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视频监控开发三重唱:智能分析、低成本设计及存储方案的合理规划

上网日期: 2008年01月21日 ?? 作者: 赵艳 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:视频监控? IP摄像机? 编解码?

如果说2001年的911事件让中国安防和视频监控设备市场跟着火了一把,那么日益临近的2008北京奥运会和2010年的上海世博会又推动了一轮新的发展热潮。然而,像在奥运会等这类国家重大项目的监控系统招标上,国际知名公司如GE、霍尼韦尔、西门子、三星、索尼等往往因为品牌、资金和系统集成经验丰富等优势而抢得先机,占据了主动,绝大多数本土厂商还只能是望“奥”兴叹。

不过,对于今后发展速度极其抢眼的更加广泛的各类消费性应用,应该说大家都有很多机会。随着视频安全应用技术的数字化、网络化、IP化,正如iSuppli多媒体内容和服务部副总裁Mark Kirstein所说的,“视频监控已经超越了传统的安防领域,拓展到诸如运输、零售、政府甚至家庭网络等新应用中。”另外,本地运营商越来越深的介入(如中国电信的“全球眼”、网通的“宽世界”等)也使得视频监控在中国的应用空间得到更多挖掘,必将对该行业的竞争格局和技术发展进程产生深远影响。

与很多行业不同,系统集成在安防和视频监控行业占据着重要地位,因此一般设备商会发展自己的代理商、集成电路商或工程商,很多甚至自己身兼集成商的角色。中国电信安防监控集成专家刘军指出,“视频监控与行业应用的结合会越来越紧密”,这意味着除了视频监控设备最核心功能(已经较同质化)的设计,进行系统集成和部署时还有很多针对行业特点的二次开发工作。

从普通移动侦测向智能视频分析迈进

如今,视频监控技术的升级换代除了追求高压缩比、高清,还在从普通的视频移动侦测向视频分析迈进,具备更多面向特定应用的智能(如防丢失、风险管理、商业管理等等)。智能视频的本质就是对于视频图片进行一个数学上的分析处理,然后这个处理的结果为视频的使用者提供一个决策和行动的建议。例如,对于一些高安全等级应用,可能需要涉及人脸/车牌识别等高级别智能分析功能,但对于很广泛而普通消费性应用,则可能需要具备诸如将拥塞程度分析、垃圾视频过滤等等功能。

当然,不同的厂商,包括一些专门致力于智能视频行业的软件、硬件厂商,还有一些普通的安防硬件软件厂商,他们对于智能视频的理解可能不太一样,存在一定争议。这没有关系,只要定义出来的产品更新换代能被用户认可就行。

图1:视频监控的IP化趋势正在进行:从CCTV向IP网络摄像机过渡。
图1:视频监控的IP化趋势正在进行:从CCTV向IP网络摄像机过渡。

实现智能的方式有多种,取决于复杂程度如何:在全数字系统中,可利用IP摄像机的富余计算能力,还有就是借用额外的处理器或DSP;也可通过DVR或PC上的应用软件得以实现,今后还可进一步发展至前端和后端系统结合的方式来实现高级智能。

从应用的角度来看,成熟的单机系统/中小规模网络监控系统今后的发展脚步趋于平缓,而专业/行业应用和大规模网络监控系统 (有些网络的监控点数量动辄成千上万甚至十几万)的发展态势则可用突飞猛进来形容,但也由此带来很多前所未有的挑战,如海量信息的处理与带宽和存储空间永远有限的矛盾。另外,监控点随需要可能不端增多,这都为传输和后端处理平台带来巨大压力和挑战。因此前端数据采集设备今后越来越需要具备智能性。

不论在前端还是后端,智能化意味着对相应各种分析软件的需求也将会提高。智能视频软件提供商ObjectVideo的全球市场总监Edward Troha表示,根据IMS的市场研究分析,在未来3年内有关视频技术这些软件市场会成长到8亿美元。这些软件通过一些智能分析技术甚至计算机视觉领域的研究成果,可以将海量的数据经过人工智能的分析变成一个很完整的系统。

图2:IP视频监控市场对各类IC元器件的需求分析及预测。
图2:IP视频监控市场对各类IC元器件的需求分析及预测。

消费性应用的兴起呼唤低成本设计

以往金融、公安等特定行业性应用是安防和视频监控应用的主要市场,它们一般更追求高可靠性、高性能甚至高智能,而对成本的敏感度并不高。可随着视频监控应用空间的不断扩展特别是向企业和家庭的渗透以及网络规模日趋扩大,用户对系统成本变得愈加敏感,当然希望性能越高越好。

对IP摄像机和DVR/DVS设计来说,DSP平台的使用比例越来越高。但毕竟ASIC/ASSP芯片方案在成本方面仍拥有一定优势。据Axis中国区总裁赵红平介绍,该公司的网络摄像机就采用了自己开发的CPU和视频压缩ASIC,以降低成本。而TechWell、海思半导体等公司的相关芯片卖得也不错,况且这些芯片公司也在不停地丰富产品的内涵和提高相关性能。

以往侧重于中高端应用的DSP供应商TI也看到这一趋势,特别推出了低于10美元的DaVinci平台DM355,以便争食这些快速增长的中低端市场。为了降低成本和功耗,DM355破天荒地没有集成DSP内核,而是采用了硬件方式的视频处理电路以及MPEG-4-JPEG 协处理器(MJCP)来完成最高至720p 格式与每秒30帧速度的高清 MPEG-4 SP 编解码功能以及每秒 5 千万像素的JPEG 编解码功能。TI视频安全业务经理Danny Petkevich强调:“能以低于10美元的成本提供这一级别高清性能的芯片很少。”

