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隨著寬帶有線和無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的完善以及全球安防市場需求的增長，視頻監(jiān)控的應(yīng)用正呈爆發(fā)性的增長態(tài)勢。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢非常明顯，在經(jīng)歷了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化之后，下一個重要的趨勢就是智能化，即智能監(jiān)控和視頻分析技術(shù)的應(yīng)用，從而實現(xiàn)智能視頻監(jiān)控。
傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控由人工進(jìn)行視頻監(jiān)測發(fā)現(xiàn)安全隱患或異常狀態(tài)，或者用于事后分析，這種應(yīng)用具有其固有的缺點，難以實現(xiàn)實時的安全監(jiān)控和檢測管理。帶有智能分析功能的監(jiān)控系統(tǒng)可以通過區(qū)分監(jiān)控對象的外形、動作等特征，做到主動收集、分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)條件執(zhí)行報警、記錄、分析等動作。智能監(jiān)控系統(tǒng)可以運行于服務(wù)器，也可以運行在基于DSP的嵌入式系統(tǒng)上，而后者已逐漸成為主流。
智能視頻的應(yīng)用大體上可以分安防、人體行為檢測和智能交通三方面的應(yīng)用。其中安防應(yīng)用是被廣泛認(rèn)為是最具潛力的市場，它包括以下幾個應(yīng)用類別：入侵檢測，可以自動檢測出視頻畫面中的運動行為特征；物品移除檢測，可以自動檢測物品搬移事件——當(dāng)防區(qū)內(nèi)某特定位置的物品被拿走或搬走時發(fā)出報警；遺留物檢測，可以對遺棄物進(jìn)行自動檢測——當(dāng)物品在某個防區(qū)內(nèi)被放置或遺棄的時候自動報警；智能跟蹤，可以使攝像機(jī)對自身的云臺和變焦鏡頭進(jìn)行自主PTZ驅(qū)動。人體行為檢測應(yīng)用包括脫崗檢測（可以實現(xiàn)自動檢測崗哨人員就位情況）、徘徊檢測（對重要區(qū)域人體徘徊檢測）。智能交通應(yīng)用包括：對非法停留的交通工具進(jìn)行檢測，當(dāng)交通工具在防區(qū)內(nèi)非法停留時發(fā)出報警；車輛逆行檢測，及時辨別逆行車輛。
隨著準(zhǔn)確率和可靠性逐步提高及產(chǎn)品成本的下降，智能視頻在越來越多的場合得到了應(yīng)用，它能夠替代部分安防設(shè)備，降低安保人員的工作強度，提高工作效率，減少管理成本。事實上，智能視頻的應(yīng)用具有非常巨大的潛力。隨著技術(shù)日趨成熟，智能視頻技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)展，這些應(yīng)用主要包括上述的安防、交通以及零售、服務(wù)等行業(yè)，如人數(shù)統(tǒng)計、人臉識別、人群控制、注意力控制和交通流量控制等。
實時視頻監(jiān)測的需求正在快速增長，特別是隨著實時安全監(jiān)控應(yīng)用的需求增加，實時發(fā)現(xiàn)安全隱患或目標(biāo)異常行為的功能已經(jīng)具有越來越重要的現(xiàn)實意義，智能視頻監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品在這種日益增長的需求帶動下，正在成為視頻監(jiān)控應(yīng)用的新熱點。特別是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，例如以Blackfin匯聚式處理器為代表的先進(jìn)嵌入式解決平臺方案的推出，具有極高性價比和極高實用性的智能視頻分析設(shè)備不斷推出，并在一些關(guān)鍵應(yīng)用中發(fā)揮極為重要的作用。
圖1：傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控應(yīng)用示意圖
智能視頻監(jiān)控設(shè)計攻略
硬件平臺方案的選擇往往決定了系統(tǒng)的整體方案成本、性能、開發(fā)工具和方法的可用性，以及方案未來持續(xù)升級的可行性等，因此方案平臺選型至關(guān)重要。智能視頻應(yīng)用自身的獨特性要求在硬件平臺的選擇上進(jìn)行綜合權(quán)衡。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能分析要求，以及大規(guī)模工程安裝對成本、體積和功耗的限制，非標(biāo)準(zhǔn)化的智能視頻分析方法和幾乎定制化的方案優(yōu)化方式，使得結(jié)合了MCU和DSP優(yōu)勢、具有軟件設(shè)計靈活性和強大處理能力的匯聚式處理器方案平臺體現(xiàn)出更加明顯的優(yōu)勢。本文結(jié)合ADI、華為、聯(lián)想等智能視頻監(jiān)控解決方案為你解惑。
平安城市高清智能視頻監(jiān)控解決方案
1.1 系統(tǒng)概述
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)建設(shè)速度加快，導(dǎo)致城市中人口密集、流動 人口增加，引發(fā)了城市建設(shè)中的交通、社會治安、重點區(qū)域防范等諸多城市管理問題，而公安警力增加遠(yuǎn)不能滿足實際需求的速度。為了打擊各種各樣的經(jīng)濟(jì)刑事犯 罪，保護(hù)國家和人民群眾的生命財產(chǎn)安全，保證各行各業(yè)和社會各部門的正常運轉(zhuǎn)，采用高科技手段預(yù)防和制止各種犯罪成為安全防范的發(fā)展方向，視頻監(jiān)控作為一 個重要的技術(shù)防范手段得到越來越廣泛的應(yīng)用。
