王瑩

摘要：部分中外安防監(jiān)控領域廠商介紹了當前安防領域的最新趨勢，涵蓋FPGA、DSP和圖像傳感器廠商。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/146814.htm

關鍵詞：FPGA；DSP；安防；監(jiān)控；嵌入式視覺

標準進展

據(jù)深圳比亞迪微電子公司介紹，根據(jù)前端成像的數(shù)據(jù)格式，監(jiān)控分為模擬監(jiān)控和數(shù)字監(jiān)控兩類。目前，國際上主要有IEEE和ITU-T在對視頻監(jiān)控研究：IEEE的研究主要集中在基礎技術的研究，而ITU-T的研究則主要集中在業(yè)務實現(xiàn)方面：國內從事視頻監(jiān)控國家標準或行業(yè)標準的標準化組織主要是中國通信標準化協(xié)會（CCSA）和全國安全防范報警系統(tǒng)標準化技術委員會（簡稱全國安防標委會，CSBTS/TC100）。

模擬監(jiān)控因為發(fā)展時間長，已經有約定俗成的設備規(guī)范及系統(tǒng)規(guī)范，從380線、420線到960H的產品，各廠家基本能做到兼容：數(shù)字監(jiān)控受服務器限制，不同廠家使用不同的IP段，配發(fā)給客戶的IP也不同，目前還停留在各自為戰(zhàn)的局面。

網絡，智能是熱門

近年來，伴隨著視頻監(jiān)控技術的全面升級和網絡技術的發(fā)展，以及應用需求的不斷擴大，安防監(jiān)控市場得到了迅速增長，監(jiān)控系統(tǒng)從模擬走向數(shù)字，從封閉式向網絡化、智能化和高清化邁進。

尤其網絡視頻可以在世界任何一個角落通過互聯(lián)網進行觀看，同時人們只需要在家中安裝適合的網絡監(jiān)控產品，下載相關的軟件就可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控了，無論你身處何方，只要通過一個移動終端就可以隨時掌握家中的一舉一動，實時監(jiān)控家中的狀況。同時網絡在遠程監(jiān)控上的優(yōu)勢逐步得到凸顯，成為行業(yè)市場上的一個新的熱點，很多企業(yè)開始研發(fā)可以通過網絡運行的安防產品，像百萬高清網絡攝像機。

隨著安防市場上人臉識別、車流統(tǒng)計、電子地圖和視頻分析等技術的應用，從某種意義上講，正在宣告安防智能化的到來。現(xiàn)在這些先進的技術已經在銀行、監(jiān)獄、法院和交通等領域開始應用，未來還將會有更多的智能化安防產品出現(xiàn)。伴隨著智能化監(jiān)控時代的到來，如人臉識別，這對圖像質量提出了更高的要求，高清化的趨勢不可逆轉。

視頻監(jiān)控市場更為成熟

當前3G移動通信網絡已經在全球主要國家大面積部署，同時Wi-Fi熱點日益普遍，視頻監(jiān)控市場正逐步從模擬CCTV視頻系統(tǒng)向更為成熟、主動預防性、基于網絡的IP視頻過渡。ADI技術市場經理張鐵虎說指出，無線IP視頻監(jiān)控網絡架構靈活而方便，可帶來以下四大獨特的好處：實時預警、主動預警、全天候監(jiān)控和按需監(jiān)控。遠程視頻監(jiān)控、高清視頻監(jiān)控和智能視頻分析是今后幾年內IP視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢。

目前，智能IP監(jiān)控的設計挑戰(zhàn)主要來自于監(jiān)控工程應用對可靠性、實時性和可部署性的需求。如在可靠性方面，要求有強大的算法基礎、有針對具體應用需求的規(guī)則和抗干擾能力：在實時性方面，要求系統(tǒng)具備實時輸入、實時運算和實時控制的能力：在可部署性方面，要求系統(tǒng)能與當前混合式（模擬與數(shù)字）監(jiān)控系統(tǒng)接口、可獨立工作、可內嵌至設備、具備規(guī)則設定與維護能力、以及低成本。另外，如何在現(xiàn)有的視頻監(jiān)控網絡里加入實用的，符合行業(yè)需求的智能視頻分析將成為安防廠商面臨的一個主要挑戰(zhàn)。

