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工作臺(tái)

2012年安防監(jiān)控視頻三大趨勢

星之球激光 來源:電子工程專輯2012-02-09 我要評(píng)論(0 )   

2011年疲軟的美國經(jīng)濟(jì)和越鬧越兇的歐盟債務(wù)危機(jī)為2012年的電子工業(yè)前景蒙上了一層陰影,在大多數(shù)傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)面臨衰退的背景下,安防行業(yè)卻逆勢上揚(yáng),保持著高速的增長...

2011年疲軟的美國經(jīng)濟(jì)和越鬧越兇的歐盟債務(wù)危機(jī)為2012年的電子工業(yè)前景蒙上了一層陰影,在大多數(shù)傳統(tǒng)電子產(chǎn)業(yè)面臨衰退的背景下,安防行業(yè)卻逆勢上揚(yáng),保持著高速的增長趨勢。在全球經(jīng)濟(jì)低迷的大背景下,中國已成為全球最大的安防市場。毋庸置疑,芯片決定著安防技術(shù)的級(jí)別。安防行業(yè)的巨大市場吸引了越來越多的芯片廠商加入,包括TI、ADI、海思、中星微、Xilinx、Altrea、Aptina等一大批半導(dǎo)體企業(yè)紛紛涉足視頻監(jiān)控處理芯片領(lǐng)域。

根據(jù)CPS中國安防發(fā)展指數(shù)(CSDI)統(tǒng)計(jì),目前安防領(lǐng)域各類產(chǎn)品比重約為:視頻監(jiān)控系統(tǒng)55%、出入口控制系統(tǒng)15%、防盜報(bào)警系統(tǒng)12%、其他類別的產(chǎn)品18%。在2011年深圳安博會(huì)上,針對(duì)視頻頻監(jiān)控的各種攝象機(jī)、DVR成為主要展出產(chǎn)品。視頻監(jiān)控領(lǐng)域的現(xiàn)狀如何?市場又將出現(xiàn)哪些新的變化?本刊特邀多家安防芯片的企業(yè)負(fù)責(zé)人共同探討2012年視頻監(jiān)控技術(shù)趨勢以及發(fā)展方向,希望給廣大同類企業(yè)以啟發(fā)。

高清攝像機(jī)成業(yè)界標(biāo)配

2011年是監(jiān)控領(lǐng)域高清產(chǎn)品的爆發(fā)年,在2011年的安博會(huì)上,“高清”和“IP”這兩個(gè)詞成為當(dāng)之無愧的熱門詞匯。

相比40萬像素(D1分辨率)標(biāo)清機(jī),高清機(jī)最大優(yōu)勢是高分辨率的辨識(shí)效益,以及更大的覆蓋范圍與畫質(zhì)。在監(jiān)控范圍相同條件下,一臺(tái)高清機(jī)可替代2、3臺(tái)標(biāo)清機(jī),甚至更多。根據(jù)TI視頻產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理王承寧的介紹,目前一部720P的IP攝像機(jī)可替代兩部D1標(biāo)清攝像機(jī),并可增加33%的視野。

高清攝像機(jī)的性能,主要取決于鏡頭、傳感器及主控芯片技術(shù),其中芯片處理能力又是最重要的因素。由于高清攝像機(jī)視頻數(shù)據(jù)量很大,所以對(duì)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(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)、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(nèi)最主流的解決方案。在2011年安博會(huì)上,海思的展區(qū)全面展示了H3高清監(jiān)控平臺(tái),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(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)解決方案。另外,Hi3531總性能為24路D1,可以單片實(shí)現(xiàn)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(xié)處理器芯片,與Hi3531通過級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)更多路數(shù)的HD CCTV DVR方案。

德州儀器(TI)所提供的平臺(tái)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(tǒng)靈活性。現(xiàn)已大批量生產(chǎn)的DM6467是一顆單芯片可實(shí)現(xiàn)H.264及其它視頻壓縮格式高清或更高的芯片。該平臺(tái)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(chǎn)品在監(jiān)控IP攝像機(jī)中得到很好地應(yīng)用。

同樣在2011年安博會(huì)期間,Aptina展示了其面向監(jiān)控市場的最新圖像傳感器產(chǎn)品,包括可在60fps幀率下以寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)或非寬動(dòng)態(tài)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(shù)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(zhì)量的60fpsHD視頻非常具有挑戰(zhàn)性。過去,百萬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,但無法二者兼顧?,F(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。”Aptina Imaging公司高級(jí)業(yè)務(wù)發(fā)展/營銷經(jīng)理Cliff Cheng介紹,AptinaDR-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60%的量子效率。

