視頻監(jiān)控發(fā)展趨勢(shì)和方案比較

1、視 頻 監(jiān) 控 發(fā) 展 趨 勢(shì) 和 方 案 比 較自從美國(guó)911事件以來(lái)，全球視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求越來(lái)越強(qiáng)勁。在國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)推出 了 “平安城市”項(xiàng)目后，中國(guó)的視頻監(jiān)控市場(chǎng)也開(kāi)始起飛。特別是2008年北京奧運(yùn)會(huì)、2010 年上海世博會(huì)更是大力推動(dòng)了中國(guó)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的發(fā)展。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，近 幾年全球視頻監(jiān)控市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率接近 10%而中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)率更是在 20犯上，預(yù) 計(jì)2014年，全球視頻監(jiān)控市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 410億美元。1 發(fā)展趨勢(shì)在市場(chǎng)的快速發(fā)展的同時(shí)，相關(guān)視頻技術(shù)也不斷升級(jí)，視頻監(jiān)控技術(shù)與市場(chǎng)呈現(xiàn)了以下幾 個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：1.1 從 CCTVgJ DVRS至U NVR傳統(tǒng)的模

2、擬閉路電視視頻監(jiān)控（CCTV）,進(jìn)行實(shí)時(shí)的錄像，需要大量的磁帶進(jìn)行記錄， 分析管理不方便，市場(chǎng)份額正在逐漸被數(shù)字視頻監(jiān)控 （DVR）吞食。數(shù)字視頻監(jiān)控，因?yàn)閷?duì)輸 入的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行了數(shù)字化處理，后端可以方便地對(duì)圖像進(jìn)行處理一一降噪、縮放、 OSD壓縮等等，大大減少了對(duì)存儲(chǔ)空間的需求，降低了成本，也為視頻智能分析提供了基 礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控（NVR）是在DVR勺基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和 遠(yuǎn)端存儲(chǔ)。隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)，NVRE獲得迅猛的發(fā)展。1.2 從 CIF 至ij D1 再至ij HD隨著視頻處理芯片能力的增強(qiáng)，集成度的提高和成本的下降，以及硬盤(pán)單位容量成本的降低，

3、數(shù)字視頻監(jiān)控產(chǎn)品的分辨率正在升級(jí)。目前 D1（480i格式，720X 480,水平480 線，隔行掃描）正在逐漸取代CIF（352X288）成為市場(chǎng)的主流。而一些高端產(chǎn)品，已經(jīng)開(kāi)始 支持720P格式（1280X720,水平720線，逐彳T掃描）,甚至1080P格式（1920X1080,水 平1080線，逐行掃描），以滿(mǎn)足一些特殊的應(yīng)用需求，如工業(yè)/醫(yī)療圖像識(shí)別。更高的圖像 分辨率，意味著更大的存儲(chǔ)空間需求，也為圖像識(shí)別、智能分析提供了便利。1.3 從4/8通道到8/16/32通道隨著單位通道成本的降低，終端客戶(hù)愿意設(shè)置更多的攝像頭，提高布控密度，以提供更好的安全保障。市場(chǎng)主流需求也由單設(shè)備4/

4、8通道提升到8/16/32通道。1.4 視頻監(jiān)控+網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)隨著視頻監(jiān)控市場(chǎng)的繁榮，也帶動(dòng)了存儲(chǔ)產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展。過(guò)去，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)產(chǎn)品主要 配合服務(wù)器用于運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)的數(shù)據(jù)備份?，F(xiàn)在，一些行業(yè)應(yīng)用對(duì)圖像分辨率和保存時(shí)間 提出了更高的要求，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)陣列產(chǎn)品也開(kāi)始逐漸引入到視頻監(jiān)控的應(yīng)用中來(lái)，其提供 的RAID功能，保證了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和安全性。1.5 智能監(jiān)控更廣泛的視頻監(jiān)控應(yīng)用，帶來(lái)視頻數(shù)據(jù)爆炸式地增長(zhǎng)，靠人工手動(dòng)查驗(yàn)變得越來(lái)越困難。互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，開(kāi)啟了信息爆炸的時(shí)代，如果不依靠Google、Baidu這樣的搜索引擎，我們將迷失在茫茫的信息海洋中。同樣的道理，智能監(jiān)控是視頻監(jiān)控發(fā)展的必然趨勢(shì)。

