数字视频监控系统愈行愈热，IP视频监控将成主流

随着计算机、网络传输技术以及图像处理技术的飞速发展，视频监控领域正在经历着一场变革。基于传统CCTV的模拟电视单纯视频存档录像系统已经风光不再，取而代之的是高效灵活的数字化系统。在旺盛的市场需求和创新技术推动下，数字视频监控系统近两年更是获得了突飞猛进的发展。现在，数字视频监控系统已经广泛部署于机场、车站、口岸、超市、银行等公共场所，有力地保障了社会正常秩序的维护，尤其是在应对突发事件时，数字视频监控系统凭借其极大的灵活性，不仅可以有效地监视现场和记录证据，而且还可以帮助追踪和侦破工作的进行。数字化所带来的优势即将全面改变视频监控领域的格局，数字视频录像机、基于IP网络的数字视频服务器以及IP摄像机正在成为视频监控领域的主流。

视频监控系统的发展带动了对半导体芯片的需求。PDNesmc

市场调研公司iSuppli的一份分析报告指出，由于社会对公共安全的日益关注、技术的进步以及价格降低等因素，IP视频监控系统的市场将在2006到2010年间增长近十倍。据该公司预测，摄像机、视频服务器、外围设备和软件等构成的IP监控系统各种设备市场总额将在2010年达到71亿美元，远高于2006年的7.35亿美元。到2010年，IP视频监控摄像机的销售收入将达到39亿美元，远高于2006年的3.01亿美元，而到2009年底，全球IP监控摄像机市场将超越传统的闭路电视(CCTV)摄像机市场。

IP视频监控市场不断增长，将超越CCTV视频监控。PDNesmc

与传统模拟监控技术相比，数字视频监控技术呈现出以下几方面的技术创新：一、基于IP的视频监控技术可以实现视频资料的远程监视和控制，并可对监控人员、设备和维护进行集中管理；二、联网的IP摄像机采用全新软件对视频进行智能跟踪和视频内容分析，并做出及时反应；三、智能化摄像机通过强大的数字信号处理器(DSP)实时探测并触发自动响应，并即时将信息通过邮件发送到安保人员的电脑或者手机上；四、增加工业标准化，IP网络的分布化和存储设备集中化可以降低设备使用和安装成本。 视频处理器：SoC解决方案将成为主流 IP视频监控突破了传输距离的限制，并在管理视频规模、存储成本和时间以及智能技术应用等方面性能有了大大提高，因此需要功能更强大丰富的处理器，于是面临DSP、ASIC和FPGA三种选择。DSP通过高性能的软件可编程特色可以全面支持各种标准格式视频编解码算法，并且产品规划兼顾软件升级的兼容性，有利于未来产品更新换代。ASIC比较适合于消费类产品应用，成本价位可以控制在较低水平，但是在成形后再难以有所变化且应用范围很窄，不便于产品升级。FPAG属于硬件可编程处理平台，高端不利批量生产，硬件及开发成本均较高。TI公司DSP业务发展经理郑小龙表示，DSP是数字视频监控产品的主力处理器平台，特别是其中的系统级芯片(SoC)。 闻亭数字系统公司技术总监谷湘煜也认为，介于可编程DSP和ASIC之间的方案会成为主流技术。作为TI的第三方合作伙伴，闻亭数字推出了基于TMS320DM64x芯片设计的评估开发板，板上DSP的计算能力可达4Gips，可以实时采集多路视频，实现复杂的音视频压缩算法，并带有以太网口，可通过网络传输数据。 目前视频监控处理器的主要出货市场——DVR和DVS——芯片方案主要采用可编程DSP SoC芯片。北京希图视鼎科技有有限公司(C2 Microsystems)市场经理刘明璋表示，该公司已经推出了一款DSP SoC解决方案CC1100，适用于中端和中高端视频监控系统(DVS和IP摄像机)。CC1100集成了一个350MHz超级标量RISC处理器和一个3核DSP子系统，RISC处理器运行Linux操作系统，视频编解码工作则由3个可编程但不同架构的子处理器分阶段协同完成。运动图像处理流程可以按照其功能和算法特点分解成多个相对独立的过程，如运动预测、宏块查找、变长算术编码等，每个子过程都有各自的算法特点。而三个不同架构的DSP处理器每个只需要运行较低时钟频率，优化的架构可以保证处理器高效率完成各自擅长的视频算法。通过将其集成在一个多核异构DSP子系统中分工协作完成完整的视频处理功能，就可以在SoC处理器级很好地平衡性能、灵活性和功耗的矛盾。 刘明璋同时强调，在对成本比较敏感的IP摄像机市场，目前有基于DSP和ASIC的两大类方案。以前ASIC较DSP方案有较大的成本优势，因此低端和中端市场以ASIC方案居多。在成本极端敏感的低端市场，采用廉价的光学镜头和低性能CMOS传感器，再搭配ASIC芯片，占有了一定的市场。现在，DSP SoC芯片价格下降较快，两种方案在PCB板级成本已经可以缩小到10美元以内。DSP方案带来的功能上的先天优势则越来越明显。目前的中高端市场，由于采用了高品质光学镜头和高性能的CCD或CMOS传感器等，对编码芯片成本已不太敏感，厂商也希望追求差异化的功能，因此DSP SoC方案成为主流选择。并且随着DSP SoC芯片成本的降低，会逐渐侵蚀中低端市场。这一观点也得到杰得微电子的商务发展与技术行销高级经理罗霖的认同，他相信SoC方案将成为主流技术。

