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視頻監(jiān)控市場(chǎng)從模擬CCTV視頻系統(tǒng)向更為成熟、具備主動(dòng)預(yù)防性、基于網(wǎng)絡(luò)的IP視頻轉(zhuǎn)變已成為業(yè)界的共識(shí)。但另一方面，盡管IP視頻監(jiān)控將成為未來(lái)的主流，但就目前情況來(lái)看，該市場(chǎng)仍為傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)所主導(dǎo)。是什么原因使得IP監(jiān)控市場(chǎng)啟動(dòng)如此之慢？IP視頻監(jiān)控未來(lái)將呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)字、高清和智能已是大勢(shì)所趨 中星微電子（Vimicro）公司CTO張韻東將未來(lái)數(shù)年內(nèi)視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)歸納為“三化”，即數(shù)字化、高清化和智能化。他認(rèn)為，隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、NVR、大型視頻監(jiān)控管理平臺(tái)等數(shù)字化產(chǎn)品呈現(xiàn)出了極好的成長(zhǎng)性，百萬(wàn)像素甚至Full HD的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在項(xiàng)目中應(yīng)用也愈加廣泛，完全符合公司原先對(duì)于視頻監(jiān)控高清化發(fā)展方向的判斷。 “未來(lái)幾年，我們依然認(rèn)為智能化會(huì)是IP視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)。”支持張韻東做出上述判斷的理由來(lái)自兩方面：一是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)安防以及諸多行業(yè)自身業(yè)務(wù)流程管理的重視，視頻監(jiān)控?cái)z像頭安裝的數(shù)量與日俱增；另一方面，從看得見到看得清，從非實(shí)時(shí)到實(shí)時(shí)，視頻監(jiān)控的分辨率、幀率在增長(zhǎng)，帶來(lái)的直接影響是數(shù)據(jù)量的暴增。例如Full HD 25幀/秒，與D1的12.5幀/秒，數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)了上10倍。如此龐大的數(shù)據(jù)量，除了給網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)成本帶來(lái)極大的壓力之外，如何利用這些海量數(shù)據(jù)也成為視頻監(jiān)控面臨的難題，讓視頻監(jiān)控系統(tǒng)更加智能化將在一定程度上幫助解決這個(gè)問題。 Aptina公司高級(jí)業(yè)務(wù)拓展/市場(chǎng)經(jīng)理Cliff Cheng則表示，網(wǎng)絡(luò)IP攝像機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)數(shù)年，其采用率一直以每年兩位數(shù)的速度增長(zhǎng)。驅(qū)動(dòng)因素包括全高清LCD面板價(jià)格的快速回落、更強(qiáng)大的高性價(jià)比應(yīng)用處理器的出現(xiàn)、簡(jiǎn)便的IP攝像機(jī)安裝和應(yīng)用軟件、以及CMOS高清圖像傳感器的圖像質(zhì)量提升超過(guò)了傳統(tǒng)模擬CCTV CCD傳感器。 
圖1：Aptina公司高級(jí)業(yè)務(wù)拓展市場(chǎng)經(jīng)理Cliff Cheng 他同時(shí)稱，今后幾年，值得注意的主要發(fā)展趨勢(shì)將包括：4K/2K超高清標(biāo)準(zhǔn)的采用、利用全局快門技術(shù)的高速圖像捕獲，以及利用同軸電纜傳輸多通道全高清碼流。尤其是通過(guò)同軸電纜輸送IP視頻流，可以重復(fù)利用現(xiàn)有CCTV基礎(chǔ)設(shè)施，而無(wú)需昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施改造，非常值得關(guān)注。 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的發(fā)展離不開網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步。ADI公司技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張鐵虎強(qiáng)調(diào)說(shuō)，由于3G/4G網(wǎng)絡(luò)帶寬的提升可提供比現(xiàn)有CDMA和GPRS網(wǎng)絡(luò)更清晰更流暢的視頻傳輸效果，且Wi-Fi熱點(diǎn)日益普遍，3G/4G與安防產(chǎn)業(yè)的結(jié)合對(duì)兩者而言都是一種應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)充。