平安城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是應(yīng)用視頻處理技術(shù)、傳輸技術(shù)，對大型聚集場所、治安復(fù)雜區(qū)域、 重要單位等部位的治安動態(tài)情況進(jìn)行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)違法犯罪活動、利用監(jiān)控錄像資料查證犯罪線索、實時掌握大型活動和群體性突發(fā)事件現(xiàn)場動態(tài)，實現(xiàn)監(jiān)控 圖像信息和其它信息的綜合應(yīng)用，為提高公安機(jī)關(guān)駕馭社會治安局勢服務(wù)。最終使城市區(qū)域社會治安的突出問題得到基本解決，治安環(huán)境明顯改善，人民群眾的安全 感不斷增強。
1.2 系統(tǒng)組成
平安城市高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要涉及到 音視頻的采集、傳輸、存儲、管理、共享等環(huán)節(jié)。整個解決方案可分為前端監(jiān)控資源采集、監(jiān)控資源接入、聯(lián)網(wǎng)集中管理平臺、圖像資源存儲以及圖像資源共享平臺 建設(shè)等部分。前端視頻采集主要包括：道路卡口、紅路燈路口、賓館酒店、娛樂場所、網(wǎng)吧、城市街道、派出所滯留室、其他公共區(qū)域等，在這些重點區(qū)域安裝百萬 高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實施高清晰的現(xiàn)場監(jiān)控、抓拍、智能分析；使相關(guān)管理部門充分把握現(xiàn)場的詳細(xì)情況，提供高質(zhì)量的畫面給監(jiān)控人員或者是后端智能分析系統(tǒng)，在完 成傳統(tǒng)事后分析功能的同時逐步實現(xiàn)事前預(yù)警提示。每個區(qū)域構(gòu)建前端高清監(jiān)控子系統(tǒng)，完成對每個區(qū)域的詳細(xì)記錄、監(jiān)控，同時通過視頻光纖專網(wǎng)將各個子系統(tǒng)統(tǒng) 一并入專網(wǎng)實現(xiàn)大規(guī)模集中城市高清視頻監(jiān)控，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度，資源共享，提升相關(guān)執(zhí)法部門的工作效率。指揮中心在視頻監(jiān)控的同時，可同時對多個前端喊話（廣 播），對求助人員可提供語音幫助，對不法分子的犯罪行為可起到威懾作用，實現(xiàn)可見即可控，為城市的和諧繁榮構(gòu)筑一道高清視頻安全監(jiān)控網(wǎng)。
系統(tǒng)架構(gòu)圖
系統(tǒng)多級互聯(lián)拓?fù)鋱D
1.2.1 社會治安監(jiān)控
在政府機(jī)構(gòu)門口、金融、行政機(jī)構(gòu)門口、人口分布稠密處、交通要道、復(fù)雜環(huán)境場所（廣場、影劇院、娛樂場所、車站、賓館飯店、公園等）、城區(qū)道路等位置進(jìn) 行監(jiān)控，定點路口采用高清攝像槍進(jìn)行監(jiān)控，動點采用高清網(wǎng)絡(luò)球機(jī)實施大范圍的監(jiān)視，使治安監(jiān)控人員更及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)并跟蹤警情，提高響應(yīng)速度。
傳輸網(wǎng)絡(luò)采用“有線為主，無線輔助”的建設(shè)模式，著重于成本控制和接入質(zhì)量，以點對點、可網(wǎng)管接入模式為主的思路。有線方式采用自建光纖接入或租用專線接入；無線接入采用3G或WIFI。
監(jiān)控中心由管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲服務(wù)器、智能分析服務(wù)器、客戶端、高清解碼矩陣、大屏幕電視墻等組成，能在統(tǒng)一操作平臺、統(tǒng)一界面下實現(xiàn)對多路監(jiān)控前端的監(jiān)視和控制功能。
1.2.2 網(wǎng)絡(luò)廣播
在治安復(fù)雜區(qū)域、重要路口、廣場、社區(qū)等治安監(jiān)控場所，在安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行視頻監(jiān)控基礎(chǔ)上，安裝拾音器、IP網(wǎng)絡(luò)廣播、號角等音頻設(shè)備，以及緊急求助 按鈕、報警探頭，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣播終端通過監(jiān)控專網(wǎng)將上述信號傳輸至公安局指揮中心，在指揮中心配置網(wǎng)絡(luò)麥克風(fēng)和音箱，就可以實現(xiàn)音視頻報警聯(lián)動功能，即指揮中 心在視頻監(jiān)控的同時，可以同時對單個或多個前端喊話（廣播），對求助人員可提供語音幫助，對不法分子的犯罪行為可起到威懾作用，以降低犯罪率。
1.2.3 高清卡口
通過在省際、城際、城區(qū)主干道、主要交通要道、主要出入口等安裝高清治安卡口系統(tǒng)，對經(jīng)過的所有車輛進(jìn)行抓拍，獲得車輛圖像，并自動實時地識別車牌字 符，記錄下車輛經(jīng)過的時間、地點、車牌號、行駛方向等數(shù)據(jù)，并全部匯入網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)，傳輸至中心管理平臺。平臺可實時將前端上傳的圖片與黑名單庫比對， 發(fā)現(xiàn)布控車輛后通過軟件界面、聲音、短信等方式報警；系統(tǒng)可按車牌、地點、車道、時間等信息，進(jìn)行單條件查詢、組合查詢和模糊查詢等；系統(tǒng)可按日、周、 月、年等時間段，統(tǒng)計不同點位、不同設(shè)備的車輛信息，并以報表、曲線圖、柱狀圖等各種直觀的方式顯示出來。
1.2.4 高清電子警察