DSP是中國監(jiān)控市場的主流處理器，是中高端的選擇方案。對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)來說，最適合的控制和處理應該是控制功能和數(shù)字信號處理功能合二為一的匯聚處理器。例如ADI的Blackfin匯聚處理器，其有一個獨特的優(yōu)勢：既具備了強大的數(shù)字信號處理功能和靈活性，又可以做控制處理器來用，另外功耗低，有工業(yè)級的溫度特點。

由于目前還沒有標準的用于智能分析和處理的算法，基于不同的壓縮格式實現(xiàn)智能視頻分析處理會對DSP的MIPS（衡量CPU速度的一個指標）要求有很大不同，所以算法的優(yōu)化非常關鍵。由于ASIC的性能表現(xiàn)不能滿足智能處理的需求，而DSP的靈活性和高性能，使得智能分析處理成為DSP比較擅長的工作。

軟件方面，ADI基于Blackfin平臺，提供充分優(yōu)化的H.264編解碼算法和圖像處理工具包（Image ToolBox）。對H.264的編解碼來說，視頻圖像效果和單路成本（cost per channel）是最重要的。對圖像處理工具包來說，目的是提供基本的、基于Blackfin優(yōu)化的函數(shù)功能供開發(fā)者使用。

嵌入式視覺系統(tǒng)促進了安防監(jiān)控普及

20年前，監(jiān)控系統(tǒng)廠商競相提供由機械系統(tǒng)強化的最佳透鏡，能夠執(zhí)行可實現(xiàn)更清晰、更寬廣拍攝視野的平移/傾斜/縮放功能。但這樣的系統(tǒng)監(jiān)控清晰度則會受到元器件質量，以及人為因素的影響。此后，魚眼透鏡和采用各種視覺專用算法的嵌入式處理系統(tǒng)，針對光照條件進行了校正，無需使用機械電機控制執(zhí)行平移/傾斜/縮放，在大幅增強畫質的同時，進一步提高了系統(tǒng)可靠性。

通過數(shù)字信號處理操縱圖像，增強其清晰度只是開始。賽靈思亞太區(qū)新興業(yè)務拓展經理黃文杰稱，監(jiān)控系統(tǒng)制造商系統(tǒng)能創(chuàng)建更尖端的嵌入式視覺系統(tǒng)。

嵌入式視覺（Embedded Vision）技術的問世使監(jiān)控設備公司能夠使用基于數(shù)字技術的較低成本攝像頭。最重要的一點，嵌入式視覺系統(tǒng)能執(zhí)行分析功能。

分析功能本地化意味著每個單元不僅需要更強大的處理功能來強化和分析攝像頭采集的圖像，而且還必須足夠緊湊，能夠集成進高度集成的系統(tǒng)中。且由于每個單元都必須能夠可靠地與網絡的其余部分進行通信，攝像頭還必須集成通信功能，進一步增大計算復雜度。這些監(jiān)控單元逐漸通過無線網絡連接構成更大型監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分：而且這些監(jiān)控系統(tǒng)將不斷變成更大規(guī)模的企業(yè)網絡乃至更大規(guī)模的全球網絡的組成部分。

過去十年來，賽靈思器件在幫助有關公司推進這些視覺系統(tǒng)創(chuàng)新方面一直發(fā)揮著重大作用?，F(xiàn)在，經過長達5年的開發(fā)，賽靈思成功推出了一款完整的Smarter Vision解決方案。