再加之無(wú)線IP視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活而方便，在實(shí)時(shí)預(yù)警、主動(dòng)預(yù)警、全天候監(jiān)控和按需監(jiān)控四方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。因此，遠(yuǎn)程、高清視頻監(jiān)控和智能視頻分析，成為今后幾年內(nèi)IP視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢(shì)是毋庸置疑的。
圖2：ADI公司技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張鐵虎 啟動(dòng)之慢，原因何在？ Cliff Cheng的觀點(diǎn)是，雖然IP攝像機(jī)的年增速達(dá)到了兩位數(shù)，但仍然存在一些制約因素，限制了IP攝像機(jī)采用率超過(guò)總體監(jiān)控?cái)z像機(jī)出貨量的50%。目前，大多數(shù)IP攝像機(jī)部署于沒有同軸電纜的新建場(chǎng)所。然而，市場(chǎng)上仍然有6000多萬(wàn)臺(tái)通過(guò)同軸電纜連接的CCTV攝像機(jī)，是無(wú)法在一夜之間被替代的。因此，IP攝像機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)就是通過(guò)現(xiàn)有的同軸電纜來(lái)輸送高清視頻流。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，以HD-CCTV、Intersil SLOCTM為代表的新興技術(shù)正在涌現(xiàn)。一旦它們得以普及，由于高清IP攝像機(jī)的安裝更便利，安裝成本更低，其采用率將會(huì)迅速增加。 “世界上第一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的出現(xiàn)已經(jīng)是10多年前的事情了。從這幾年的發(fā)展情況看，IP視頻監(jiān)控是未來(lái)主流的這個(gè)趨勢(shì)大家都認(rèn)同，但I(xiàn)P攝像機(jī)出貨量超過(guò)CCTV攝像機(jī)出貨量這個(gè)點(diǎn)卻遲遲沒有出現(xiàn)。”張韻東坦承，“影響市場(chǎng)發(fā)展速度的因素首先是IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜性，比由模擬攝像機(jī)、DVR和視頻矩陣為主體構(gòu)成的傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)要超出很多。” 舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，攝像機(jī)架設(shè)好之后，如果發(fā)現(xiàn)沒有視頻，傳統(tǒng)方案下，施工人員從攝像機(jī)的輸出到顯示器的輸入，基本上只要檢查線路通暢即可；而在IP方案下，除了線路問題，還有IP地址等一系列網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)置，中間可能還涉及到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備，要準(zhǔn)確定位視頻沒有出來(lái)的問題，工程人員可能還需要操作客戶端界面，甚至輸入調(diào)試命令，這對(duì)于工作人員的知識(shí)要求比傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的工作人員要高很多。 傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)由于是純模擬信號(hào)的采集，傳輸與顯示之間的互通性很簡(jiǎn)單。而IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于IP網(wǎng)絡(luò)的，在視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議方面如果沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)集成商、工程安裝以及用戶來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)頭疼的問題。此外，高清圖像采集起步較晚，一些固有的技術(shù)特點(diǎn)導(dǎo)致直觀圖像效果差異，也影響了一些用戶對(duì)IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接受。