罗勇华：SoC架构的ASIC秉承了ASIC的成本优势，又增加了DSP方案的灵活性。

海思半导体公司数字媒体产品经理罗勇华则认为，SoC架构的ASIC秉承了ASIC的成本优势，又增加了DSP方案的灵活性，针对标准化IP视频监控是最佳的选择。他指出，为了让网络化监控更加接近真实视觉体验，网络视频对芯片的处理能力提出了新的要求，主要体现在高压缩效率和网络协议开发难度上。DSP在视频监控领域适合用于开发一些未定性的技术场景，如没有标准的压缩算法，或者想保留自身独特压缩算法的场合，但是其成本较高，开发难度大，并且开发自由度也是有限定的，如在运算能力上要想采用一种更先进的算法，就需要更换DSP方案。而纯ASIC方案优点非常明显，可以通过硬件逻辑，实现一些需要更高性能DSP才能处理的算法，如H.264就是先有ASIC实现推广，当然纯ASIC架构相对DSP而言缺点就是算法被固定了，而SoC架构的ASIC无疑是一种折衷方案。 虽然SoC解决方案成为视频监控技术的主流产品，但最近FPGA厂商也逐渐开始进入这一市场，可编程逻辑器件供应商Altera及其合作伙伴能提供基于FPGA的MPEG-4和H.264视频解决方案，这些方案采用低成本的Cyclone器件，具用更高的性价比。Altera公司资深技术市场工程师赵敏表示，相对于DSP和ASIC来讲，FPGA能提供单芯片方案，能够在单颗FPGA内实现包括视频压缩、系统控制和网络处理等功能，因此DSP、ASIC和FPGA在视频监控系统中都有用武之地，应当能够在这些系统中共存。 视频压缩技术：H.264风头正劲，AVS崭露头角；混合编码技术受重视 数字监控中系统中最早采用的视频编码格式是MPEG-1，虽然其数据传输率不高但画质仍然不佳，应用有所局限。在MJPEG(Motion JPEG)、H.263、MPEG-2等视频格式推出后，只有MJPEG应用于数字监控领域，MJPEG具有良好的静态图像效果，适合于事后视频处理，并且码流大小固定，带宽利用率高。MPEG-4作为一种高级数字视频编解码标准，视频压缩效率有很大的提高，并提供一个高度灵活的编码技术及资源工具集，这使得MPEG-4能够处理许多类型的视频数据，在数字监控领域大受欢迎。随后发展起来的H.264具有更高的压缩比，在实现相同的重建图像质量时比H.263节约50%左右的码率，而比MPEG-4视频格式在性能方面提高33%左右。

