漫談安防視頻監控系統中的視頻處理技術
來源：慧聰安防網 作者：管理員 編輯：數字音視工程 2010-10-12 00:00:00 加入收藏 咨詢
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視頻處理芯片新發展
隨著近3-4年來中國數字視頻監控市場每年都以超過30%的比例增長和其他領域的增長，視頻處理芯片市場也隨之得到了增長，安防監控行業的需求逐漸明確，芯片廠家開始關注并主動去推廣視頻監控這個潛力巨大的市場。視頻監控成為工業自動化、消費電子、電話機等領域之外芯片廠商一個新的利潤角逐場。視頻監控產業的發展吸引了越來越多的芯片廠商加入。監控行業必將成為視頻處理芯片的重要應用領域。
2004年，美國SPI公司特別針對視頻監控應用而成立，并于2006年開始在中國市場上推廣。談到SPI為何專門瞄準視頻監控領域，邁吉倫(美國SPI中國總代理)科技股份有限公司項目經理黃石華認為，相對于機頂盒、電話機等領域，安防市場的應用趨于成熟，需求比較很明顯。只要產品表現好，就一定能搶占到市場。目前美國SPI公司正借助中國代理商的力量，從一些中小型客戶著手，悉心培養自己的客戶。據NXP亞太區高級系統營銷總監陳石明透露，目前在芯片市場，至少有25家廠商在競爭?？梢灶A見，隨著搶食者的增多，未來競爭將更加激烈。
繼1999年，飛利浦PNX1300芯片在中國推廣并得到應用之后，2003年，TI推出通用數字媒體處理器TMS320DM642，正式進軍中國數字視頻監控領域。2004年左右，海思作為全球率先推出H.264soc監控專用芯片的半導體公司，在經歷了三年多的調研和研發之后，進入到大家的視野之中。幾乎在同一時間，臺灣升邁科技母公司(智原)開始整合ARMcore，兼容FA526CPU和MPEG4/MJPEGcodec及多項外圍IP，造就為數字監控量身打造的視頻編解碼芯片SoC。
隨著電信運營商加大對安防監控市場的持續投入，網絡監控在2007年開始發酵，臺灣升邁科技產品市場企劃處部長賴榮興則預測，未來DVS、IPcamera、NVR等網絡監控設備的成長率將會倍增，從而將更加吸引芯片廠商加大對視頻安防市場的投入。
雙編碼技術與距陣
回顧一下，數字硬盤錄像機(DVR)的發展已經有很多年了，總的來說發展很快，各種新技術、新產品、新概念層出不窮，但錄像清晰度、錄像成本始終是監控系統中關注的二大重要因素。錄像清晰度與圖像質量、分辨率、碼率、幀結構等視頻編碼參數有很大的關系，錄像成本與壓縮效率有很大關系，要取得高的圖像質量，那么勢必增加錄像成本，反之，要降低錄像成本，那么勢必影響圖像質量。具體應用中，如何做到兼顧這2個因素呢?為此，?？低?/a>提出并實現了“動態調整編碼參數”技術。
“動態調整編碼參數”就是在不啟停錄像(不切換錄像文件)的情況下，對編碼參數進行調整，同時生效。在具體的應用中，對于靜止或一般的監控場景，調整相應編碼參數，使錄像保持在很低的碼率，而在圖像發生變化，或產生報警時，可以調整相應編碼參數，實現高質量的錄像，可以動態修改的參數包括：分辨率、錄像質量、碼率控制、幀率控制以及幀結構。由于上述參數可以動態修改，因此可以保持圖像的連續、無需頻繁的切換文件，即滿足了在關鍵時刻對高圖像質量的要求，又節省了硬盤空間。
聯網監控是在銀行系統完成數字化改造以后的又一重要需求，特別是對于無人值守的離行式ATM機來說，聯網監控是高效運維的重要手段，監控中心不僅可以實時了解DVR的在線狀況，也可以實時查看有警情的現場圖像，一定程度上改變了單純通過錄像復合，進行事后處理的現狀。
對于金融行業來說，錄像的清晰度要得到保證，這樣的話視頻數據較大，而網絡資源是有限的，所以網絡帶寬成了傳輸視頻數據的瓶頸。為解決這個問題，?？低曁岢霾崿F了雙編碼技術。
輸出碼流的圖像質量、分辨率、幀率、碼率等視頻參數都可以獨立設置。這樣生成的兩個碼流就可以滿足不同的應用需求，比如主碼流用于錄像，子碼流用于網絡傳輸。隨著視頻監控應用領域的拓展，編碼技術的發展，多編碼技術的實現將成為可能，這樣多個碼流可滿足不同傳輸信道、不同應用的需求，如通過千兆網、VPN專網、ADSL、無線網絡等傳輸信道，以及重要用戶、一般用戶等可以傳輸不同碼率、不同圖像質量的視頻數據。