加上對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬，存儲(chǔ)成本增加的要求大幅增加，其成本壓力也是不容忽視的一個(gè)方面。 張鐵虎認(rèn)為，智能IP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大大提高：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；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；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另一個(gè)主要挑戰(zhàn)。 他同時(shí)強(qiáng)調(diào)稱，IP視頻監(jiān)控自身仍然存在沒有克服的缺陷，包括： 從模擬轉(zhuǎn)向IP監(jiān)控過(guò)程中基礎(chǔ)設(shè)施的置換成本較大。目前主流的H.264算法對(duì)編解碼設(shè)備的硬件性能要求較高，一旦編解碼設(shè)備不能滿足要求，很容易造成視頻的延遲，而這樣的延遲在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用中是不可接受的。由于大數(shù)據(jù)量的原始視頻必須壓縮后才能在IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，對(duì)視頻質(zhì)量造成一定損失，這是IP標(biāo)清視頻系統(tǒng)難以推廣的重要原因。IP系統(tǒng)在為用戶帶來(lái)極大便利的同時(shí)也為監(jiān)控系統(tǒng)帶來(lái)了極大的隱患。現(xiàn)階段IP監(jiān)控系統(tǒng)存在的最大問題在于編碼算法不統(tǒng)一，即使同一種算法，各家做法也各不相同，這種現(xiàn)狀的直接后果是不同廠家的視頻編解碼設(shè)備無(wú)法做到通用，也為項(xiàng)目設(shè)備的采購(gòu)、施工調(diào)試和后期擴(kuò)容造成了極大的不便。 成功案例 在光照不足的環(huán)境下（照度可能低達(dá)0.001lux），如果沒有外界的輔助照明，傳統(tǒng)攝像機(jī)基本只能拍到一片漆黑。為了能拍到較亮的畫面，以前有廠商采用幀累積的方式，通過(guò)超長(zhǎng)曝光時(shí)間看到畫面。但張韻東表示，此法只能針對(duì)基本完全靜止的場(chǎng)景，畫面中物體稍有移動(dòng)，就會(huì)因?yàn)橥嫌艾F(xiàn)象導(dǎo)致畫面模糊，完全起不到監(jiān)控的作用。2011年11月的安博會(huì)上，中星微展出了全球首款全實(shí)時(shí)1080P星光網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，能夠提供全實(shí)時(shí)、明亮的視頻監(jiān)控，避免拖影現(xiàn)象，且輸出視頻分辨率達(dá)到了1080P高清。 同時(shí)，為了降低IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜性，在公安部和工信部的倡導(dǎo)下，中星微電子作為組長(zhǎng)單位參與制定了安防監(jiān)控行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《安全防范監(jiān)控?cái)?shù)字視音頻編解碼（SVAC）技術(shù)要求》。這一標(biāo)準(zhǔn)是專門針對(duì)安防監(jiān)控這種應(yīng)用領(lǐng)域的一些特點(diǎn)而制定的視音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，有支持高精度視頻數(shù)據(jù)，支持感興趣區(qū)域（ROI）變質(zhì)量編碼，支持監(jiān)控專用信息等8大核心技術(shù)特點(diǎn)。2010年12月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布SVAC標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)公告，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也已經(jīng)建立。 作為中國(guó)監(jiān)控市場(chǎng)的主流處理器，DSP一直是中高端方案的首選產(chǎn)品。ADI方面稱，其Blackfin處理器的MSA（微信號(hào)）架構(gòu)既具備了強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理功能，又可以做控制處理器來(lái)用，且功耗極低，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產(chǎn)品還能夠?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視頻分析所需的開銷處理。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Image ToolBox圖像處理工具包。