采用140/200/500萬CCD高清一體化攝像機(jī)為采集主體，單臺攝像機(jī)覆蓋單向1~3車道；同步支持閃光燈和LED頻閃燈進(jìn)行夜間補光。系統(tǒng)可以 通過對視頻的智能分析判斷車輛直行闖紅燈、右/左轉(zhuǎn)、逆向行駛、壓線、跨線、違反禁止線等違法行為，能自動檢測抓拍到機(jī)動車違反交通安全法行為的連續(xù)三張 違章圖片，違章照片能清晰地反映“紅燈、停車線、車型、車牌、時間、地點”等違法車輛的基本情況。系統(tǒng)做到人、路、車三者的有機(jī)結(jié)合，充分應(yīng)用闖紅燈記錄 系統(tǒng)使交通監(jiān)控真正實現(xiàn)“智能化”，極大地提高交通管理的效率，確保交通安全。
1.2.5 社會資源接入
為了加大重要治安復(fù)雜場所的監(jiān)控力度、加強重點治安單位和公安部機(jī)關(guān)內(nèi)部單位的管理力度，提高公安機(jī)關(guān)發(fā)現(xiàn)、控制、制止、打擊各類違法犯罪行為的能力， 提升全市社會治安整體防范水平，需要對大量的社會面資源監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合，實現(xiàn)統(tǒng)一管理、資源共享。社會資源監(jiān)控包括：重要交通路口，路段；首腦機(jī) 關(guān)，要害部位，公共復(fù)雜、人員集聚場所；網(wǎng)吧，娛樂場所；賓館、酒店；民爆物品儲存、使用單位；內(nèi)保單位；居民小區(qū)；公安基層單位；公安監(jiān)所；特種車輛 GPS監(jiān)控。
1.3 系統(tǒng)特點
架構(gòu)先進(jìn)：采用分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)分布式部署、集散式控制，充分整合現(xiàn)有的監(jiān)控資源和各個分立系統(tǒng)
高清監(jiān)控：采用百萬像素攝像機(jī)進(jìn)行高清監(jiān)控，圖像畫質(zhì)清晰逼真，分辨率達(dá)1080P、720P，支持實時雙碼流，遠(yuǎn)程瀏覽與本地存儲互不影響
流媒體轉(zhuǎn)發(fā)：具備流媒體功能，可以響應(yīng)用戶對現(xiàn)場實時視頻和錄像文件的點播，并對視頻流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，使網(wǎng)絡(luò)帶寬資源得到最有效的利用
報警聯(lián)動：前端布置的紅外探頭、緊急按鈕發(fā)生報警時，本地警號報警并實時錄像，聯(lián)動管理中心平臺，在電視墻顯示報警聯(lián)動圖像，同時在管理平臺上彈出電子地圖
可見即可控：發(fā)現(xiàn)有可疑對象或緊急情況時，監(jiān)控中心能即時對監(jiān)控點進(jìn)行遠(yuǎn)程語音喊話和指揮，對行人群疏導(dǎo)或指揮現(xiàn)場處理工作，也可對可疑對象進(jìn)行語音震懾，制止犯罪。
智能分析：采用智能分析技術(shù)，能對人員行為進(jìn)行識別、跟蹤，對人臉進(jìn)行抓拍
1.4 系統(tǒng)功能
實時監(jiān)控功能：對社會治安、交通管理監(jiān)控點實時視頻圖像進(jìn)行動態(tài)觀察，結(jié)合GIS電子地圖應(yīng)用，直接在電子地圖上標(biāo)注監(jiān)控攝像機(jī)的實際地理位置，實現(xiàn)監(jiān)控圖像與GIS電子地圖聯(lián)動，便于各級領(lǐng)導(dǎo)查看指導(dǎo)。
可見即可控功能：通過網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)平時可以實現(xiàn)背景音樂功能，當(dāng)報警發(fā)生時能通過預(yù)設(shè)方式自動觸發(fā)圖像復(fù)核或聲音復(fù)核設(shè)備進(jìn)行報警復(fù)核，值班人員可通過強切操作對前端進(jìn)行喊話或進(jìn)行雙向語音對講。
刑偵輔助功能：有效震懾各種違法犯罪活動，為案件提供偵查線索、高清錄像。
智能交通功能：實現(xiàn)車輛多級布控，車牌智能分析識別，違章信息處理，流量分析，分類查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計，報表輸出等功能。
統(tǒng)一調(diào)度功能：實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備和用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理、身份認(rèn)證、權(quán)限分配、配置下發(fā)等功能。
網(wǎng)管系統(tǒng)功能：對社會治安、交通管理監(jiān)控點前端設(shè)備運行情況進(jìn)行巡檢，溫度過高或過低告警、圖像丟失告警、設(shè)備斷電告警、設(shè)備斷網(wǎng)告警，便于系統(tǒng)故障排查。
智能化監(jiān)控功能：對重點區(qū)域輔以智能分析功能，做到事前預(yù)警。系統(tǒng)具有跨線檢測、進(jìn)入?yún)^(qū)域檢測、非法停車檢測、物品遺留檢測、徘徊檢測、人員聚集檢測、打架斗毆檢測等功能。
欲了解更多視頻監(jiān)控相關(guān)解決方案與電路圖設(shè)計，可關(guān)注電子發(fā)燒友榮譽出品的Designs of week欄目：
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華為智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計解決方案
1.中小型視頻監(jiān)控概述
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長、社會的迅速進(jìn)步，校園、工廠園區(qū)、中小企業(yè)、樓宇等領(lǐng)域?qū)Π踩婪逗同F(xiàn)場記錄報警系統(tǒng)的需求與日俱增，視頻監(jiān)控在工作、生活各方面得到了非常廣泛的應(yīng)用。而傳統(tǒng)的中小型規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在著較大的局限性：
模擬化：設(shè)備投資大、施工布線難度高、傳輸距離受限且不易擴(kuò)容。 清晰度低：由于信號衰減和被干擾，監(jiān)控圖像較模糊。
