行業(yè)領(lǐng)先者談安防監(jiān)控趨勢(shì)

王瑩

摘要：部分中外安防監(jiān)控領(lǐng)域廠商介紹了當(dāng)前安防領(lǐng)域的最新趨勢(shì)，涵蓋FPGA、DSP和圖像傳感器廠商。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/146814.htm

關(guān)鍵詞：FPGA；DSP；安防；監(jiān)控；嵌入式視覺

標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

據(jù)深圳比亞迪微電子公司介紹，根據(jù)前端成像的數(shù)據(jù)格式，監(jiān)控分為模擬監(jiān)控和數(shù)字監(jiān)控兩類。目前，國際上主要有IEEE和ITU-T在對(duì)視頻監(jiān)控研究：IEEE的研究主要集中在基礎(chǔ)技術(shù)的研究，而ITU-T的研究則主要集中在業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方面：國內(nèi)從事視頻監(jiān)控國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化組織主要是中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）和全國安全防范報(bào)警系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（簡(jiǎn)稱全國安防標(biāo)委會(huì)，CSBTS/TC100）。

模擬監(jiān)控因?yàn)榘l(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，已經(jīng)有約定俗成的設(shè)備規(guī)范及系統(tǒng)規(guī)范，從380線、420線到960H的產(chǎn)品，各廠家基本能做到兼容：數(shù)字監(jiān)控受服務(wù)器限制，不同廠家使用不同的IP段，配發(fā)給客戶的IP也不同，目前還停留在各自為戰(zhàn)的局面。

網(wǎng)絡(luò)，智能是熱門

近年來，伴隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的全面升級(jí)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)大，安防監(jiān)控市場(chǎng)得到了迅速增長(zhǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)從模擬走向數(shù)字，從封閉式向網(wǎng)絡(luò)化、智能化和高清化邁進(jìn)。

尤其網(wǎng)絡(luò)視頻可以在世界任何一個(gè)角落通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行觀看，同時(shí)人們只需要在家中安裝適合的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控產(chǎn)品，下載相關(guān)的軟件就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控了，無論你身處何方，只要通過一個(gè)移動(dòng)終端就可以隨時(shí)掌握家中的一舉一動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控家中的狀況。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程監(jiān)控上的優(yōu)勢(shì)逐步得到凸顯，成為行業(yè)市場(chǎng)上的一個(gè)新的熱點(diǎn)，很多企業(yè)開始研發(fā)可以通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安防產(chǎn)品，像百萬高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。

隨著安防市場(chǎng)上人臉識(shí)別、車流統(tǒng)計(jì)、電子地圖和視頻分析等技術(shù)的應(yīng)用，從某種意義上講，正在宣告安防智能化的到來。現(xiàn)在這些先進(jìn)的技術(shù)已經(jīng)在銀行、監(jiān)獄、法院和交通等領(lǐng)域開始應(yīng)用，未來還將會(huì)有更多的智能化安防產(chǎn)品出現(xiàn)。伴隨著智能化監(jiān)控時(shí)代的到來，如人臉識(shí)別，這對(duì)圖像質(zhì)量提出了更高的要求，高清化的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。

視頻監(jiān)控市場(chǎng)更為成熟

當(dāng)前3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在全球主要國家大面積部署，同時(shí)Wi-Fi熱點(diǎn)日益普遍，視頻監(jiān)控市場(chǎng)正逐步從模擬CCTV視頻系統(tǒng)向更為成熟、主動(dòng)預(yù)防性、基于網(wǎng)絡(luò)的IP視頻過渡。ADI技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張鐵虎說指出，無線IP視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活而方便，可帶來以下四大獨(dú)特的好處：實(shí)時(shí)預(yù)警、主動(dòng)預(yù)警、全天候監(jiān)控和按需監(jiān)控。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、高清視頻監(jiān)控和智能視頻分析是今后幾年內(nèi)IP視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)。

目前，智能IP監(jiān)控的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)主要來自于監(jiān)控工程應(yīng)用對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性和可部署性的需求。如在可靠性方面，要求有強(qiáng)大的算法基礎(chǔ)、有針對(duì)具體應(yīng)用需求的規(guī)則和抗干擾能力：在實(shí)時(shí)性方面，要求系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)輸入、實(shí)時(shí)運(yùn)算和實(shí)時(shí)控制的能力：在可部署性方面，要求系統(tǒng)能與當(dāng)前混合式（模擬與數(shù)字）監(jiān)控系統(tǒng)接口、可獨(dú)立工作、可內(nèi)嵌至設(shè)備、具備規(guī)則設(shè)定與維護(hù)能力、以及低成本。另外，如何在現(xiàn)有的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)里加入實(shí)用的，符合行業(yè)需求的智能視頻分析將成為安防廠商面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。