5、 在將來(lái)的某一天，也許我們輸入幾張嫌疑犯的照片，就可以借助人臉識(shí)別和人體特征識(shí)別 技術(shù)，并通過(guò)龐大的互聯(lián)網(wǎng)相連的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，搜索出可能的嫌疑犯出現(xiàn)過(guò)的位置和視 頻信息。當(dāng)然，這有很大的難度，但是，很多前沿的公司正在朝這個(gè)方向努力。而且，現(xiàn) 在的智能監(jiān)控產(chǎn)品已經(jīng)在一些方面取得了可喜的成績(jī)，如車(chē)牌識(shí)別、人臉識(shí)別、越界報(bào)警、目標(biāo)跟蹤、可疑物報(bào)警、人頭數(shù)量統(tǒng)計(jì)依據(jù)其不同的工作原理、視頻數(shù)據(jù)傳輸和處理方式，數(shù)字視頻監(jiān)控分為網(wǎng)絡(luò)視頻攝像 機(jī)(IPCAM)+網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、基于PC的視頻采集以及DVR/NVRE種方案，每種方案針對(duì)不同的應(yīng) 用環(huán)境都各有優(yōu)勢(shì)，以下是三種方案的比較：1.5.1 IPCAM +網(wǎng)絡(luò)存

6、儲(chǔ)該方案的優(yōu)點(diǎn)是部署靈活、方便，缺點(diǎn)是當(dāng)前主流方案中的單位通道成本較DVR/NVR高。網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)IPCAM可以通過(guò)以太網(wǎng)口上連到 NVRS備，也可以直接上連到網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備。前者適合組建小的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，IPCAM乍為NVR勺一種補(bǔ)充；后者適合完全由IPCAM 來(lái)組建大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。IPCAM系統(tǒng)框圖如“圖1”，攝像機(jī)如果是模擬信號(hào)輸出，則需要視頻解碼器將信號(hào)轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)，送給后端。視頻處理器對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理、壓縮，并包裝成以太網(wǎng)包送 出。IPCAM的發(fā)展方向?qū)⑹沁M(jìn)一步降低成本，并加強(qiáng)智能監(jiān)控的功能。可以把視頻處理器 的功能做得更強(qiáng)大，將攝像機(jī)功能集成進(jìn)來(lái)，由視頻處理器直接對(duì)Image se

7、nsor輸出的信號(hào)進(jìn)行處理。這樣，就可以省掉攝像機(jī)中進(jìn)行前端處理的ISP (Image signal processor)和如圖所示的視頻解碼器，從而由單芯片方案實(shí)現(xiàn)IPCAM網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)產(chǎn)品的系統(tǒng)框圖如“圖 2”，由以太網(wǎng)交換機(jī)對(duì)IPCAMB數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，通 過(guò)千兆以太網(wǎng)口將數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備。這種方案中的處理器通常是性能比較強(qiáng)的處 理器，如多核x86、PowerPC MIPS都有使用。這個(gè)級(jí)別的處理器，通常帶多組PCI Express 接口，提供高帶寬的外設(shè)接入。RAID處理需要做大量的XOR1算，如果由處理器直接來(lái)做 處理，會(huì)大大增加處理器的負(fù)荷，系統(tǒng)規(guī)模也就不可能做大。所以，通常會(huì)使用