存儲消耗大：模擬視頻未經(jīng)壓縮或者壓縮比較低，存儲消耗很大。 性能低：分發(fā)性能、錄像性能低，需要配置較多的服務(wù)器和存儲設(shè)備。
可靠性低：系統(tǒng)關(guān)鍵部件缺乏可靠性設(shè)計，系統(tǒng)容易故障。
華為依托對IP化、網(wǎng)絡(luò)、存儲等技術(shù)的深刻理解，同時也積極理解各中小型企業(yè)客戶的需求，致力于提供高清晰、高可靠、高性能、可管理的中小型視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
2.華為SmartNVR智能視頻監(jiān)控平臺
華為針對傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)局限性，推出以數(shù)字視頻編碼壓縮技術(shù)為核心，以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字存儲為承載，以實時監(jiān)控、錄像、錄像回放、監(jiān)控中心、電視墻為主要 業(yè)務(wù)，集報警探測、報警聯(lián)動、報警防范、智能分析于一體的新一代數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)SmartNVR系列。
All In One Solution
華為SmartNVR提供一體化設(shè)計理念，SmartNVR 100采用純軟件化設(shè)計，SmartNVR 3000將平臺軟件與存儲設(shè)備集成，形成All In One的解決方案，幫助客戶實現(xiàn)快速安裝、快速部署，同時提供簡單便捷的使用和維護(hù)方式。
統(tǒng)一的管理能力
完善的管理模式。 y 提供自動部署、遠(yuǎn)程維護(hù)、統(tǒng)計報表、告警管理等功能，真正做到“安裝簡單、部署簡單、使用簡單、維護(hù)簡單”。全面的硬件監(jiān)控功能。 y 專用的管理模塊提供對服務(wù)器的硬件智能監(jiān)控功能，符合 IPMI2.0 標(biāo)準(zhǔn)。支持 CPU、內(nèi)存等熱關(guān)鍵器件及整機(jī)環(huán)境溫度實時監(jiān)控，支持風(fēng)扇轉(zhuǎn)速實時監(jiān)控。
高效可靠的存儲（SmartNVR 3000）
支持RAID5功能，保證磁盤高利用率的同時，提供高可靠的存儲環(huán)境。提供 10個可熱插拔的、容量為2TB的3.5” SATA 錄像存儲硬盤。使用RAID5創(chuàng)建磁盤陣列后，系統(tǒng)可提供的存儲容量高達(dá) 16TB，可滿足100路D1分辨率（2Mbps）的攝像機(jī)存儲7天的需求。
智能業(yè)務(wù)集成（SmartNVR 3000）
智能分析系統(tǒng)是采用視頻處理和行為識別等先進(jìn)的技術(shù)，對視頻信號進(jìn)行自動分析和監(jiān)測，降低使用成本，提升監(jiān)控效率和準(zhǔn)確性。華為智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供統(tǒng) 一的接口，方便集成各種智能分析模塊，如入侵檢測、絆線檢測、遺留檢測、移走檢測、路徑檢測、突然出現(xiàn)檢測、突然加速檢測等。
節(jié)能環(huán)保，降低TCO（SmartNVR 3000）
支持降頻功能，在處理器低負(fù)載下主動降低工作頻率來降低計算能耗
采用優(yōu)化的散熱設(shè)計，根據(jù)熱關(guān)鍵器件溫度綜合調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，節(jié)能的同時降低了噪音并提高風(fēng)扇的可靠性
支持實時系統(tǒng)功耗監(jiān)測，系統(tǒng)實施綜合節(jié)能策略，每年為用戶節(jié)省數(shù)以萬計的能源成本
3.典型組網(wǎng)
4.典型應(yīng)用場景
校園監(jiān)控應(yīng)用需求：
規(guī)模：十幾～幾十路等；
價格比較敏感，要求高性價比
重點監(jiān)控區(qū)域為大門口、圍墻、教室、走道等
需要與報警、紅外對射以及揚聲器等功能聯(lián)動
典型組網(wǎng)：
樓宇監(jiān)控應(yīng)用需求：
規(guī)模：幾十～一百路；
重點監(jiān)控區(qū)域為各出入口、電梯、走道、地下車庫等
需要與紅外報警、煙感報警、門禁以及揚聲器等系統(tǒng)聯(lián)動
典型組網(wǎng)：
小區(qū)監(jiān)控應(yīng)用需求：
規(guī)模：十幾～幾十路等；
重點監(jiān)控區(qū)域為道路、圍墻、花園、車庫、門口、電梯等重點防護(hù)區(qū)域；
若用戶希望在家里安裝視頻監(jiān)控，可通過VPN專網(wǎng)方式，通過嚴(yán)密的權(quán)限控制，實現(xiàn)特定用戶的遠(yuǎn)程瀏覽。
典型組網(wǎng)：
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工廠監(jiān)控應(yīng)用需求：
規(guī)模：十幾～幾十路等；
重點監(jiān)控區(qū)域為廠區(qū)、車間、圍墻、花園、車庫、門口、電梯等重點防護(hù)區(qū)域；
需要與煙感報警、紅外對射、門禁以及揚聲器等功能聯(lián)動；
典型組網(wǎng)：
Lenovo家庭無線視頻監(jiān)控解決方案
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們的收入的不斷提高， 對居住房子的舒適性要求也提升到了更高的檔次， 但是這類高尚豪華的住宅社區(qū)， 確也成為了盜竊、 搶劫等犯罪分子下手的目標(biāo)。通過無線視頻監(jiān)控---“看家寶”可以幫你做好安全防盜工作，解決安防難題，有效打擊入室犯罪，保護(hù)業(yè)主房內(nèi)的人身及財物更有 力的安全保障。
人們生活節(jié)奏的提高， 照顧家庭的時間越來越少。 無線視頻監(jiān)控--- “看家寶”能幫你隨時隨地的關(guān)注家里的老人、 小孩、 行動不方便的人士情況， 對一些緊急和突發(fā)的情況做出最快的處理。