对于IP摄像机应用,DM355中的ARM926EJ-S 内核只能帮助完成较简单的视频分析,若想实现具有很强视频分析能力的中端智能IP摄像头,还需额外添加一片处理器或DSP, Danny推荐了TI的DM643X(400-600MHz),如图2所示。

不过DaVinci开发板的昂贵价格一直为不少设计者所诟病,DM355的开发工具价格又如何呢?TMDXEVM355数字视频评估板去年9月刚推出时售价是495美元,不过Danny表示,他们正在与本地第三方合作,尽量降低开发板的价格,今年有望推出价位适中的DM355评估板套件。

而对于DVR/DVS的开发,基于PC的系统(板卡)今后将逐步减少,而嵌入式系统将保持平稳增长,系统成本需进一步降低。去年上半年TI就联合TechWell推出了一款低成本DVR解决方案,结合了TI的DM6446达芬奇数字视频处理器与Techwell的四通道视频与音频控制器TW2835,使视频安全系统制造商能推出新一代低成本的多源视频与录制系统。该方案的演示系统也采用了MPEG-4算法进行压缩(每秒30帧)。

从此可以看出,尽管已有设备厂商在采用H.264编解码算法进行开发,但MPEG-4还是很有市场的。而本土的AVS标准何时将用于监控领域还是未知数,近一年内似乎不大可能。

图3:一款中端高清智能IP摄像机推荐设计方案。
图3:一款中端高清智能IP摄像机推荐设计方案。

存储设备的合理选择和方案规划

安防和视频监控正在加速IT化,新技术不断涌现,什么IP监控、智能视频分析、NAS/SAN、H.264、数字矩阵、无线联网、PoE供电等等。在关注这些新技术的同时不能忽略一件事情,那就是数据,因为没了这个数据所有的功能都无法实现。因此,确保数据的安全就成为一个非常关键的成功因素。

以前在安防领域里面大多数都是以磁带成为存储数据的媒介,从2000年开始一直往下的十年将很快地实现数字化,到了2010年大部分系统都将以硬盘来存储数字化的信息,推动因素就是很多创新的应用和技术。希捷亚太区市场销售总经理李万志表示:“譬如如何做视频分析、IP视频等等都需要硬盘作为存储的媒介。”

他表示,有了这种存储媒介,就能够实现很强大的功能分析,自动地分析视频内容、动作的检测等等这些都能做到;还有IP监控也是一个发展的趋势,这可以改善视频的存储,消除了地域性的限制,可以容易地开发、扩充能力强大的一些平台,更好地去进行数字管理等等,这些都在促进硬盘的使用。

为了节省费用,选择硬盘时很多人存在一些误区,应该进行纠正:

1. 如选择容量比较中等的硬盘。监控的数据往往比电脑用的数据大很多,如果一开始选择的容量不够大,就会限制以后的扩充能力。

2. 选用台式机的硬盘。从设计、应用层面来看,监控所用的硬盘跟电脑所用的硬盘是截然不同。首先环境不一样,前者的工作时间是不间断的,是一直做写入的动作,而电脑通常写的少读的多,所以在整个设计的理念不一样;况且,在运行的时候监控是要求全天候、零故障,因为有了故障就非常麻烦,有时候要跋涉很远的地方去做修理,而电脑就没有这种顾虑了。

另外,监控很多时间需要在耐高温和耐湿的情况下操作,而这些在电脑硬盘里面是没有考虑到的因素。还有散热也是非常的重要。通常在监控的一个机器里面装了好多硬盘,而一般的电脑最多就是一个到两个硬盘。

在监控里面所用到的数据最重要是流畅性,并不是准确性。在设计电脑硬盘的时候我们强调数据的准确性,如果写进去读出来是错误的,重新再写,写到正确为止,那电脑就会停下来,而监控是不能停下来的。

希捷的李万志还指出,如今比较热门的集中化存储技术会面临以下挑战:1. 如何解决旋转震动问题。每个硬盘在旋转时有一点震动,如果是单个硬盘的话影响不是很大,但是把几百个硬盘放在一个架子里面震动就会变成非常的大,当有很大的震动的时候,硬盘读取数据的准确性就会下降,写的速度会变慢,读的速度也变慢。2.怎么去做RAID这个功能。RAID就是做自动备份的功能,在大型的监控、存储里面不允许丢掉数据。最后就是电源管理,几千个硬盘在用的时候,耗电量就会变成一个重要的课题。

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另外,对于户外或移动监控(警车或公交车),碰到的问题是震动、湿度和温度。一般的硬盘工作温度通常是到60-65度,或者在零下10-20度,是不可以在户外的情况下使用的。

希捷等公司在一两年前就开始推出了为监控量身订作的硬盘,容量从开始的160G到现在1T,这些产品考虑到了上述监控的特定需求。例如其SV-35适用于单机、嵌入式或者以PC为主的系统;其Cuda ES产品是专门设计在服务器、在RRID的环境下使用,它旋转震动管理的能力;EE-25针对户外应用,工作温度范围是85度-零下30度,可以适合大部分户外的使用情况。

作者:赵艳







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