挑戰，使攝影機幾乎可以放置在任何地點。 目前，IP視頻監控現已廣泛應用到空港、列車、地鐵、地面交通樞紐、政府大樓、國土安全、城市商業中心、重大設施、商場、銀行、住宅和馬路，并推動市場產生了對新型IP攝像機、混合DVR和NVR(網絡視頻錄像機)的需求。 Cyril Clocher表示，第二代達芬奇DSP單芯片DM8168及8127分別滿足高清DVR和高清IP攝像機應用，同時28nm的工藝進步也大大降低了體積和成本。與MPEG4SP相比，H.264HP的壓縮率提高了4倍以上。低數據流量使得電信運營商可以通過2G或3G蜂窩通信網絡將IP視頻傳送到世界各地用戶的手機上。 ADI技術市場經理張鐵虎表示，目前ADI的Blackfin系列產品可以為IP攝像頭應用提供雙芯片解決方案，同時可在視頻標準、分辨率、幀速和相關的視頻前/后處理功能方面實現完全的靈活性。另外，Blackfin的雙芯片解決方案能夠實現視頻壓縮、操作系統支持、CCD/CMOS傳感器的本地互操作、完整的接口選擇以及目標視頻分析所需的開銷處理。 FPGA將進為智能視頻分析提供更強運算能力 與高清、IP攝像機發展配套興起的是發展迅速的視頻分析技術，可以說沒有高清，就沒有視頻分析的發展。 “隨著攝像機技術的不斷發展，分析技術也在不斷發展以支持全1080p圖像，以充分利用攝像機現在能夠提供的詳細細節和分辨率技術。” Altera亞太區工業市場開發經理江允貴認為，模擬CCTV攝像機過渡到高清數字IP攝像機，推動了對HD1080p/30fps視頻分析的需求。 視頻監控常規產品DVR、DVS和IP攝像機都可以通過添加前端智能視頻處理來增加風險性管理和智能化業務。據TI通用DSP業務發展部經理鄭小龍介紹，TI的DM642在智能視頻嵌入化應用中發揮了重要的作用，而后續推出的Davinci系列平臺則可以滿足不同方面的數字視頻需求并不斷取得市場的成功。 ADI在智能視頻監控方面的市場策略則比較獨特。據了解，ADI目前同許多高校與科研院所(如清華大學)進行合作，共同展開視頻分析的開發工作。ADI技術市場經理張鐵虎表示，高清智能視頻分析已將成為主流，ADI將在即將面世的芯片中加入了智能視頻分析基礎算法的硬件加速模塊，并提供相關的演示代碼和文檔，幫助客戶設計出更高效的系統。不過他表示，具體細節將在2012年初披露。他同時認為，由于目前還沒有標準的用于智能分析和處理的算法，基于不同的壓縮格式實現智能視頻分析處理會對DSP的MIPS(衡量CPU速度的一個指標)要求有很大不同，所以算法的優化非常關鍵。由于ASIC的性能表現不能滿足智能處理的需求，而DSP的靈活性和高性能，使得智能分析處理成為DSP比較擅長的工作。 在中國，交通監控系統對視頻分析有很高的需求，重要的功能如能找到車牌號，識別到作為國家監控跟蹤系統一部分的車身形狀，汽車顏色和汽車品牌等。Altera亞太區工業市場開發經理江允貴介紹，目前智能視頻分析在交通管理上主要面臨幾大挑戰：包括傳感器要支持在寬動態的圖像處理；對于不同的光線強度變化要能夠達到自適應性；低照度的噪聲處理；從監控到報警、抓拍；多支攝相機不同角度的綜合判斷；高精度智能偵測率；簡單的系統配置等。在功能上這些的規格都帶給芯片制造商很大的挑戰，江允貴認為唯有先進制程工藝的FPGA才能提供上述完整的解決方案。 事實上，Altera近期發布的基于FPGA的全HD1080p/(每秒30幀)30fps視頻分析解決方案就是針對交通監控。據介紹，這一應用采用了低成本、低功耗的CycloneIVFPGA平臺，滿足了視頻監控應用的成本、功耗和性能要求。江允貴認為，Altera的單芯片解決方案進一步提高視頻分析的性能，同時實現極大的吞吐量(每秒60-Mpixel)，以及傳統基于數字信號處理(DSP)方法無法實現的像素精度細節。這一解決方案很容易集成到HD互聯網協議攝像機中，因此，它非常適合包括流量監控在內的各種應用，監視事故探測、車輛計數、道路偏離探測、停止車輛、闖紅燈以及車輛逆向行駛等。 賽靈思公司亞太區銷售和市場總監張宇清同樣認為FPGA在智能視頻分析中占據優勢：“傳統的視頻監控由于對運算的要求不高，只需要DSP芯片即可。隨著智能分析和高清視頻監控成為主流，FPGA的優勢逐漸顯現。”智能分析的關鍵在于算法，需要大量的矩陣運算以及乘法器。目前通常有兩種方式來實現智能分析：一種是DSP＋FPGA，FPGA作為協處理器，來彌補DSP在運算方面的不足。第二種是在DSP中嵌入硬核，用硬核做硬件加速器，但其彈性小，沒有擴展性，導致產品差異化低。張宇清認為，FPGA可以在復雜的像素處理方面替代DSP，如高性能視頻分析，各種圖像傳感器寬動態范圍壓縮，以及高精度圖像處理等。 “我們需要一種更加靈活而且具備實時性的視頻分析方案來滿足視頻監控應用新的需求。軟硬件協同處理的方案會是一個不錯的選擇。”張宇清對此表示，賽靈思低成本的Spartan FPGA將為客戶實現高靈活性、實時的且兼具高性能視頻分析的解決方案。 |
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