DSP是中國監(jiān)控市場(chǎng)的主流處理器，是中高端的選擇方案。對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說，最適合的控制和處理應(yīng)該是控制功能和數(shù)字信號(hào)處理功能合二為一的匯聚處理器。例如ADI的Blackfin匯聚處理器，其有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：既具備了強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理功能和靈活性，又可以做控制處理器來用，另外功耗低，有工業(yè)級(jí)的溫度特點(diǎn)。

由于目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)的用于智能分析和處理的算法，基于不同的壓縮格式實(shí)現(xiàn)智能視頻分析處理會(huì)對(duì)DSP的MIPS（衡量CPU速度的一個(gè)指標(biāo)）要求有很大不同，所以算法的優(yōu)化非常關(guān)鍵。由于ASIC的性能表現(xiàn)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(zhǎng)的工作。

軟件方面，ADI基于Blackfin平臺(tái)，提供充分優(yōu)化的H.264編解碼算法和圖像處理工具包（Image ToolBox）。對(duì)H.264的編解碼來說，視頻圖像效果和單路成本（cost per channel）是最重要的。對(duì)圖像處理工具包來說，目的是提供基本的、基于Blackfin優(yōu)化的函數(shù)功能供開發(fā)者使用。

嵌入式視覺系統(tǒng)促進(jìn)了安防監(jiān)控普及

20年前，監(jiān)控系統(tǒng)廠商競(jìng)相提供由機(jī)械系統(tǒng)強(qiáng)化的最佳透鏡，能夠執(zhí)行可實(shí)現(xiàn)更清晰、更寬廣拍攝視野的平移/傾斜/縮放功能。但這樣的系統(tǒng)監(jiān)控清晰度則會(huì)受到元器件質(zhì)量，以及人為因素的影響。此后，魚眼透鏡和采用各種視覺專用算法的嵌入式處理系統(tǒng)，針對(duì)光照條件進(jìn)行了校正，無需使用機(jī)械電機(jī)控制執(zhí)行平移/傾斜/縮放，在大幅增強(qiáng)畫質(zhì)的同時(shí)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性。

通過數(shù)字信號(hào)處理操縱圖像，增強(qiáng)其清晰度只是開始。賽靈思亞太區(qū)新興業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃文杰稱，監(jiān)控系統(tǒng)制造商系統(tǒng)能創(chuàng)建更尖端的嵌入式視覺系統(tǒng)。

嵌入式視覺（Embedded Vision）技術(shù)的問世使監(jiān)控設(shè)備公司能夠使用基于數(shù)字技術(shù)的較低成本攝像頭。最重要的一點(diǎn)，嵌入式視覺系統(tǒng)能執(zhí)行分析功能。

分析功能本地化意味著每個(gè)單元不僅需要更強(qiáng)大的處理功能來強(qiáng)化和分析攝像頭采集的圖像，而且還必須足夠緊湊，能夠集成進(jìn)高度集成的系統(tǒng)中。且由于每個(gè)單元都必須能夠可靠地與網(wǎng)絡(luò)的其余部分進(jìn)行通信，攝像頭還必須集成通信功能，進(jìn)一步增大計(jì)算復(fù)雜度。這些監(jiān)控單元逐漸通過無線網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成更大型監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分：而且這些監(jiān)控系統(tǒng)將不斷變成更大規(guī)模的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)乃至更大規(guī)模的全球網(wǎng)絡(luò)的組成部分。

過去十年來，賽靈思器件在幫助有關(guān)公司推進(jìn)這些視覺系統(tǒng)創(chuàng)新方面一直發(fā)揮著重大作用。現(xiàn)在，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)5年的開發(fā)，賽靈思成功推出了一款完整的Smarter Vision解決方案。

HD互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議監(jiān)控?cái)z像機(jī)實(shí)現(xiàn)了低成本和靈活性

Altera公司戰(zhàn)略市場(chǎng)經(jīng)理Bob Siller指出，攝像機(jī)生產(chǎn)商面臨的主要挑戰(zhàn)是以盡可能低的價(jià)格開發(fā)“智能”攝像機(jī)。數(shù)字高清（HD）互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議監(jiān)控?cái)z像機(jī)具有較低的安裝成本，非常靈活，能夠增加智能功能，因此，逐步開始替代模擬攝像機(jī)。

