探讨数字、高清与智能大势： IP视频监控启动之慢
引言：视频监控市场从模拟cctv视频系统转向更为成熟的、基于网络的ip视频已成为业界的共识。但另一方面，尽管ip视频监控将成为未来的主流，但就目前情况来看，该市场仍为传统的模拟摄像机所主导。是什么原因使得ip监控市场启动如此之慢？ip视频监控未来将呈现怎样的发展趋势？电子工程专辑专访数位业内知名专家，为您做出逐一解答。
启动之慢，原因何在？
aptina公司高级业务拓展市场经理cliff cheng对记者说，虽然ip摄像机的年增速达到了两位数，但仍然存在一些制约因素，限制了ip摄像机采用率超过总体监控摄像机出货量的50%。目前，大多数ip摄像机部署于没有同轴电缆的新建场所。然而，市场上仍然有6000多万台通过同轴电缆连接的cctv摄像机，是无法在一夜之间被替代的。因此，ip摄像机的发展趋势就是通过现有的同轴电缆来输送高清视频流。为了应对这一挑战，以hd-cctv、intersil sloctm为代表的新兴技术正在涌现。一旦它们得以普及，由于高清ip摄像机的安装更便利，安装成本更低，其采用率将会迅速增加。
“世界上第一台网络摄像机的出现已经是10多年前的事情了。从这几年的发展情况看，ip视频监控是未来主流的这个趋势大家都认同，但ip摄像机出货量超过cctv摄像机出货量这个点却迟迟没有出现。”中星微电子cto张韵东坦承，“影响市场发展速度的因素首先是ip视频监控系统的复杂性，比由模拟摄像机、dvr和视频矩阵为主体构成的传统监控系统要超出很多。”
举个简单的例子，摄像机架设好之后，如果发现没有视频，传统方案下，施工人员从摄像机的输出到显示器的输入，基本上只要检查线路通畅即可；而在ip方案下，除了线路问题，还有ip地址等一系列网络相关设置，中间可能还涉及到网络交换机等设备，要准确定位视频没有出来的问题，工程人员可能还需要操作客户端界面，甚至输入调试命令，这对于工作人员的知识要求比传统监控系统的工作人员要高很多。
传统的监控系统由于是纯模拟信号的采集，传输与显示之间的互通性很简单。而ip视频监控系统是基于ip网络的，在视频编解码标准、网络传输协议方面如果没有统一的标准，对系统集成商、工程安装以及用户来说，也是一个头疼的问题。此外，高清图像采集起步较晚，一些固有的技术特点导致直观图像效果差异，也影响了一些用户对ip视频监控系统的接受。加上对网络带宽，存储成本增加的要求大幅增加，其成本压力也是不容忽视的一个方面。
adi公司技术市场经理张铁虎认为，智能ip监控工程应用对可靠性、实时性和可部署性的需求大大提高：可靠性方面，要求有强大的算法基础、有针对具体应用需求的规则和抗干扰能力；实时性方面，要求系统具备实时输入、实时运算和实时控制的能力；可部署性方面，要求系统能与当前混合式（模拟与数字）监控系统接口、可独立工作、可内嵌至设备、具备规则设定与维护能力、以及低成本。另外，如何在现有的视频监控网络里加入实用的、符合行业需求的智能视频分析，将成为安防厂商面临的另一个主要挑战。
他同时强调称，ip视频监控自身仍然存在没有克服的缺陷，包括：
1.从模拟转向ip监控过程中基础设施的置换成本较大。
2.目前主流的h.264算法对编解码设备的硬件性能要求较高，一旦编解码设备不能满足要求，很容易造成视频的延迟，而这样的延迟在对实时性要求较高的应用中是不可接受的。由于大数据量的原始视频必须压缩后才能在ip网络传输，对视频质量造成一定损失，这是ip标清视频系统难以推广的重要原因。
3.ip系统在为用户带来极大便利的同时也为监控系统带来了极大的隐患。
4.现阶段ip监控系统存在的最大问题在于编码算法不统一，即使同一种算法，各家做法也各不相同，这种现状的直接后果是不同厂家的视频编解码设备无法做到通用，也为项目设备的采购、施工调试和后期扩容造成了极大的不便。
数字、高清与智能分析已是大势所趋
张韵东表示，ip视频监控系统的规模越来越大，要高效率地利用海量的视频监控数据，就必须更多地采用智能分析技术，而且是要在监控前端编码阶段就对关键目标的通用特征参数进行分析和采集，再结合控制中心服务器上的应用软件，来提供各种面向行业和应用的智能分析功能。