8、專(zhuān)門(mén)的RAID 協(xié)處理器。硬盤(pán)擴(kuò)展(HDD Expand)部分，是用于將外接硬盤(pán)的數(shù)量擴(kuò)展到十幾個(gè)、幾十個(gè) 甚至上百個(gè)。通常的方案是用 SATA Controller + SATA Port Multiplier ,或者SAS Controller + SAS Expander 。當(dāng)前的RAID協(xié)處理器、SATA Controller和SAS Controller 多為PCI-X接口，為能實(shí)現(xiàn)與處理器的PCI Express接口實(shí)現(xiàn)互連，就要用到一個(gè)非常重要的橋接芯片，實(shí)現(xiàn) PCI Express 至U PCI-X 的接口轉(zhuǎn)換。Pericom 公司的 PI7c9X13Q 實(shí)現(xiàn)了 PCI Exp

9、ress x4 到 PCI-X 64bit133MHZ勺轉(zhuǎn)換，支持64X 133 = 1064MB/s的帶寬。PCI-X向下兼容PCI,總線也可 以跑在100MHz 66MHz 33MH域者其他低于133MHz的頻率。PI7c9X130工作在PCI模式時(shí)，可以擴(kuò)展6個(gè)PCI設(shè)備。該芯片也被用于實(shí)現(xiàn) 720p、1080P的高端視頻處理卡另外，PI7c9X130還支持Reverse mode即可以實(shí)現(xiàn)從 PCI-X到PCI Express的橋接， 當(dāng)處理器提供的接口是 PCI-X,而需要掛接PCI Express接口的外設(shè)時(shí)，就需要工作在此 種模式。1.5.2 基于PC應(yīng)用的視頻采集卡視頻采集卡的

10、優(yōu)點(diǎn)是配置簡(jiǎn)單、操作方便。占用PC的PCI插槽或者PCI Express插槽， 程序運(yùn)行在 Windows或者Linux下，操作跟日常使用電腦一樣簡(jiǎn)單。PC價(jià)錢(qián)越來(lái)越便宜，性能也越來(lái)越強(qiáng)，基于 Windows和Linux操作系統(tǒng)，有更多的軟件資源支持，使得產(chǎn)品開(kāi) 發(fā)變得更容易。這為智能監(jiān)控功能的開(kāi)發(fā)提供了極大的便利。視頻采集卡的缺點(diǎn)是，如果 客戶(hù)要為采集卡新配置 PC那么，計(jì)算上PC的成本，單位通道成本將較之 DVR/NV府。視頻采集卡分為兩種，硬件壓縮視頻采集卡和軟件壓縮視頻采集卡。顧名思義，硬壓 卡是由專(zhuān)門(mén)的DSP者ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的處理和壓縮，而軟壓卡只實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采 集，處理和

11、壓縮都由PC的處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，硬壓卡對(duì) PC處理器的耗用較少，數(shù)據(jù)壓 縮后傳輸，占用傳輸帶寬少；而軟壓卡的所有負(fù)荷都在PC處理器上，原始數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，占用傳輸帶寬大。就單卡成本而言，硬壓卡的成本遠(yuǎn)高于軟壓卡，但單卡通道數(shù)可以做得 更多，對(duì)PC配置要求不高。通過(guò)這種簡(jiǎn)單的比較，我們不難看出，硬壓卡的定位介于軟壓 卡和DVR/NV必問(wèn)。雖然現(xiàn)在PC價(jià)錢(qián)非常便宜，性能也足夠強(qiáng)，但是最便宜的PC也還是比的處理器貴。所以，硬壓卡的市場(chǎng)份額有可能逐漸被軟壓卡和DVR/NVR!食。當(dāng)前，視頻采集卡的主流還是 PCI插卡。但是，因?yàn)镻C的PCI總線工作在33MHz無(wú) 法實(shí)現(xiàn)8路D1的原始數(shù)據(jù)傳輸；另外，I