目前市场存在多种编解码标准，混合编码技术或将得到市场重视。PDNesmc

郑小龙表示，目前视频监控领域的视频压缩标准主要还是以MPEG-4和H.264为主，MJPEG还有少量应用。他强调，高压缩能力和较低的码率使H.264视频文件节约存储空间，并且非常适合在低带宽网络上传输，目前基于H.264压缩技术的视频监控产品正在占据市场的主流位置。但是由于应用于专用系统，现在不少H.264产品并不完全符合标准，若要真正完全符合则需要更高的运算量。而AVS作为中国具有自主知识产权的标准，具有接近H.264性能，但所需运算量又比H.264少，因此是一个具有潜力的高级数字视频标准。 海思半导体是在视频监控领域首家推出H.264解决方案的芯片厂商，其推出的基于H.264 Baseline Profile算法的视频压缩芯片Hi3510采用ARM+DSP+硬件加速引擎的多核高集成度SoC构架，具备强大的视频处理功能，可实现DVD画质的实时编码性能，能自适应各种网络环境，确保画面的清晰度和实时性。低码率的H.264编码技术减少了网络存储空间，并通过集成DES/3DES加解密硬件引擎确保网络安全。罗勇华表示，MPEG-4算法目前应用非常成熟，方案选择比较多，但缺乏统一的标准，网络化时面临互联互通的问题。而无论是从视频网络化还是视频压缩技术自身的发展来看，H.264都是视频网络化最优的选择，它避免了互通问题，也节省了带宽和存储成本。 谷湘煜也透露，AVS标准由于较低的版权费用，有可能成为视频监控领域未来的主要算法，希望系统厂商给予足够的关注。闻亭公司目前正在加紧研发基于AVS的相关产品。 与其他几家公司意见略有不同，刘明璋提出了另一个观点，他认为包含两种或两种以上编码算法的混合编码技术将受到市场的重视。他解释说，每种编码技术都有各自的优缺点，比如运动视频编码MPEG(MPEG-4/H.264/AVS)为了降低码率，编码的结果通常是生成少量I帧(帧内编码，含有大量图像信息)和大量的预测帧(B帧和P帧，只有图像的参考信息)；而MPEG算法复杂度高，编码分辨率通常要做到D1实时，当被监控现场意外事故发生后，需要从存储的视频数据中提取大量细节信息，有时甚至需要对图像进行逐帧分析，这时分析人员常常发现单一MPEG编码系统提供的图像数据细节还不够，而且由于网络存储，还有丢帧的可能，丢失也很难恢复。另一种较早的视频编码算法MJPEG(Motion JPEG)采用的全是I帧编码，码率较高，分辨也可以做到很高，比如3百万像素，在早期视频监控系统中使用较多。高清MPEG的优点是可以提供清晰的单帧数据，非常利于逐帧数据分析，如在很多需要清晰人脸数据的场合MJPEG编码就非常有用。 他分析指出，将MPEG编码和MJPEG编码结合起来是一种新的市场趋势。网络摄像机通常采用码率低的MPEG编码算法对监控地点采集视频数据，一旦有意外事故，比如红外传感器被触发，网络摄像机会同时启动高清MJPEG编码器对事故现场进行抓拍(每秒10张以上)。这样既保存了事故现场的细节，又不会给网络或存储带来较大的压力。 IP视频监控系统开发：稳定性、兼容性、标准化成首要因素 基于IP的视频监控系统是一个集成的平台，这个平台涉及通信、视频处理、图像传感采集等多种技术，并且系统集成度高，开发工作量大，需要较长的系统磨合周期。因此，如何缩短系统上市时间，在系统级实现产品稳定，并给用户提供差异化功能都是系统制造商面临的问题。 刘明璋指出，典型的网络视频系统通常是一个端到端系统。