家居無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)----看家寶， 是對遠(yuǎn)程目標(biāo)和受監(jiān)測點進(jìn)行監(jiān)控管理體系中的一個重要組成部分， 是一種高科技智能型的綜合系統(tǒng)。 它可以通過攝像機(jī)或其輔助設(shè)備 （鏡頭、 云臺等） 直接觀看被監(jiān)控場地的一切情況，解決了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)布線而又必須遠(yuǎn)程監(jiān)控。 本系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在： 家居安全， 防盜， 智能家居等方面。當(dāng)有人入室盜竊或發(fā)生火災(zāi)等情況系統(tǒng)可以把實時的現(xiàn)場視頻傳輸至你的電腦。 錄像以便有關(guān)部門更快的破案，也可以成為犯罪分子定案的證據(jù)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
系統(tǒng)由四個部分組成：
1. 現(xiàn)場視頻采集端（看家寶）
2. 視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）
3. 視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器
4. 遠(yuǎn)程電腦端。
采集端：
前端監(jiān)控設(shè)備按照室內(nèi)、室外的不同環(huán)境可以選擇不同的設(shè)備：在室內(nèi)，可以直接采用 W610、 W611、 W612 室內(nèi)型 wifi 技術(shù)監(jiān)控產(chǎn)品---看家寶， 也可選擇 G610 室內(nèi)型 3G 監(jiān)控技術(shù)產(chǎn)品---千里眼。 看家寶千里眼的鏡頭可以選擇 （鏡頭的作用主要是
清晰度， 范圍） 連入的形式是無線的， 看家寶可以固定按照在墻上也可以擺放在柜子上，隨時可以換位。室外型的可以選擇室外防水型的產(chǎn)品，也可以選擇太陽能供電的W510 型 wifi 監(jiān)控產(chǎn)品+室外型攝像機(jī)。
視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)：
傳輸采用無線和有線的方式都可以實行，有線方式是：家里有線方式接入互聯(lián)網(wǎng)（如：ADSL/以太網(wǎng)/專線等）監(jiān)控產(chǎn)品通過路由器無線的 wifi 信號接入互聯(lián)網(wǎng)，這樣充分的利用互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)方便的特性。3G 無線方式是通過中國聯(lián)通、中國網(wǎng)通、中國移動的 3G 網(wǎng)絡(luò)實施。
視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器：
VM100 視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器是新一代的網(wǎng)絡(luò)視頻集成化監(jiān)控中心平臺， 是一個集成 WEB服務(wù)、 管理、 和認(rèn)證、 數(shù)據(jù)庫、 存儲、 轉(zhuǎn)發(fā)、 回放等六大功能模塊我一體的監(jiān)控平臺。
監(jiān)控端：
用戶可以在世界任何地方任何世界只要能上互聯(lián)網(wǎng)的電腦就以隨時關(guān)注到你的家，你所牽掛的地方。
應(yīng)用領(lǐng)域:
應(yīng)用于各種環(huán)境 wifi 超遠(yuǎn)距離傳輸，包括：
家庭居家無線視頻監(jiān)控
賓館無線視頻監(jiān)控
工廠廠房無線視頻監(jiān)控
醫(yī)院無線視頻監(jiān)控
公司辦公樓無線視頻監(jiān)控
公共場所無線視頻監(jiān)控
車間、倉庫、財務(wù)室無線視頻監(jiān)控
商鋪無線視頻監(jiān)控
基于Blackfin的智能IP Camera系統(tǒng)設(shè)計
1.背景及概述
近年來，隨著嵌入式應(yīng)用越來越復(fù)雜，應(yīng)用場合越來越多，特別是多 媒體功能在各個領(lǐng)域飛速發(fā)展，高性能計算變得無處不在，從消費電子，網(wǎng)絡(luò)通訊到工業(yè)控制和監(jiān)控，大多數(shù)應(yīng)用都需要更高的數(shù)字信號處理能力。出于成本和設(shè)計 難度的考慮，人們傾向于使用單顆芯片完成所有的工作，傳統(tǒng)的DSP處理器和MCU處理器開始以多種形式進(jìn)行融合：
1.傳統(tǒng)的MCU+DSP合作方案被集成到一顆芯片封裝內(nèi)；或者進(jìn)一步實現(xiàn)為真正的異構(gòu)多核，可以共享部分甚至全部外部設(shè)備。
2.以SoC的形式為MCU加上基于固定硬件IP模塊的數(shù)據(jù)處理能力，如一些編解碼器。針對一些固定標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。
3.隨著高端嵌入式處理器頻率突破500MHz并正在挺進(jìn)1GHz，MCU和DSP平臺開始真正的融合， DSP處理器的外設(shè)接口數(shù)量和控制能力逐步提高，而MCU的帶寬和計算能力特別是軟件多媒體處理能力也越來越強，兩者之間不再有質(zhì)的區(qū)別。
以上三種融合的形式，實際上互相之間都有借鑒和交叉，從這里開始的未來發(fā)展，DSP和MCU之間，多核處理器的核與核之間，都不再有真正的界限。對于任 何應(yīng)用，對應(yīng)的處理器都是靈活的軟件計算能力、高效的硬件IP模塊和相應(yīng)外設(shè)的結(jié)合體，即所謂的“Convergent Platform”（會聚平臺）。