對(duì)前者而言，視頻圖像效果和單路成本（cost per channel）是最重要的；而后者則是提供基本的、基于Blackfin優(yōu)化的函數(shù)功能供開發(fā)者使用。 “目前，IP攝像機(jī)的主流分辨率是1080p全高清和720P高清。”Cliff Cheng說(shuō)，“隨著Aptina推出寬動(dòng)態(tài)范圍（WDR）高清圖像傳感器，越來(lái)越多的攝像機(jī)制造商正在采用WDR作為高清IP攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能。而且，銀行和交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)在詢價(jià)（RFQ）中也都要求WDR特性。” 此外，Aptina還在最新高清和全高清傳感器集成了統(tǒng)計(jì)引擎（statistic engine）、用于深度感測(cè)的3D立體攝像機(jī)支持、感興趣區(qū)域（region of interest）等功能，可以最大地減輕分析引擎的計(jì)算工作量，從而為攝像機(jī)處理軟件提供更高的準(zhǔn)確度和智能水平。 Aptina的全局快門技術(shù)屬于創(chuàng)新性像素技術(shù)、電路和工藝設(shè)計(jì)技術(shù)的結(jié)合。據(jù)稱即使在物體高速移動(dòng)時(shí)，也能夠捕捉清晰的圖像并改善高速視頻攝像機(jī)的圖像質(zhì)量。Cliff Cheng進(jìn)一步解釋說(shuō)，采用全局快門技術(shù)，成像陣列中的所有像素均同時(shí)開始曝光，并且同時(shí)停止曝光，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)卷簾式快門技術(shù)不同。卷簾式快門技術(shù)一次曝光一行，并一次停止一行曝光，造成快速移動(dòng)物體的圖像出現(xiàn)變形和假影（artifacts）。 在從超亮到超暗場(chǎng)景的所有亮度條件下，擷取高質(zhì)量的60fps HD視頻非常具有挑戰(zhàn)性。過(guò)去，百萬(wàn)像素傳感器可以提供寬動(dòng)態(tài)范圍或出色的弱光靈敏度，但無(wú)法二者兼顧。現(xiàn)在，“Aptina采用DR-Pix技術(shù)與多重曝光寬動(dòng)態(tài)范圍成像技術(shù)設(shè)計(jì)的最新HD百萬(wàn)像素傳感器，能夠提供寬動(dòng)態(tài)范圍或出色的弱光靈敏度。”據(jù)Cliff Cheng介紹，Aptina DR-Pix可在所有像素上實(shí)現(xiàn)全局可程序設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換增益調(diào)節(jié)，以便與場(chǎng)景中的所有不同光照程度相匹配。結(jié)合使用真正的相關(guān)兩次采樣技術(shù)，可以讓高畫質(zhì)成像器實(shí)現(xiàn)小于2erms的低讀取噪聲和超過(guò)60%的量子效率。 智能視頻分析 在中國(guó)，交通監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)智能視頻分析有著很高的需求。Altera亞太區(qū)工業(yè)市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理江允貴認(rèn)為，目前智能視頻分析在交通管理上主要面臨幾大挑戰(zhàn)：包括傳感器要支持在寬動(dòng)態(tài)的圖像處理；對(duì)于不同的光線強(qiáng)度變化要能夠達(dá)到自適應(yīng)性；低照度的噪聲處理；從監(jiān)控到報(bào)警、抓拍；多支攝相機(jī)不同角度的綜合判斷；高精度智能偵測(cè)率；簡(jiǎn)單的系統(tǒng)配置等。這些要求帶給芯片制造商很大的挑戰(zhàn)，包括圖像質(zhì)量、壓縮效率和智能事件偵測(cè)的準(zhǔn)確性，但器件本身又要求具備接口靈活性、高性能的并行處理運(yùn)算力、低功耗、小封裝和低成本。江允貴認(rèn)為，唯有具備先進(jìn)制程工藝的FPGA才能提供上述完整的解決方案。 %%%%%%%%%%2 圖3：Altera亞太區(qū)工業(yè)業(yè)務(wù)部市場(chǎng)開發(fā)經(jīng)理江允貴 事實(shí)上，Altera近期發(fā)布的基于FPGA的全HD1080p/（每秒30幀）30fps視頻分析解決方案就主要針對(duì)交通監(jiān)控。該方案采用低成本、低功耗的CycloneIV FPGA平臺(tái)，在提高視頻分析性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)極大的吞吐量（每秒60-Mpixel），以及傳統(tǒng)基于數(shù)字信號(hào)處理（DSP）方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的像素精度細(xì)節(jié)。