除了DSP廠商,F(xiàn)PGA廠商也十分關(guān)注這一市場。以往在高端視頻監(jiān)控市場,F(xiàn)PGA一般作為協(xié)處理器,很少獨(dú)立于DSP。不過,賽靈思近日推出了將FPGA與ARM核集成的可擴(kuò)展平臺(tái)“ZYNQ系列”,有望改變這一狀況。據(jù)賽靈思公司亞太區(qū)銷售和市場總監(jiān)張宇清介紹,“ZYNQ系列”配有760個(gè)DSP引擎,性能超過910GMAC。并且FPGA與ARM的連接架構(gòu)專門采用處理器與FPGA定制的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu),這一架構(gòu)的優(yōu)勢體現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)3000個(gè)內(nèi)部互連,帶寬可達(dá)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(gè)管腳。并且ZYNQ可通過ARM實(shí)現(xiàn)軟件編程,可廣泛應(yīng)用于智能視頻監(jiān)控、汽車駕駛員輔助系統(tǒng)、工控等嵌入式市場。

IP攝像機(jī)帶動(dòng)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控發(fā)展

在安防行業(yè)內(nèi),對(duì)高清攝像機(jī)的理解主要分為兩種:一種為模擬高清攝像機(jī),一種為數(shù)字(IP)攝像機(jī)。近年來,越來越多的廠商開始采用IP攝像機(jī)。對(duì)此,德州儀器半導(dǎo)體(TI)事業(yè)部DSP系統(tǒng)業(yè)務(wù)部視頻安全業(yè)務(wù)經(jīng)理Cyril Clocher先生就表示:“IP Camera必將徹底取代模擬Camera。”

視頻監(jiān)控市場從模擬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視頻的轉(zhuǎn)化這一趨勢仍將是未來的主流。在CCTV時(shí)代,保安人員只能坐在中央監(jiān)控室內(nèi)從監(jiān)視器幕墻上監(jiān)視某棟大樓或某個(gè)區(qū)域的安全狀況,但2011年日趨普及的IP攝像機(jī)正使得視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。“IP遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)使得我可以在深圳任何一個(gè)地方通過手機(jī)看到法國家里發(fā)生的一切情況。”德州儀器(TI)DSP系統(tǒng)業(yè)務(wù)部視頻安全業(yè)務(wù)經(jīng)理CyrilClocher表示,2012年IP視頻監(jiān)控的三大趨勢就包括了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、綠色節(jié)能和內(nèi)建視頻分析功能。

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的發(fā)展離不開網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步。由于3G網(wǎng)絡(luò)帶寬的提升可以提供比現(xiàn)有CDMA和GPRS網(wǎng)絡(luò)更清晰更流暢的視頻傳輸效果。因此這種帶寬變化是3G的最大優(yōu)勢。3G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。但是對(duì)于廠商而言,首要挑戰(zhàn)是安防監(jiān)控產(chǎn)品以及整體解決方案如何與3G技術(shù)進(jìn)行融合,這就要求安防設(shè)備廠商同時(shí)具備3G接口和通信協(xié)議的相應(yīng)開發(fā)能力。

Aptina 公司高級(jí)業(yè)務(wù)發(fā)展/營銷經(jīng)理Cliff Cheng認(rèn)為,產(chǎn)業(yè)從CCTV轉(zhuǎn)而采用IP攝影機(jī)的發(fā)展,將帶來多項(xiàng)好處,包括擺脫NTSC/PAL分辨率標(biāo)準(zhǔn)的種種限制,為百萬像素影像傳感器的應(yīng)用提供更多的機(jī)會(huì)。此外,現(xiàn)今許多IP攝影機(jī)都采用寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)技術(shù),這使得攝影機(jī)幾乎能在任何環(huán)境中工作,因?yàn)樗朔藬z影機(jī)在極暗、極亮環(huán)境下擷取影像時(shí)的相關(guān)技術(shù)挑戰(zhàn),使攝影機(jī)幾乎可以放置在任何地點(diǎn)。

目前,IP視頻監(jiān)控現(xiàn)已廣泛應(yīng)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(yè)中心、重大設(shè)施、商場、銀行、住宅和馬路,并推動(dòng)市場產(chǎn)生了對(duì)新型IP攝像機(jī)、混合DVR和NVR(網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī))的需求。

Cyril Clocher表示,第二代達(dá)芬奇DSP單芯片DM8168及8127分別滿足高清DVR和高清IP攝像機(jī)應(yīng)用,同時(shí)28nm的工藝進(jìn)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(shù)據(jù)流量使得電信運(yùn)營商可以通過2G或3G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)將IP視頻傳送到世界各地用戶的手機(jī)上。