這樣的處理器平臺，對于嵌入式軟件開發(fā)者提出了更新更高的要求，高級語言編譯器要能夠最大程度的利用 硬件細(xì)節(jié)來優(yōu)化編譯性能，減少手工優(yōu)化的工作量，保持軟件的通用性；DSP算法開發(fā)人員不僅僅要了解硬件平臺，也要考慮到軟件平臺的架構(gòu)對算法實現(xiàn)和優(yōu)化 的影響，例如分離硬件相關(guān)部分和無關(guān)部分以適應(yīng)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；而軟件平臺開發(fā)人員也要考慮處理器的細(xì)節(jié)以便進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，例如為多核或DMA通道的并行 處理抽象出系統(tǒng)接口。硬件設(shè)計者，算法設(shè)計者，系統(tǒng)軟件設(shè)計者之間的界限也在消失，復(fù)合型的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者和團(tuán)隊才能最適應(yīng)底層硬件平臺的變化。
在這個DSP/MCU/硬件IP模塊三者融合的大趨勢中，ADI公司的Blackfin系列處理器就是一個代表產(chǎn)品。從最早的BF53x系列，到目前的 增加了圖像處理單元的BF54x系列和低功耗BF52x系列，以及雙核的BF561，都是以同樣的內(nèi)核配置多樣化的帶寬和外設(shè)，針對不同的應(yīng)用和市場。在 這樣的處理器上選擇和設(shè)計軟件，需要考慮的因素有很多：
1.如何保持對處理器DSP特性硬件細(xì)節(jié)的最大效率使用，以達(dá)到最優(yōu)算法性能和并行性。
2.如何最大程度地保持軟件通用性，避免過多的硬件相關(guān)代碼和匯編代碼。
3.如何降低軟件平臺開發(fā)成本，是否適合采用開源操作系統(tǒng)或模塊。
4.系統(tǒng)是否需要實時性能，采用的軟件平臺是否提供這樣的實時性保證。
這些因素有時候是互相矛盾的，需要考慮具體應(yīng)用的特點和自身的資源，來做一個折衷的最優(yōu)化設(shè)計。
ADI公司為Blackfin的軟件平臺做了很多的努力，提供多樣化的軟件生態(tài)環(huán)境。Blackfin支持 uClinux，VDK，uC/OSII，Nucleus等等多種OS/RTOS，基于VDSP開發(fā)工具提供多種免費的音視頻codec，硬件抽象函數(shù)庫 及驅(qū)動。在這個基于BF53x的智能監(jiān)控系統(tǒng)中，我們希望最大程度地發(fā)揮芯片處理能力，達(dá)到最好的編碼和智能算法能力，所以選擇了一種RTOS – uC/OSII及其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧作為操作系統(tǒng)平臺。在小型的RTOS中，一般不區(qū)分用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)，訪問系統(tǒng)硬件資源的開銷小，中斷和任務(wù)切換時間有實時保 證，對內(nèi)存的使用和分配也比較自由，這些特點決定了在RTOS下更容易發(fā)揮Blackfin作為DSP處理器的性能，并能直接使用ADI提供的高性能 H264編碼庫；但缺點是對比Linux這樣開源資源比較豐富的操作系統(tǒng)，RTOS缺少某些現(xiàn)成的應(yīng)用程序比如HTTP Server，需要更多的開發(fā)投入或第三方資源。
2.Blackfin IP Camera系統(tǒng)架構(gòu)
整個IP Camera系統(tǒng)主要包括音視頻采集，智能視頻分析或智能音頻分析，音/視頻編碼，流媒體打包傳輸，系統(tǒng)控制等模塊（如圖1所示）。
基本系統(tǒng)為Blackfin的視頻接口PPI同數(shù)字視頻流輸入相連來接收視頻信號，而串行的SPORT接口可以連接音頻輸入，音視頻數(shù)據(jù)以專用DMA通 道傳送到SDRAM；如果需要智能監(jiān)控，可以根據(jù)需要插入不同的分析模塊；然后軟件編碼器負(fù)責(zé)對實時采集進(jìn)來的音視頻進(jìn)行壓縮，并打成 TS（Transport Stream）流來傳輸。整個系統(tǒng)是數(shù)據(jù)流驅(qū)動的，下圖中不同的輸入，分析和編碼模塊可以根據(jù)需要來選擇，每個模塊的輸入和輸出的是符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流，可 以靈活地插入系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的不同位置進(jìn)行處理。一般的Blackfin單核芯片只能同時使用其中的一部分模塊，但雙核芯片如BF561或雙片方案中，可以同 時使用所有的模塊。
圖1 基于Blackfin 537處理器IP Camera系統(tǒng)框圖
詳細(xì)資料：用于IP Camera的Blackfin 537處理器
2.1 視頻采集和編碼
Blackfin 系列DSP專門針對高速并行數(shù)據(jù)特別是視頻數(shù)據(jù)集成了并行外圍接口（PPI），在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線的基礎(chǔ)上增加了一條專用數(shù)據(jù)吞吐通道。
PPI接口不僅可以按照BT.601視頻流的“硬件同步”模式工作，還能自動解碼BT.656前同步碼，從而允許無縫連接到多種視頻源和圖像傳感器，與 直接存儲器存?。―MA）控制器配合使用，PPI可以在完整的視頻幀信息中只讀入有效的視頻信息，或只有消隱區(qū)域。這樣當(dāng)不需要完整的視頻幀時顯著節(jié)省了 帶寬。另外，PPI可以忽略隔行的BT.656視頻流的所有第二場圖像信息，從而提供了一種很有效的方法用于快速抽取輸入信號。最后，因為PPI本身就可 以解碼BT.656視頻流，所以它可以直接連接到流行的類似ADV7183A視頻解碼器。