例如，寬動(dòng)態(tài)范圍（WDR）CMOS圖像傳感器技術(shù)提供高質(zhì)量圖像，在非常苛刻的照明條件下，依然有很好的分辨率、很高的性能。

圖1顯示了一片Altera FPGA怎樣成為WDR CMOS傳感器的中心接口。Altera FPGA方案擁有靈活的與多種類型的圖像傳感器進(jìn)行接口，包括，支持1080p60的HD WDR視頻圖像傳感器。

部分廠商的解決方案

比亞迪微電子

比亞迪的方案主要應(yīng)用于專業(yè)安防監(jiān)控、車載后視、可視門鈴、Babymonitor和IP cam等市場(chǎng)，產(chǎn)品系列涉及模擬及數(shù)字監(jiān)控，在市場(chǎng)均獲得良好的口碑。尤其是最新推出的1/4英寸的車載后視芯片及1/3英寸專業(yè)模擬安防芯片，產(chǎn)品定義清晰，圖像效果優(yōu)異，得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可和贊譽(yù)。

ADI的Blagkfin處理器

ADI為安防監(jiān)控市場(chǎng)提供包括線性和數(shù)字器件的全范圍產(chǎn)品。Blackfin系列產(chǎn)品現(xiàn)在能為IP攝像頭應(yīng)用提供雙芯片解決方案，可在視頻標(biāo)準(zhǔn)、分辨率、幀速和相關(guān)的視頻前/后處理功能方面實(shí)現(xiàn)完全的靈活性。另外，Blackfin的雙芯片解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)視頻壓縮、操作系統(tǒng)支持、CCD/CMOS傳感器的本地互操作、完整的接口選擇以及目標(biāo)視頻分析所需的開銷處理。

ADI于2012年中期推出的新系列500 MHz雙核、1GHz處理能力的Blackfin處理器BF60X，針對(duì)嵌入式視覺應(yīng)用和低功耗工作進(jìn)行了優(yōu)化，并配備一個(gè)稱為“流水線視覺處理器（PVP）”的高性能視頻分析加速器。

Alteta：1080p30高清IHD內(nèi)置攝像機(jī)視頻分析方案

Ahera提供基于FPGA的10801030 HD視頻分析解決方案，客戶利用它能夠使用單片、低成本Cyclone Ⅳ FPGA，在IP攝像機(jī)中集成智能HD視頻分析功能。它能夠以每秒30幀的速率處理高分辨率圖像，非常適合實(shí)現(xiàn)車輛十?dāng)?shù)、停車場(chǎng)監(jiān)控、行人探測(cè)、潛在事故，以及闖紅燈等交通流量管理應(yīng)用。

只有基于FPGA的解決方案能夠?qū)崟r(shí)處理1080p30 HD視頻。FPGA提供更精確的探測(cè)，成功率更高；獲得優(yōu)異的圖像質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)更低的誤報(bào)；能夠同時(shí)跟蹤多個(gè)復(fù)雜事件。

Xilinx的Smarter Vision方案

過去，設(shè)計(jì)人員用FPGA加速系統(tǒng)中可能拖慢主處理器的功能，或者用FPGA來運(yùn)行僅靠處理器不能執(zhí)行的并行計(jì)算任務(wù)。而現(xiàn)在，利用賽靈思Zvnq-7000 All Programmable SoC，嵌入式視覺技術(shù)開發(fā)人員擁有了一款全面可編程的器件，非常適合開發(fā)新一代Smarter Vision應(yīng)用。

Smarter Visio能在在同一開發(fā)板上互聯(lián)傳輸?shù)牟煌幚砥骱虵PGA中實(shí)現(xiàn)，而Zynq 7000 All Programmable SoC能通過同一芯片上處理器和邏輯之間3000個(gè)高性能連接，以芯片速度而不是板級(jí)速度在智能處理器和FPGA邏輯之間交換信息。而那些將ARM處理器與DSP或GPU搭配使用的ASSP方案則顯得過于僵化，同時(shí)并不能提供令人滿意的計(jì)算性能。基于這種器件的解決方案往往需要添加獨(dú)立的FPGA來彌補(bǔ)自身的不足。

作為Smarter Vision計(jì)劃的一部分，賽靈思還推出了SmartCORE IP組合。