ADI技術(shù)市場經(jīng)理張鐵虎表示,目前ADI的Blackfin系列產(chǎn)品可以為IP攝像頭應(yīng)用提供雙芯片解決方案,同時(shí)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。 #p#分頁標(biāo)題#e#

FPGA將進(jìn)為智能視頻分析提供更強(qiáng)運(yùn)算能力

與高清、IP攝像機(jī)發(fā)展配套興起的是發(fā)展迅速的視頻分析技術(shù),可以說沒有高清,就沒有視頻分析的發(fā)展。

“隨著攝像機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,分析技術(shù)也在不斷發(fā)展以支持全1080p圖像,以充分利用攝像機(jī)現(xiàn)在能夠提供的詳細(xì)細(xì)節(jié)和分辨率技術(shù)。” Altera亞太區(qū)工業(yè)市場開發(fā)經(jīng)理江允貴認(rèn)為,模擬CCTV攝像機(jī)過渡到高清數(shù)字IP攝像機(jī),推動(dòng)了對(duì)HD1080p/30fps視頻分析的需求。

視頻監(jiān)控常規(guī)產(chǎn)品DVR、DVS和IP攝像機(jī)都可以通過添加前端智能視頻處理來增加風(fēng)險(xiǎn)性管理和智能化業(yè)務(wù)。據(jù)TI通用DSP業(yè)務(wù)發(fā)展部經(jīng)理鄭小龍介紹,TI的DM642在智能視頻嵌入化應(yīng)用中發(fā)揮了重要的作用,而后續(xù)推出的Davinci系列平臺(tái)則可以滿足不同方面的數(shù)字視頻需求并不斷取得市場的成功。

ADI在智能視頻監(jiān)控方面的市場策略則比較獨(dú)特。據(jù)了解,ADI目前同許多高校與科研院所(如清華大學(xué))進(jìn)行合作,共同展開視頻分析的開發(fā)工作。ADI技術(shù)市場經(jīng)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(chǔ)算法的硬件加速模塊,并提供相關(guān)的演示代碼和文檔,幫助客戶設(shè)計(jì)出更高效的系統(tǒng)。不過他表示,具體細(xì)節(jié)將在2012年初披露。他同時(shí)認(rèn)為,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比較擅長的工作。

在中國,交通監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)視頻分析有很高的需求,重要的功能如能找到車牌號(hào),識(shí)別到作為國家監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)一部分的車身形狀,汽車顏色和汽車品牌等。Altera亞太區(qū)工業(yè)市場開發(fā)經(jīng)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(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;高精度智能偵測率;簡單的系統(tǒng)配置等。在功能上這些的規(guī)格都帶給芯片制造商很大的挑戰(zhàn),江允貴認(rèn)為唯有先進(jìn)制程工藝的FPGA才能提供上述完整的解決方案。

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是針對(duì)交通監(jiān)控。據(jù)介紹,這一應(yīng)用采用了低成本、低功耗的CycloneIVFPGA平臺(tái),滿足了視頻監(jiān)控應(yīng)用的成本、功耗和性能要求。江允貴認(rèn)為,Altera的單芯片解決方案進(jìn)一步提高視頻分析的性能,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)方法無法實(shí)現(xiàn)的像素精度細(xì)節(jié)。這一解決方案很容易集成到HD互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議攝像機(jī)中,因此,它非常適合包括流量監(jiān)控在內(nèi)的各種應(yīng)用,監(jiān)視事故探測、車輛計(jì)數(shù)、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(qū)銷售和市場總監(jiān)張宇清同樣認(rèn)為FPGA在智能視頻分析中占據(jù)優(yōu)勢:“傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控由于對(duì)運(yùn)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(jiān)控成為主流,F(xiàn)PGA的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。”智能分析的關(guān)鍵在于算法,需要大量的矩陣運(yùn)算以及乘法器。目前通常有兩種方式來實(shí)現(xiàn)智能分析:一種是DSP+FPGA,F(xiàn)PGA作為協(xié)處理器,來彌補(bǔ)DSP在運(yùn)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(kuò)展性,導(dǎo)致產(chǎn)品差異化低。張宇清認(rèn)為,F(xiàn)PGA可以在復(fù)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(dòng)態(tài)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(shí)時(shí)性的視頻分析方案來滿足視頻監(jiān)控應(yīng)用新的需求。軟硬件協(xié)同處理的方案會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。”張宇清對(duì)此表示,賽靈思低成本的Spartan FPGA將為客戶實(shí)現(xiàn)高靈活性、實(shí)時(shí)的且兼具高性能視頻分析的解決方案。

 

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