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目前，視頻分析市場的安裝成本（設備、校準、集成和維護）正不斷攀升，視頻分析結果的正確性應高于90%才能有效。為了提高分析的正確性，設備需要提供1080p的高清源視頻質量。同時，市場對攝像機的處理能力提出了更高要求，視頻分析設備需要對多規則事件進行實時并行探測并報警。 在前不久的安博會上，北京動視元科技有限公司（隸屬于交通運輸部公路科學研究院）采用Altera基于FPGA的最新視頻分析，推出了基于FPGA的智能交通視頻分析解決方案——至睿系列交通狀況視頻分析儀。該視頻分析儀主要用于道路交通參數、交通事件進行檢測和報警，幫助管理人員了解道路服務水平、及時發現緊急事件、隨時查看過往事故事件視頻資料。 通過采用Altera視頻分析解決方案，動視元至睿產品系列能夠實現1~8路標清視頻或兩路高清視頻的全幀檢測，并且通過對視頻實時逐幀檢測，在保證高檢測精度的同時極大地減少設備誤報，提高了實用性。動視元最近一次測試顯示，該分析儀白天在高速公路上的偵測率可高達99%。 Altera亞太區工業市場開發經理江允貴介紹，交通監視需要對目標運動探測、行人行為、車輛技術、闖紅燈、交通流量擁塞分析等多規則事件進行實時檢測，同時，視頻分析需要克服低亮度、照明變化、天氣條件、陽光直射導致的強光、攝像機振動、強噪聲、運動背景等的影響。 圖1：Eutecus HU CEO Gusztáv Bártfai、Altera亞太區工業市場開發經理江允貴及動視元公司總經理沈煒（從左至右）。 這些挑戰需要具有相當深度的算法予以解決，同時，還需要在同一時間偵測多個不同的事件。Altera看到了這些需求，與專注于視頻分析的Eutecus公司合作，推出了Cycolone IV FPGA單芯片視頻分析解決方案MVE——以FPGA實現的多核視頻分析引擎。該方案為視頻監控提供了所需要的靈活性、性能、低成本和功耗特性。 昂貴的方案會很難在市場上推廣和大量使用。因此，Altera采用了創新的商務模式，通過簡單安全的IP交付，設計公司不需要支付昂貴的前端NRE（一次性費用），取而代之的是，Altera從版稅中根據出貨量提取部分傭金，直到出貨之后才回收開發費用。對于Eutecus來說，它必須要完成客戶所交付的目標，才能夠從市場上有所回收。這樣降低了用戶的市場風險。 MVE目前已發展到第二版本（V2）。第一版采用軟核和并行方式處理，提供單通道和多通道SD/HD視頻的實時分析。MVE結合了C-MVA協處理器和InstantVision嵌入式軟件庫，主應用集中在交通監視和內部行為監視上。MVE內核和SoC能夠滿足多種需求，方便配置和定制。同時，它也可以移植到C-V SoC FPGA。第二版與第一版的區別在于，它將固定場景分析提升到了動態場景分析。 圖2：Eutecus MVE TM V1系統結構圖。 當圖像進入后，FPGA對其進行簡單處理，降低噪點和振動，然后進入前期背景分離。接下來將值取出，做目標追蹤和事件偵測。這其中，若前景、背景存在晃動、干擾，前景、背景的截取會有很大挑戰。FPGA可以將實時性和處理幀數提高，因此，它截取的前景較為準確和清晰。然后，它可以將不重要的目標物給濾除，保留需要追蹤的目標。如果前景處理不夠完善，那么目標就有可能消失，影響實際的偵測率。最后，還需要針對目標做鎖定追蹤，這也是在做安防監控上最重要的部分。 圖3：視頻分析全過程——從像素到決定。 FPGA與DSP在視頻分析上的差異 FPGA和DSP都可以實現視頻分析，但它們的處理能力卻不相同。江允貴表示，相比DSP，FPGA對各種事件的處理采用并行方式。基于FPGA的解決方案在設計時間上可以進行調整和更新，在運行時可以重配置——它能夠實現通道數量、分辨率、幀速率和延時的動態平衡。同時，當出現了新的IP內核時，基于FPGA的解決方案能夠靈活地更新，在現場進行改進。 表：FPGA與DSP實現對比。 