IP視頻監(jiān)控啟動之慢之原因解析

    引言：視頻監(jiān)控市場從模擬CCTV視頻系統(tǒng)轉(zhuǎn)向更為成熟的、基于網(wǎng)絡(luò)的IP視頻已成為業(yè)界的共識。但另一方面，盡管IP視頻監(jiān)控將成為未來的主流，但就目前情況來看，該市場仍為傳統(tǒng)的模擬攝像機所主導(dǎo)。是什么原因使得IP監(jiān)控市場啟動如此之慢？IP視頻監(jiān)控未來將呈現(xiàn)怎樣的發(fā)展趨勢？電子工程專輯專訪數(shù)位業(yè)內(nèi)知名專家，為您做出逐一解答。

    啟動之慢，原因何在？

    Aptina公司高級業(yè)務(wù)拓展市場經(jīng)理Cliff Cheng對記者說，雖然IP攝像機的年增速達到了兩位數(shù)，但仍然存在一些制約因素，限制了IP攝像機采用率超過總體監(jiān)控攝像機出貨量的50%。目前，大多數(shù)IP攝像機部署于沒有同軸電纜的新建場所。然而，市場上仍然有6000多萬臺通過同軸電纜連接的CCTV攝像機，是無法在一夜之間被替代的。因此，IP攝像機的發(fā)展趨勢就是通過現(xiàn)有的同軸電纜來輸送高清視頻流。為了應(yīng)對這一挑戰(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攝像機的安裝更便利，安裝成本更低，其采用率將會迅速增加。

    Aptina公司高級業(yè)務(wù)拓展市場經(jīng)理Cliff Cheng

    “世界上第一臺網(wǎng)絡(luò)攝像機的出現(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)控是未來主流的這個趨勢大家都認(rèn)同，但IP攝像機出貨量超過CCTV攝像機出貨量這個點卻遲遲沒有出現(xiàn)�！敝行俏㈦娮覥TO張韻東坦承，“影響市場發(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、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�！�

    舉個簡單的例子，攝像機架設(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)交換機等設(shè)備，要準(zhǔn)確定位視頻沒有出來的問題，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，這對于工作人員的知識要求比傳統(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)由于是純模擬信號的采集，傳輸與顯示之間的互通性很簡單。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)，對系統(tǒng)集成商、工程安裝以及用戶來說，也是一個頭疼的問題。此外，高清圖像采集起步較晚，一些固有的技術(shù)特點導(dǎo)致直觀圖像效果差異，也影響了一些用戶對IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接受。加上對網(wǎng)絡(luò)帶寬，存儲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方面。

    ADI公司技術(shù)市場經(jīng)理張鐵虎認(rèn)為，智能IP監(jiān)控工程應(yīng)用對可靠性、實時性和可部署性的需求大大提高：可靠性方面，要求有強大的算法基礎(chǔ)、有針對具體應(yīng)用需求的規(guī)則和抗干擾能力；實時性方面，要求系統(tǒng)具備實時輸入、實時運算和實時控制的能力；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、可獨立工作、可內(nèi)嵌至設(shè)備、具備規(guī)則設(shè)定與維護能力、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主要挑戰(zhàn)。

    ADI公司技術(shù)市場經(jīng)理張鐵虎

    數(shù)字、高清與智能分析已是大勢所趨

    張韻東表示，IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，要高效率地利用海量的視頻監(jiān)控數(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關(guān)鍵目標(biāo)的通用特征參數(shù)進行分析和采集，再結(jié)合控制中心服務(wù)器上的應(yīng)用軟件，來提供各種面向行業(yè)和應(yīng)用的智能分析功能。

    為了實現(xiàn)這一點，中星微算法團隊在在視頻質(zhì)量診斷、運動目標(biāo)檢測、人臉檢測與識別(特別是無約束狀態(tài)下的人臉檢測)、關(guān)鍵目標(biāo)的通用特征參數(shù)分析與提取等方面進行了長期的投入。他同時強調(diào)認(rèn)為，視頻分析的運算非常復(fù)雜，要能實時地進行視頻分析，除了采用更為高端的處理器，更為先進的工藝之外，算法的優(yōu)化、芯片設(shè)計過程中的精雕細(xì)琢也必不可少，包括對高性能處理器的優(yōu)化、存儲訪問效率的改進、以及低功耗芯片設(shè)計技術(shù)的采用等，都是非常關(guān)鍵的。