IP Camera上主流的編碼標(biāo)準(zhǔn)如H.264，MPEG4等，ADI公司都提供了免費的編碼器軟件。本項目采用H.264視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，ADI的H.264 編碼器性能得到了最大的優(yōu)化，充分利用了片內(nèi)L1 內(nèi)存，數(shù)據(jù)通過DMA來搬移，與處理器的運算并行執(zhí)行。主要的特點有：支持YUV420和UYVY422 （CCIR-656） 視頻輸入格式，輸出是以NAL為單位的基本視頻流；對于H264編碼，支持Baseline Profile和一些Main profile的特性（Interlaced encoding， CABAC），在BF53x上能達(dá)到最大實時1/2 D1，BF561上支持D1實時，支持I和P幀，自適應(yīng)CBR碼率控制等。對于不同的應(yīng)用，ADI H.264編碼器的比特率是可調(diào)整的，低比特率下甚至可以在CDMA1x這樣的低帶寬應(yīng)用中實現(xiàn)實時傳輸。
2.2 智能監(jiān)控
目前監(jiān)控市場的發(fā)展越來越趨向于智能化，各種視頻或音頻的智能分析算法得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，如運動目標(biāo)檢測和跟蹤，入侵檢測，特殊聲音檢測和定位等等。 Blackfin處理器從架構(gòu)到指令集都對多媒體處理有很好的支持，有專用的視頻處理指令，因此特別適合于實現(xiàn)靈活的多媒體智能分析算法。ADI公司推出 了“Image Tool Box”智能監(jiān)控軟件包，針對智能監(jiān)控算法中的一些常用和基本函數(shù)做了專門的優(yōu)化，有很好的性能，可以加速上層算法的實現(xiàn)和優(yōu)化。
一般 智能分析的實現(xiàn)是針對未編碼的媒體流進(jìn)行分析，但也有利用編碼器輸出結(jié)果的算法。本項目因為直接使用ADI公司給定的編碼庫，因此使用前置的智能模塊直接 分析輸入的媒體流，并輸出結(jié)果。音視頻的智能處理種類比較多，并在不斷地改進(jìn)，所以用一般都用高性能DSP來實現(xiàn)。在Blackfin上目前有多種智能處 理模塊，如魚眼矯正，運動物體檢測及基于運動檢測的上層算法如遺留物檢測、入侵檢測，槍聲檢測和定位等等。根據(jù)智能模塊的輸出結(jié)果，系統(tǒng)控制和編碼部分都 可以做相應(yīng)的智能處理，如勾勒運動物體邊框，調(diào)高編碼器分辨率，根據(jù)音源位置調(diào)整攝像頭方向，等等。這些模塊一般都有比較標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出接口，便于二次開 發(fā)中的系統(tǒng)集成。
2.3 媒體流傳輸
IP Camera的主要用途就是通過網(wǎng)絡(luò)來實時傳輸遠(yuǎn)程的視頻信息，本項目采用傳輸流（TS）通過UDP或上層的RTP協(xié)議來傳輸。傳送流是根據(jù)ITU-T Rec.H.222.0 | ISO/IEC 13818-2和ISO/IEC 13818-3協(xié)議而定義的一種數(shù)據(jù)流，其目的是為了在有可能發(fā)生嚴(yán)重錯誤的環(huán)境下進(jìn)行一道或多道程序的編碼數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。TS主要應(yīng)用于實時傳送的 節(jié)目，比如實時廣播的電視節(jié)目，主要特點就是要求從視頻流的任一片段開始都是可以獨立解碼的。所以在接收端可以隨時接入。目前視頻監(jiān)控領(lǐng)域還沒有統(tǒng)一的媒 體流標(biāo)準(zhǔn)，但采用TS over RTP/UDP這一標(biāo)準(zhǔn)有利于將來的系統(tǒng)整合。ADI的一些第三方提供了完整的RTP協(xié)議棧產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)上也有一些開源的實現(xiàn)可供參考。
數(shù)據(jù)鏈路方面，對于壓縮視頻傳輸，一般的網(wǎng)絡(luò)接口芯片都能滿足帶寬要求，但是在評估網(wǎng)絡(luò)性能的時候，處理器占用比也是一個非常重要的標(biāo)準(zhǔn)。BF53x系列 中的BF537芯片有內(nèi)置的10/100M MAC接口，并有專用的DMA 數(shù)據(jù)通道，因此傳輸和處理器占用比性能都非常好，在基于BF537的IP Camera上每1Mbps的網(wǎng)絡(luò)流量只消耗約1%的處理器性能，例如傳輸 H264 D1分辨率的監(jiān)控碼流，消耗處理器不到10MIPS。
2.4 軟件架構(gòu)
μC/OSII是Blackfin所支持的RTOS之一，在高速的Blackfin處理器上有很強的硬實時性能，OS中斷響應(yīng)時間約為110 cycles（600MHz下約0.18us）。系統(tǒng)首先創(chuàng)建一個主任務(wù)（main task），負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化和創(chuàng)建其他的模塊任務(wù)。各模塊任務(wù)獨立運行，處理自己的輸入和輸出數(shù)據(jù)流，模塊之間的耦合程度較低，可以靈活的取舍。網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議棧方面，Blackfin上也有多種選擇，除了各商業(yè)RTOS配套提供的TCP/IP協(xié)議棧外，LWIP作為開源網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的佼佼者，也在 Blackfin處理器上有移植版本。本項目采用了uC/OSII配套的uC/IP協(xié)議棧。
軟件架構(gòu)分為音視頻采集，智能分析，編碼打 包和網(wǎng)絡(luò)傳輸，系統(tǒng)控制等模塊，每個模塊由不同優(yōu)先級的任務(wù)負(fù)責(zé)，這非常有利于系統(tǒng)的集成和模塊化設(shè)計。模塊之間相互獨立，用信號量進(jìn)行同步，模塊之間的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都設(shè)計成雙緩沖或者多緩沖，，保證IO模塊和運算模塊并行執(zhí)行。對于高系統(tǒng)負(fù)荷下的容錯，程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也考慮在內(nèi)，偶然出現(xiàn)的丟幀現(xiàn)象不會影響 系統(tǒng)的繼續(xù)運行，并且向系統(tǒng)控制部分報告錯誤。