據(jù)稱，該方案很容易集成到HD互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議攝像機(jī)中，因此非常適合包括流量監(jiān)控在內(nèi)的各種應(yīng)用，例如監(jiān)視事故探測(cè)、車輛計(jì)數(shù)、道路偏離探測(cè)、停止車輛、闖紅燈以及車輛逆向行駛等。 張韻東表示，IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，要高效率地利用海量的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，就必須更多地采用智能分析技術(shù)，而且是要在監(jiān)控前端編碼階段就對(duì)關(guān)鍵目標(biāo)的通用特征參數(shù)進(jìn)行分析和采集，再結(jié)合控制中心服務(wù)器上的應(yīng)用軟件，來(lái)提供各種面向行業(yè)和應(yīng)用的智能分析功能。 為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，中星微算法團(tuán)隊(duì)在在視頻質(zhì)量診斷、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、人臉檢測(cè)與識(shí)別（特別是無(wú)約束狀態(tài)下的人臉檢測(cè)）、關(guān)鍵目標(biāo)的通用特征參數(shù)分析與提取等方面進(jìn)行了長(zhǎng)期的投入。他同時(shí)強(qiáng)調(diào)認(rèn)為，視頻分析的運(yùn)算非常復(fù)雜，要能實(shí)時(shí)地進(jìn)行視頻分析，除了采用更為高端的處理器，更為先進(jìn)的制程之外，算法的優(yōu)化、芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中的精雕細(xì)琢也必不可少，包括對(duì)高性能處理器的優(yōu)化、存儲(chǔ)訪問效率的改進(jìn)、以及低功耗芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的采用等，都是非常關(guān)鍵的。 今年3月底，中星微在SVAC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟會(huì)議上發(fā)布的全球首款SVAC視音頻編碼器芯片，就集中體現(xiàn)了這些研發(fā)成果的積累。該芯片不僅能支持多路標(biāo)清或者單路高清的SVAC國(guó)標(biāo)視音頻編碼，也能對(duì)視頻流中的關(guān)鍵目標(biāo)進(jìn)行分析，提取特征參數(shù)，結(jié)合SVAC國(guó)標(biāo)中監(jiān)控專用信息編碼等技術(shù)，不僅能讓前端產(chǎn)品更智能，也能通過(guò)與平臺(tái)軟件的結(jié)合，提供更為豐富的智能應(yīng)用，促進(jìn)IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展。 對(duì)于目前的智能視頻分析技術(shù)而言，自然環(huán)境下能夠誤觸發(fā)警報(bào)的因素非常多，陽(yáng)光、雨水、灰塵、大風(fēng)、光線的變換以及水流等都可以觸發(fā)警報(bào)。張鐵虎分析稱，如何有效地減少誤報(bào)和因誤報(bào)產(chǎn)生的管理成本，保證在真的有人違規(guī)時(shí)才觸發(fā)警報(bào)，是視頻分析技術(shù)面臨的最大困難。 ADI日前針對(duì)安防監(jiān)控系統(tǒng)推出了具備雙核、1GHz處理能力的Blackfin BF60X處理器系列。該系列配備兩個(gè)500MHz內(nèi)核及最高達(dá)4.3Mb的片內(nèi)SRAM，并且針對(duì)低功耗應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化（例如ADSP-BF609的典型功耗為400mW）。該系列中最為引人關(guān)注的產(chǎn)品，當(dāng)屬配備了“流水線視覺處理器（PVP）”的ADSP-BF608/BF609。ADI方面稱，PVP屬于高性能視頻分析加速器范疇，總共提供12個(gè)高性能、配置靈活的信號(hào)處理模塊（卷積、縮放、算術(shù)等），支持各種常用算法，例如索貝爾（Sobel）、坎尼（Canny）、拉普拉斯、閾值、直方圖、積分，專門針對(duì)嵌入式視覺應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，可用于加速多達(dá)5個(gè)并行圖像算法，從而實(shí)現(xiàn)極高的對(duì)像跟蹤、檢測(cè)和識(shí)別性能（每秒執(zhí)行250億次以上的數(shù)運(yùn)算）。同時(shí)，為幫助客戶設(shè)計(jì)出更高效的系統(tǒng)，ADI還提供了全面的開發(fā)工具、開發(fā)板和擴(kuò)展板，包括CrossCore Embedded Studio軟件開發(fā)工具、高速仿真器、EZ-Kit開發(fā)板和專用EZ-Extender卡。 來(lái)源：電子工程網(wǎng) |