    中星微電子CTO張韻東

    今年3月底，中星微在SVAC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟會議上發(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國標(biāo)視音頻編碼，也能對視頻流中的關(guān)鍵目標(biāo)進行分析，提取特征參數(shù)，結(jié)合SVAC國標(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，也能通過與平臺軟件的結(jié)合，提供更為豐富的智能應(yīng)用，促進IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展。

    德州儀器(TI)DSP視頻產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理王承寧認(rèn)為，未來IP視頻監(jiān)控正呈現(xiàn)明顯的三大發(fā)展趨勢，即遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、綠色節(jié)能和內(nèi)建視頻分析功能�！耙曨l分析有助于優(yōu)化視頻流量、數(shù)據(jù)存儲以及系統(tǒng)效率。用戶可設(shè)置一些觸發(fā)條件，系統(tǒng)只有在滿足觸發(fā)條件時才啟動錄制、提醒和發(fā)送功能�！彼�分析稱，2012年，越來越多的IP視頻監(jiān)控產(chǎn)品將集成視頻分析功能，DVR將從CIF格式快速轉(zhuǎn)向D1格式。

    例如，當(dāng)把攝像機架在一個90%的情況下都沒有車通過的路口時，如果采用720P 30高清碼率拍照，一個月下來就需要445G的存儲空間；但如果換種思路，在沒有運動發(fā)生時采用低分辨率、低幀數(shù)的VGA拍照，當(dāng)產(chǎn)生運動時再使用720P 30高清畫質(zhì)，兩者迭加最多只需要78G的硬盤空間，還不到傳統(tǒng)方式20%。

    為了幫助客戶快速推出具有視頻分析功能的IP攝像機，TI最近推出了第二代基于達芬奇DM8127+Aptina A10030千萬像素級CMOS圖形傳感器的IP攝像機參考設(shè)計。其中，DM8127不但可支持一路H.264格式1080p每秒60幀編碼和多個不同分辨率的子碼流，還集成了主頻最高達750MHz的C674x DSP用以智能分析，以及最新的HD-VICP協(xié)處理器以支持高清編碼。

    TI DM8127系統(tǒng)框圖

    “從TI的角度來看，隨著數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品高清和智能需求的提高，前端模擬單元不可避免的要集成到處理平臺中來。”王承寧說，“這樣既可以增加集成度、降低成本，同時對于提升系統(tǒng)性能也有可靠的保證�！背�此之外，視頻處理子系統(tǒng)中的核心還包含影像信號處理器(ISP)。

    他進一步解釋稱，視頻采集過程中，前端把CCD/CMOS傳感器所采集的影像經(jīng)過視頻接口采集，然后通過ISP進行3A成像處理，包括“自動曝光(AE)”、“自動白平衡(AWB)”和“自動聚焦(AF)”。同時，為適應(yīng)成像過程的高速相應(yīng)，IMCOP影像性處理器和IPIPE影像流水處理單元也是必不可少的。這三個部分都將存在于ISP中，同時集成的還有OSD以支持屏幕圖文顯示。

    然而，并不是所有ISP都可以輕易地把人臉檢測功能集成進來。由于針對高清應(yīng)用的CMOS傳感器(500萬-1200萬像素)已逐漸成為主流，所以選擇強大而成熟的ISP將至關(guān)重要。當(dāng)然，作為子處理系統(tǒng)，如何確保在SoC上實現(xiàn)更有效地協(xié)調(diào)工作機制更為關(guān)鍵。在TI新的體系結(jié)構(gòu)中，以增強型ISP為核心的前端模塊有專門的ARM Cortex-M3微處理器控制，而高達1GHz的Cortex A8主處理器在必要時則可以分擔(dān)前端視頻的處理能力。

    他同時強調(diào)稱，IP視頻監(jiān)控自身仍然存在沒有克服的缺陷，包括：

    1.從模擬轉(zhuǎn)向IP監(jiān)控過程中基礎(chǔ)設(shè)施的置換成本較大。

    2.目前主流的H.264算法對編解碼設(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，而這樣的延遲在對實時性要求較高的應(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。

    3.IP系統(tǒng)在為用戶帶來極大便利的同時也為監(jiān)控系統(tǒng)帶來了極大的隱患。

    4.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)備無法做到通用，也為項目設(shè)備的采購、施工調(diào)試和后期擴容造成了極大的不便。