随着数字视频监控向网络化的全面发展，IP摄像机的创新理念可以由"高清智慧"来概括并解读，因此，本文主要集中阐述对"高清智慧"新架构的理解和感悟，力图与业界人士共同分享未来网络视频监控的发展趋势。d289a【中国自动化网社区】771a68【http://sns.ca800.com】d5

文/郑小龙7b1【中国自动化网社区】31eedc【http://sns.ca800.com】09f4

追溯历史，IP摄像机与数字信号处理器(DSP)的发展息息相关，作为其雏形，早在十几年前，基于通用DSP的网络摄像机的原创设计就影响深远，而作为数码相机的延伸、基于单片系统(SoC)的体系结构的兴起也将有十载。真正使IP摄像机的产品形态实现产业化，得益于通用数字媒体处理器架构的建立。7b1【中国自动化网社区】31eedc【http://sns.ca800.com】09f4

随着视频监控向网络化发展，IP摄像机产品的创新元素可以由"高清智慧"来概括，但深入探讨，这四个字中所蕴含的意义将直接关系到新一代SoC架构的建立、巩固和拓展。95021【中国自动化网社区】232e6d【http://sns.ca800.com】2c4ca3e

如何衡量IP摄像机的"高性能"？95021【中国自动化网社区】232e6d【http://sns.ca800.com】2c4ca3e

网络视频对高性能会有一定的要求。那么这个"高"应该以什么来衡量？以前，SoC在主处理器与视频压缩处理器的协调中难以兼顾，如追求视频的高分辨率压缩处理能力，则主处理器的性能就不会太高。反之，若主处理器能力很强，则视频压缩处理能力较弱。至于更多视频增值的性能和丰富的接口，以及前端成像的高性能更难以实现。然而，如图一所示，新一代IP 摄像机单片系统的架构得到了全面的提升。95021【中国自动化网社区】232e6d【http://sns.ca800.com】2c4ca3e

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                图一 IP 摄像机单片系统架构的提升cd7【中国自动化网社区】3a411d【http://sns.ca800.com】59

在主处理器方面，视频压缩基于升级的协处理器处理，在全速运行下不仅可以达到cd7【中国自动化网社区】3a411d【http://sns.ca800.com】59

1080p每秒60帧的性能，而且可以支持多个视频流，还可以达到MJPEG每秒12M像素。新一代的影像信号处理器(ISP)可以支持CCD或CMOS成像传感器的直接连接，并可实现自动曝光(AE)、自动白平衡(AWB)、自动聚焦(AF)、镜头畸变校正功能、前端影响加速处理功能，以及特别人脸检测功能。因此，IP 摄像机整体系统具有更高的集成度和紧凑性，而这一新架构的确立对未来网络视频系统的发展将具有积极而深远的意义。cd7【中国自动化网社区】3a411d【http://sns.ca800.com】59

新架构更强的增值性和可扩展性表现在集成有高性能的数字信号处理器（DSP）核心，可以进行复杂的智慧视频分析处理或音讯监控处理，以便支持更多特色化监控应用。这样的DSP的通用性是至关重要，而且还需要支持兼容的定点和浮点的高速处理。至于在外设中以太网口提升到千兆，扩展接口增加PCIe都将有助于IP 摄像机成为一个更强的网络设备。为了使该类产品更具有视频监控的特色，硬件加密功能是非常必要的。而多窗口的图文迭加显示（OSD）功能、图像伸缩功能及CVBS输出功能都将使IP 摄像机在使用上更方便。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

而高分辨率也是"高"的一个重要标志，但这总是要与"清"连在一起表达，即"高清"，那么其实质的含义是什么？"高清"与"标清"的界限如何划分？图二为数字视频的高分辨率提升的示意图，这里的起点是标清D1（720X480）分辨率，已取代此前的CIF(352X288)分辨率。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

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            图二 数字视频的高分辨率提升420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

在IP 摄像机的应用中，720p（1280X720）可视为高清入门级的分辨率，因为网络带宽的利用率也很重要，特别是在公网中的应用。1080p高清分辨率为1920X1080, 又可分为每秒30帧和60帧，占用带宽较大，因此在应用中要结合实际需要，而不能只是一味地强调"高"性能。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

要保证前端成像的清晰度420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

在数字视频监控中，"高"与"清"是相辅相成的，尤其所观测的视频影像只有足够420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

清晰才更利于察看，高分辨固然是其保障，但如果在前端成像上没能得到很好的清晰度，那么后端再如何处理也是极为有限的。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