12、ntel在大力推廣PCI Express總線，新推出的芯 片組，提供更多的PCI Express接口，并讓PCI接口逐漸淡出市場(chǎng)。所以，PCI Express 的視頻采集卡在逐漸流行起來(lái)。硬壓卡功能框圖如“圖3”，軟壓卡功能框圖如“圖4”、“圖5”。在視頻采集卡中，為了單卡實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道，需要掛接更多的PCI設(shè)備，如圖所示的DSP/ASIC或視頻解碼器，故需要進(jìn)行PCI總線的擴(kuò)展。Pericom公司的PI7c8152是完全透 明的PCI橋，可以擴(kuò)展4個(gè)PCI設(shè)備，用于硬壓卡；PI7c8150,可以擴(kuò)展9個(gè)PCI設(shè)備， 用于8路軟壓卡；PI7C8140,可以擴(kuò)展4個(gè)PCI設(shè)備，用于4路軟件卡。這三

13、顆芯片都在PCI視頻采集卡上得到了廣泛的應(yīng)用，而 Pericom公司推出的PCI Express x1到PCI的橋 接-PI7c9X111SL和PI7c9X112SL更是專(zhuān)門(mén)為視頻監(jiān)控應(yīng)用量身打造，已經(jīng)成為 PCI Express視頻采集卡應(yīng)用的必然選擇。PI7c9X111SLW PI7c9X112SL專(zhuān)為視頻監(jiān)控應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，支持 512Byte的“Max Payload Size ” , PCI to PCI Express 進(jìn)行 upstream memory write 的實(shí)際測(cè)試，當(dāng) PCI 工作在時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)120MB/s；當(dāng)PCI工作在時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)230MB/s,完

14、全滿(mǎn) 足軟壓卡單卡實(shí)現(xiàn)8路D1的應(yīng)用需求。PI7c9X111SLM以擴(kuò)展4個(gè)PCI設(shè)備；PI7c9X112SLM以擴(kuò)展8個(gè)PCI設(shè)備。兩款芯片 采用同樣的封裝，客戶(hù)可以方便地實(shí)現(xiàn) 4路卡和8路卡的兼容設(shè)計(jì)，共用一個(gè)PCB封裝為14*14mm 的128 LQFP方便客戶(hù)焊接、調(diào)試。較之BGA寸裝，減小了設(shè)計(jì)難度，可以使用更少的 PCB 層數(shù)，降低了成本。芯片功耗只有 0.45W。另外，PI7c9X111SL3支持 Reverse mode,即可以實(shí)現(xiàn) PCI 至U PCI Express 的橋接， 當(dāng)處理器提供的接口是 PCI,而需要掛接PCI Express接口的外設(shè)時(shí)，就需要工作在此種 模式

15、。少數(shù)視頻解碼器提供PCI Express x1接口，Pericom公司專(zhuān)門(mén)為監(jiān)控市場(chǎng)提供了低端 口數(shù)的PCI Express Packet Switch ,實(shí)現(xiàn)PCI Express port 擴(kuò)展。應(yīng)用功能框圖如“圖 5"，常用型號(hào)如下：1.5.3 DVR/NVR嵌入式DVR/NV勵(lì)能框圖如“圖6”，和“PC +硬壓卡”的應(yīng)用非常類(lèi)似。嵌入式DVR/NVR9為采用集成外設(shè)接口、性能適中的低成本嵌入式處理器，使得的單 位通道成本大幅降低，系統(tǒng)功耗也大幅下降，契合當(dāng)前“綠色環(huán)?！钡漠a(chǎn)品理念。因?yàn)槭?一個(gè)封閉的系統(tǒng)，所以，也就不存在兼容性的問(wèn)題。嵌入式DVR/NV多采用Linux操作系統(tǒng)，如果想通過(guò)shell command來(lái)進(jìn)行配置、管 理，對(duì)終端客戶(hù)會(huì)是非常困難的一件事情。所以，必須要開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、易用的管理軟件。再 者，當(dāng)