【分頁導航】 第1頁：動視元采用Altera基于FPGA的視頻分析，推出了交通視頻分析解決方案 第2頁：Eutecus MVE動態視頻分析算法實現 第3頁：至睿系列交通狀況視頻分析儀支持任何交通事件的分析 Eutecus MVE動態視頻分析算法實現 隨后，Eutecus HU（Eutecus歐洲公司）CEO Gusztáv Bártfai博士介紹了最新的MVE V2方案。該公司視頻分析軟硬固件參考設計Bi-i Smart Cube（智能小方盒）支持Altera Cyclone IV GX 50-75-110-150不同容量的GPGA平臺，支持多種不同的視頻接口，以及可以讓整個方案更具靈活性，使整個智能相機更容易，縮短開發時間。 圖4：Bi-i Smart Cube既可以是參考設計，也可以是產品。 圖5：Gusztáv Bártfai博士在展臺演示Bi-i Smart Cube的視頻分析功能。 該參考設計提供的最大靈活性與方便性是，提供了一個人機接口界面，讓使用者不需要寫任何代碼，就可以直接在上面編程。其核心可以接受來自不同傳感器的數據或視頻流。即便是不同的分辨率和幀數，它都可以提供單通道或多通道的處理。目前，該平臺還擴展到了車用ADAS領域當中。 Gusztáv Bártfai表示，MVE還有一個最大的優勢是，初期，Eutecus采用DSP做視頻分析解決方案，但是當要求越來越高時，就發現了DSP的瓶頸，隨后，該公司就改變了方向。MVE V1提供的是靜態的視頻分析（攝像機固定），而V2的算法實現了動態的視頻分析（攝像機可移動），這樣，攝像機就可以安裝在車上，進行移動追蹤目標。它可以偵測正在運動的車牌的位置以及旁邊的路標；針對汽車的晃動，它可以做晃動的補償。 圖6：MVE V1支持靜止事件偵測。 圖7：MVE V2支持動態事件偵測。圖為上海交通高流量時間段的車牌定位演示。 【分頁導航】 第1頁：動視元采用Altera基于FPGA的視頻分析，推出了交通視頻分析解決方案 第2頁：Eutecus MVE動態視頻分析算法實現 第3頁：至睿系列交通狀況視頻分析儀支持任何交通事件的分析 至睿系列交通狀況視頻分析儀支持任何交通事件的分析 最后，動視元公司總經理沈煒對至睿系列交通狀況視頻分析儀進行了說明。他表示，該產品具有四大特點：功能強大、檢測準確、低成本、低功耗。在交通行業中有兩大塊，一個是交通量檢測，一個是交通事件檢測。對于我們大家能夠想象到的任何交通事件，該視頻分析儀基本上都能夠做得到。 “在智能分析方面，目前主要采用的還是X86和DSP這兩種形式，它們都有各種的缺點。X86體積較大，功耗較高，尤其是在低碳節能的情況下，它滿足不了要求。另外就是它的成本也比較高。而對于DSP，動視元在產品研發和使用過程當中真真切切地感受到，它還不只是成本的問題。如果要求的運算量不太大，DSP還是可以采用，但是一旦運算量要求變大，這個時候，它并不是說我增加多個DSP或者把DSP怎么樣做得強大，它就能夠實現。” FPGA性能遠優于DSP和X86，采用單芯片FPGA實現的視頻分析儀就能夠完成1080p/30fps逐幀識別。該產品第二大優勢就是將Eutecus公司MVE算法與動視元自有的DSY檢測算法集成在動視元基于FPGA的產品平臺之中。 一個原始的視頻圖像在通常情況下處理，其目標是白點形狀，經過該分析儀處理后，其光影消失，目標更加準確。對于目標的跟蹤，它可以很輕易地區分出道路。 現在視頻檢測誤報的情況非常多，其中一大部分就是由于光影造成的誤報。那么在這種情況下，視頻分析儀通過對車輛軌跡的運行進行精確計算，知道目標是一輛車還是一個沒有任何軌跡的燈光，便能降低光影對圖像檢測所造成的誤報。另外，它的功耗低至35瓦，幾乎是靜音工作。通過使用該產品，用戶可以在現有的SD監控上增加新功能，而無需購買具有分析功能的新攝像機。 【分頁導航】 第1頁：動視元采用Altera基于FPGA的視頻分析，推出了交通視頻分析解決方案 第2頁：Eutecus MVE動態視頻分析算法實現 第3頁：至睿系列交通狀況視頻分析儀支持任何交通事件的分析 |