前端是网络视频监控设备(DVS/IP摄像机)，终端通常是PC、3G手机以及有网络功能的PMP或PDA。因此，需要重点考虑如何管理众多的终端，并确保前端到终端的端到端兼容性。 全球各运营商的网络都不相同，视频流在跨路由转发时会产生各种意想不到的问题。在目前的网络架构下，流媒体传输是一个比较复杂的问题，设备厂商尤其不能简单地从一个局域网环境来开发产品，特别是目前运营商已介入视频监控。设备厂商需要对运营商常用的SIP协议、TR069协议进行必要的开发，与传统网络设备制造商进行更多的合作有助于原来多模拟设备厂家在行业转型中少走弯路，罗勇华表示。 谷湘煜则给出了四大建议：1、降低硬件成本，考虑集成度高而又满足要求的主处理器，如TI的达芬奇(Davinci)系列处理器；2、提高系统稳定性、可靠性。目前视频监控终端的系统复杂性越来越高，因此不论从软件还是硬件角度来看都要借鉴成熟的开发管理模式，完善产品设计开发流程，摈弃过去手工作坊式的开发方式，另外对于产品生产方面要避免小批量生产、手工测试(焊接)的模式，而是采用大规模生产或代工模式；3、算法、协议以及传输接口标准化。从技术层面必须要遵循行业的主流标准，只有解决互连互通问题才能把市场做大做强，厂商才能在这个环境中受益。过去很多系统厂商采用自己的视频算法标准和传输协议是违背行业发展方向的；4、提高系统的扩展性、兼容性。由于标准不断发展、用户需求的变化，以及某些协议本身的扩展(如SIP)，设计方案最好是采用DSP(FPGA/ASIC)+CPU的设计，在CPU端尽可能采用主流的嵌入式操作系统，以方便整合资源和扩展功能。 终端厂商：选择开放性平台 IP视频监控终端产品的价格大幅下降，为其大规模应用扫清了成本障碍，并且视频产品标准正在逐步统一，不同厂商设备之间互连互通的问题正得以解决；在中国，由于中国电信、中国网通的加入，很多知名厂商对IP视频监控的关注度提高，并已实现了大规模(电信级)应用服务平台和高性能终端，这些都促成了IP视频监控的广泛应用。作为终端厂商，应该如何选择技术与方案呢？ “选择视频监控系统是一项艰巨的工作，因为对于视频监控系统能做什么或支持什么并没有固定的标准或限制。视频监控具有非常大的市场空间，客户从家庭用户到大型企业，因此系统制造商必须懂得目标客户群。例如，家庭视频监控系统和大型企业用户的要求完全不同，一方面，家庭用户可能需要非常简单的、可以自维护的便宜的系统，系统必须具有捕捉、记录和存储到HDD的基本功能。另一方面，大型企业正在寻找更复杂的系统和功能，一些系统具有冗余、网络兼容、捕获数据集中存储、通过PC和终端网络实现数据访问等功能，以增加一些功能和选择余地。一些先进的功能还可能包括面部识别、数字识别甚至还有数据分析等‘分析功能’。因此，对终端用户需求的理解通常将决定产品的特点、复杂性和成本。”科胜讯系统公司高级产品线经理Ed Munar表示。 谷湘煜认为，对系统制造商下面三点非常重要：第一、硬件成本以及硬件设计的可延续性。应尽量采用大芯片厂商的产品，避免出现由于芯片本身的缺陷和后续供货问题而带来的麻烦。第二、开发难度和开发周期。在视频监控终端中算法的开发是技术难度相对高的部分，因此可以考虑采用芯片厂商或第三方提供成熟算法的方案，中小企业应尽量避免自己开发算法。对IP摄像机和视频服务器建议采用LINUX，而对DVR则可以考虑采用WINCE。第三、选择的方案是否可扩展。主要考虑是否可以方便地从供应商或第三方得到专业的服务以及能否在一定时期内扩展系统的功能，如增加一部分智能识别的功能。