對于傳統的CCTV監控中心來說，矩陣是一個很重要的設備，它主要完成視頻切換、PTZ控制等功能，同時還可對切換規則進行編程設置，視頻切換的路數取決于矩陣主機背板的切換能力，切換是通過電路來實現的。?？低曖槍底直O控提出并實現了數字矩陣，并在兩個平臺上實現。
對于單臺的DVR來說，實際上就是一個基于數據總線的視頻切換矩陣。對于PC式DVR，輸入的視頻路數是視音頻壓縮卡的路數，一路視頻可切換輸出到顯卡，通過增加解碼卡，也可以將多路視頻切換到解碼輸出通道(輸出路數的多少取決于解碼卡的多少)。總共能夠切換的路數主要取決于總線的帶寬。另外，通過PC平臺可以非常容易地設置切換規則、進行PTZ控制。對于嵌入式DVR，輸入的視頻路數就是DVR的視頻輸入路數，輸出路數一般至少有一路，有的DVR輸出兩路、四路等，同樣通過DVR可以設置切換規則、可以進行PTZ控制。
對于一個基于IP網絡的監控系統來說，前端視頻的輸入、IP網絡設備、后端的解碼設備以及控制設備共同組成基于IP交換的數字矩陣。
視頻輸入的路數取決于控制端能訪問的前端視頻編碼的路數，視頻輸出的路數取決于解碼服務器的數量，以及各服務器解碼輸出通道的路數，同時也取決于IP網絡的帶寬。切換規則由控制臺設置完成，控制臺同時可以方便地進行PTZ控制。
數字矩陣相對于傳統的模擬矩陣，在切換規則的設置，切換界面的友好性，以及切換畫面的處理方面，具有較強的靈活性，同時，切換路數的擴展性方面也更加方便，成本更低。如對于切換畫面的處理方面，無需畫面分割器，在DSP平臺上就可以實現畫面分割線是，以窗口為單位進行視頻輸出?？傊?，數字矩陣更加具有發展潛力。
高清視頻編解碼
經過近10年的發展，芯片的編碼能力有了很大的提升。之前要實現1080i的圖像質量需要用10顆芯片編碼，現在只要兩、三顆就可以了。結合市場需求來看，追求更好的圖像品質是用戶非常合理且永恒的要求。而隨著智能化監控時代的來臨，為了滿足監控系統對視頻圖像的分析處理要求，如車牌識別、人臉識別等，則對圖像質量提出了更高的要求，例如高清格式。這對芯片的編解碼能力提出了更大的挑戰。
“對于我們前端芯片廠商來說，最首要的是要提高視頻圖像的清晰度，原來我們的產品分辨率只能做到400線左右，TW2864通過采用10位ADC和增強型4H自適應梳狀濾波器，使圖像清晰度高達450線以上，且能獲得更佳的圖像質量、豐富色彩品質已經圖像敏銳度。”TECHWELL程黎明介紹說。
另外一方面，壓縮算法的不斷升級也改變著圖像的畫質。隨著市場上主流的壓縮格式向H.264，甚至更為高級的算法格式發展，不斷地提高壓縮比、并進行算法優化成為芯片廠商的追求。“就運算量而言，MPEG-4比JPEG復雜4倍，H.264又較MPEG4復雜3倍以上，除了decoder的兼容性和encoder的壓縮質量的基本要求，高速的系統架構、內存頻寬、高效率的DMA控制器，甚至多核的平行處理都是SoC效能是否優秀的關鍵。”
從當前市場上主流的芯片廠商所推出的產品來看，大多有支持高清格式的產品，例如，ADI的ADV202、212產品可以支持高清格式。TI的DM355即可支持720p下的MPEG4實時編碼，碼率為4Mbp至8Mbps，可以作為高清網絡攝像機或高清視頻服務器的核心處理器。據了解，TI可支持720p下的H.264實時編碼芯片也即將推出。高清編碼芯片的誕生，將可以使視頻監控產品在更低的碼流下獲得更高的圖像畫質。
近幾年來，中國的安防監控市場發展迅猛，受到了世界的矚目。DVR產品作為國內監控行業的主流產品已經引領風騷5、6年了。在數字監控技術引導下，國內監控市場出現暴發性的增長，單就DVR而言每年增長幅度超過40%，隨著市場往縱深化方向發展，數字監控產品的網絡化、智能化，平臺化趨勢也日益明顯。
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