下表（表1）列出了系統(tǒng)中各模塊的來源：
表1 IP Camera系統(tǒng)模塊來源
3.系統(tǒng)優(yōu)化
在DSP系統(tǒng)中，一旦算法確定下來，實現(xiàn)過程中的優(yōu)化思路一般也是固定的，首先利用編譯器的一些優(yōu)化開關(guān)和手段，其次對算法做分析，找出關(guān)鍵代碼和數(shù) 據(jù)，對關(guān)鍵部分做一些手工的調(diào)整，如改寫成匯編等。但在實現(xiàn)一個包括多路輸入輸出，多種算法并行的完整的系統(tǒng)時，如何達(dá)到整體運行的最優(yōu)化，除了傳統(tǒng)的算 法優(yōu)化外，還需要從系統(tǒng)的角度考慮一些因素：
1.系統(tǒng)帶寬的最大化和最優(yōu)化
在這樣的一個復(fù)雜系統(tǒng)中，視頻和音頻數(shù) 據(jù) 的多路輸入輸出帶來了沖突和延遲，對片外內(nèi)存的使用效率有很大影響。Blackfin的SDRAM控制器支持多Bank的數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸，因此我們要盡量把 不同通道的IO數(shù)據(jù)放在內(nèi)存的不同Bank上。因此在音視頻和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，不光要保證高效的同步，還要利用Blackfin開發(fā)工具提供的特性 把數(shù)據(jù)分散在不同的Bank上。
2.片內(nèi)L1內(nèi)存的高效分配
傳統(tǒng)上，DSP處理器內(nèi)部的L1高速內(nèi)存可以直接訪 問， 存放關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)，提高算法運行效率。而MCU的L1一般全部用來做Cache，軟件不能直接控制。在Blackfin等高性能處理器上，L1可以靈活 地配置成Cache或者直接訪問。在一個完整的系統(tǒng)中，我們要兼顧到各個模塊和操作系統(tǒng)本身，L1內(nèi)存一部分用作Cache，以保證整體cache命中 率；另一部分作為SRAM用于算法的關(guān)鍵模塊。這里需要做一些反復(fù)的調(diào)整和測試，來找出一個最優(yōu)化的L1配置方案，最終目的是達(dá)到L1 內(nèi)存使用效率（命中率）最大。
3.最大效率地使用DMA通道
越來越多的處理器為IO接口提供專用的DMA通道，以減 輕處理器做數(shù)據(jù)輸入輸出的負(fù)擔(dān)。Blackfin上除了音視頻接口的DMA外，還有專用的內(nèi)存DMA通道。但是要最優(yōu)化地使用DMA，最重要的是使用乒乓 緩沖，使處理器和DMA通道流水化工作。在數(shù)據(jù)輸入，算法內(nèi)部的內(nèi)存DMA，數(shù)據(jù)輸出等每個環(huán)節(jié)上都要使用DMA和乒乓緩沖，才能保證系統(tǒng)效率最高。這需 要每個驅(qū)動和軟件模塊都支持這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運行模型。
綜合起來，新型處理器上往往集成了多種提高性能的機(jī)制，軟件系統(tǒng)優(yōu)化的思路，就是保證系統(tǒng)總帶寬（如多總線，多DMA通道）和總運算單元（如多核，多乘法器）的并行化、流水化，這需要開發(fā)人員從系統(tǒng)和應(yīng)用不同的層面來保證。
4.性能分析
系統(tǒng)使用的RTOS帶來的額外開銷主要就是定時為10ms的Timer Tick，可以忽略不計。而由于BF537高超的網(wǎng)絡(luò)性能，網(wǎng)絡(luò)傳輸所占用的處理器時間也非常小。主要的處理器時間消耗在音視頻的智能分析和編碼上。
本項目可以運行在單核或雙核Blackfin平臺上，接收端用開源項目Video Lan Client（VLC）來接收并播放。對于單周期指令集的600MHz Blackfin內(nèi)核，我們一般用600 MIPS來表示單核的總處理器能力，下表列出的部分系統(tǒng)模塊消耗處理器能力也用MIPS來表示，如下表 （表2）所示。
表2 IP Camera 的性能測試 （單位：MIPS）
從上面的性能列表可以看出，對于系統(tǒng)中可以使用的每一個模塊，我們都可以有一個不同參數(shù)下的性能分析，在此基礎(chǔ)上，使用不同性能的處理器，不同的模塊， 不同的編碼格式，甚至不同的幀率，我們可以針對各種應(yīng)用組合出不同的系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。比如我們可以完全運行智能處理算法，只在必要的時候啟動編碼 模塊發(fā)送關(guān)鍵部分的媒體流；也可以平時以低碼率、低幀率運行編碼模塊，由智能模塊動態(tài)控制提高關(guān)鍵幀的碼率和幀率。這樣的智能監(jiān)控系統(tǒng)，會更加實用化，最 大程度地減輕人工負(fù)擔(dān)。
圖2 基于Blackfin的智能監(jiān)控IP Camera
5.小結(jié)
未來嵌入式處理器的發(fā)展，以高計算性能、硬件IP協(xié)處理、多核、面向應(yīng)用等特點，軟件平臺和軟件開發(fā)人員需要適應(yīng)這樣的變化和特點。正向著智能化方向快 速發(fā)展的監(jiān)控領(lǐng)域，正需要這樣的軟硬件平臺提供支持。Blackfin處理器家族作為新一代處理能力和控制能力融合處理器的代表，需要設(shè)計更新更完善的軟 件平臺與其相配合，才能充分發(fā)揮其性能和靈活性，既能最快滿足市場的需要，又能保證各廠商之間的區(qū)別和創(chuàng)新。同時ADI公司及其合作伙伴提供多樣化的工具 和支持，來保證客戶能夠快速、低成本地開發(fā)出市場需要的各種嵌入式產(chǎn)品。
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