以前的视频监控系统往往都是基于模拟CCTV摄像机，前端采用标准的CCD传感器，然后通过专用的ISP芯片套件处理转为BT656的模拟信号输出。而后端的视频监控设备为硬盘录像机（DVR）或数字视频服务器（DVS），将先视频模数转换，再进行压缩存储或传输。无论是哪种处理，视频的分辨率和清晰度都是由前端摄像机决定。分辨率容易确定，但清晰度则需要便于调试，因此，对IP 摄像机平台是否有前端调试功能，其功能是否足够灵活和强大提出了更高的要求。如图三为ISP的调试工具应用界面。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

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            图三 ISP的调试工具应用界面420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

    其实面向IP 摄像机比较成熟的SoC平台都应该具有ISP的前端模块，能够全面支持AE、AWB和AF，即所谓3A功能。具备有效易用的ISP的调试工具将有利于专业技术人员进行成像过程的特殊处理。对于高清化的支持，CMOS传感器具有更高的像素感光单元，因此更适于直接连接到IP 摄像机的SoC中的ISP。在前端成像中，对于具有低照度的CMOS传感器需要采用特别处理。而对于具有宽动态的CMOS传感器，可以借助于主处理器的部分性能和资源进行有关算法的实现。当然，新一代ISP还具有三维(3D)降噪功能，可以使视频的清晰度达到更到的水平。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

集成视频协处理器实现智慧视频分析420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

在数字视频监控中，只有充分保证视频影像的高分辨率和高清晰度，才能使真正有效420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

的智慧视频分析提上议事日程，就是我们要谈的"智"。智慧视频分析可以通过两个途径来实现，其中一个是通过集成在IP 摄像机平台上的视频协处理器提供基本算法，如图四为基本入门级的智能视频分析功能。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

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                图四 基本入门级的智能视频分析功能420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

人数或目标统计、智能移动侦测和警戒区监测作为三项基本的功能而提供，相机420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

防攻击检测则可以成为IP 摄像机必备的功能与上述基本功能组合使用。流媒体目标数据分析是视频图像中的目标前景与背景分离，用MJPEG压缩并通过流媒体网络方式实时传到后端处理，这可以成为视频内容分析的有效扩展应用。这些功能都可以成为IP 摄像机实现基本视频压缩处理之外的补充。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

    对于更加复杂的先进智慧视频分析，如车牌识别、异常行为分析、人流车流分析、遗留物体分析等，则需要采用高速处理器处理，于是IP 摄像机平台所集成的DSP核心的大有用武之地，特别是对于通用DSP可支持的大量视频处理基础函数库(VLIB)的不断完善。而对于非通用处理单元，即便具有了某种智慧分析基础库，但对于实用性而言还有很大的距离。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

目前业界智慧视频分析主要分为基于PC的后端处理和基于嵌入式处理器的前端处理，随着嵌入式系统性能的大幅度提高，如集成的DSP核心也能达到1GHz主频，那么前端处理将不断取代后端处理而加速实时智慧化的进程。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

智能视频压缩编解碼技术在IP 摄像机平台大有发挥420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

前面我们谈智慧主要在于"智"，这里再重点谈谈"能"，即还有什么新技术可以为网络监控视频应用提供更加有效的手段。在这个方面可以不断挖掘出各种潜力，本文只是对智能视频压缩编解碼(Codec)技术进行简要介绍。如图五所述为智慧Codec对低码率影像感兴趣区效果的提高。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

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            图五 智慧Codec对低码率影像感兴趣区效果的提高420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

对于左图的原始图像，用通常的Codec在低带宽下传输将得到右上整体不够清晰的画420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

面，若采用智能Codec对低码率影像感兴趣区特别处理，则可以非常清晰看到人脸部分。而其压缩的视频格式仍适用于标准译码器。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

    这种技术在IP 摄像机平台上的应用可以有很大的发挥，首先我们在前面谈到，视频前端ISP具有人脸检测功能，那么对于检测画面中的人脸部分均可以作为感兴趣区而实施智慧Codec处理，而在较低带宽利用率的情况下，还是能够确保远程监控有效图像的清晰可靠。从另外一种应用来看，当采用智能Codec处理时，对于没有显著变化的影像可以采用较低分辨率压缩存储，只有当感兴趣区出现大的变动时再恢复到高清分辨率存储，这样可以大大降低视频影像数据的存储空间从而降低系统的成本。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba

    总之，IP摄像机在发展到以"高清智慧"为主导的阶段，新一代的SoC平台体系架构选择是决定产品开发及应用的关键，只有真正理解其实质概念和掌握其核心技术，才能在符合行业发展的主流，获得创新的先机，在市场上取得最大的成功优势。420aa1【中国自动化网社区】abf76a【http://sns.ca800.com】eba