HD互聯(lián)網協(xié)議監(jiān)控攝像機實現(xiàn)了低成本和靈活性

Altera公司戰(zhàn)略市場經理Bob Siller指出，攝像機生產商面臨的主要挑戰(zhàn)是以盡可能低的價格開發(fā)“智能”攝像機。數(shù)字高清（HD）互聯(lián)網協(xié)議監(jiān)控攝像機具有較低的安裝成本，非常靈活，能夠增加智能功能，因此，逐步開始替代模擬攝像機。

例如，寬動態(tài)范圍（WDR）CMOS圖像傳感器技術提供高質量圖像，在非常苛刻的照明條件下，依然有很好的分辨率、很高的性能。

圖1顯示了一片Altera FPGA怎樣成為WDR CMOS傳感器的中心接口。Altera FPGA方案擁有靈活的與多種類型的圖像傳感器進行接口，包括，支持1080p60的HD WDR視頻圖像傳感器。

部分廠商的解決方案

比亞迪微電子

比亞迪的方案主要應用于專業(yè)安防監(jiān)控、車載后視、可視門鈴、Babymonitor和IP cam等市場，產品系列涉及模擬及數(shù)字監(jiān)控，在市場均獲得良好的口碑。尤其是最新推出的1/4英寸的車載后視芯片及1/3英寸專業(yè)模擬安防芯片，產品定義清晰，圖像效果優(yōu)異，得到了市場的廣泛認可和贊譽。

ADI的Blagkfin處理器

ADI為安防監(jiān)控市場提供包括線性和數(shù)字器件的全范圍產品。Blackfin系列產品現(xiàn)在能為IP攝像頭應用提供雙芯片解決方案，可在視頻標準、分辨率、幀速和相關的視頻前/后處理功能方面實現(xiàn)完全的靈活性。另外，Blackfin的雙芯片解決方案能夠實現(xiàn)視頻壓縮、操作系統(tǒng)支持、CCD/CMOS傳感器的本地互操作、完整的接口選擇以及目標視頻分析所需的開銷處理。

ADI于2012年中期推出的新系列500 MHz雙核、1GHz處理能力的Blackfin處理器BF60X，針對嵌入式視覺應用和低功耗工作進行了優(yōu)化，并配備一個稱為“流水線視覺處理器（PVP）”的高性能視頻分析加速器。

Alteta：1080p30高清IHD內置攝像機視頻分析方案

Ahera提供基于FPGA的10801030 HD視頻分析解決方案，客戶利用它能夠使用單片、低成本Cyclone Ⅳ FPGA，在IP攝像機中集成智能HD視頻分析功能。它能夠以每秒30幀的速率處理高分辨率圖像，非常適合實現(xiàn)車輛十數(shù)、停車場監(jiān)控、行人探測、潛在事故，以及闖紅燈等交通流量管理應用。

只有基于FPGA的解決方案能夠實時處理1080p30 HD視頻。FPGA提供更精確的探測，成功率更高；獲得優(yōu)異的圖像質量；實現(xiàn)更低的誤報；能夠同時跟蹤多個復雜事件。

Xilinx的Smarter Vision方案

過去，設計人員用FPGA加速系統(tǒng)中可能拖慢主處理器的功能，或者用FPGA來運行僅靠處理器不能執(zhí)行的并行計算任務。而現(xiàn)在，利用賽靈思Zvnq-7000 All Programmable SoC，嵌入式視覺技術開發(fā)人員擁有了一款全面可編程的器件，非常適合開發(fā)新一代Smarter Vision應用。

Smarter Visio能在在同一開發(fā)板上互聯(lián)傳輸?shù)牟煌幚砥骱虵PGA中實現(xiàn)，而Zynq 7000 All Programmable SoC能通過同一芯片上處理器和邏輯之間3000個高性能連接，以芯片速度而不是板級速度在智能處理器和FPGA邏輯之間交換信息。而那些將ARM處理器與DSP或GPU搭配使用的ASSP方案則顯得過于僵化，同時并不能提供令人滿意的計算性能?；谶@種器件的解決方案往往需要添加獨立的FPGA來彌補自身的不足。

作為Smarter Vision計劃的一部分，賽靈思還推出了SmartCORE IP組合。