为了实现这一点，中星微算法团队在在视频质量诊断、运动目标检测、人脸检测与识别（特别是无约束状态下的人脸检测）、关键目标的通用特征参数分析与提取等方面进行了长期的投入。他同时强调认为，视频分析的运算非常复杂，要能实时地进行视频分析，除了采用更为高端的处理器，更为先进的工艺之外，算法的优化、芯片设计过程中的精雕细琢也必不可少，包括对高性能处理器的优化、存储访问效率的改进、以及低功耗芯片设计技术的采用等，都是非常关键的。
今年3月底，中星微在svac产业联盟会议上发布的全球首款svac视音频编码器芯片，就集中体现了这些研发成果的积累。该芯片不仅能支持多路标清或者单路高清的svac国标视音频编码，也能对视频流中的关键目标进行分析，提取特征参数，结合svac国标中监控专用信息编码等技术，不仅能让前端产品更智能，也能通过与平台软件的结合，提供更为丰富的智能应用，促进ip视频监控系统的应用发展。
德州仪器（ti）dsp视频产品业务拓展经理王承宁认为，未来ip视频监控正呈现明显的三大发展趋势，即远程视频监控、绿色节能和内建视频分析功能。“视频分析有助于优化视频流量、数据存储以及系统效率。用户可设置一些触发条件，系统只有在满足触发条件时才启动录制、提醒和发送功能。”他分析称，2012年，越来越多的ip视频监控产品将集成视频分析功能，dvr将从cif格式快速转向d1格式。
例如，当把摄像机架在一个90%的情况下都没有车通过的路口时，如果采用720p 30高清码率拍照，一个月下来就需要445g的存储空间；但如果换种思路，在没有运动发生时采用低分辨率、低帧数的vga拍照，当产生运动时再使用720p 30高清画质，两者叠加最多只需要78g的硬盘空间，还不到传统方式20%。
为了帮助客户快速推出具有视频分析功能的ip摄像机，ti最近推出了第二代基于达芬奇dm8127+aptina a10030千万像素级cmos图形传感器的ip摄像机参考设计。其中，dm8127不但可支持一路h.264格式1080p每秒60帧编码和多个不同分辨率的子码流，还集成了主频最高达750mhz的c674x dsp用以智能分析，以及最新的hd-vicp协处理器以支持高清编码。
“从ti的角度来看，随着数字视频监控产品高清和智能需求的提高，前端模拟单元不可避免的要集成到处理平台中来。”王承宁说，“这样既可以增加集成度、降低成本，同时对于提升系统性能也有可靠的保证。”除此之外，视频处理子系统中的核心还包含影像信号处理器（isp）。
他进一步解释称，视频采集过程中，前端把ccd/cmos传感器所采集的影像经过视频接口采集，然后通过isp进行3a成像处理，包括“自动曝光（ae）”、“自动白平衡（awb）”和“自动聚焦（af）”。同时，为适应成像过程的高速相应，imcop影像性处理器和ipipe影像流水处理单元也是必不可少的。这三个部分都将存在于isp中，同时集成的还有osd以支持屏幕图文显示。
然而，并不是所有isp都可以轻易地把人脸检测功能集成进来。由于针对高清应用的cmos传感器（500万-1200万像素）已逐渐成为主流，所以选择强大而成熟的isp将至关重要。当然，作为子处理系统，如何确保在soc上实现更有效地协调工作机制更为关键。在ti新的体系结构中，以增强型isp为核心的前端模块有专门的arm cortex-m3微处理器控制，而高达1ghz的cortex a8主处理器在必要时则可以分担前端视频的处理能力。
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“世界上第一台网络摄像机的出现已经是10多年前的事情了。从这几年的发展情况看，ip视频监控是未来主流的这个趋势大家都认同，但ip摄像机出货量超过cctv摄像机出货量这个点却迟迟没有出现。”中星微电子cto张韵东坦承，“影响市场发展速度的因素首先是ip视频监控系统的复杂性，比由模拟摄像机、dvr和视频矩阵为主体构成的传统监控系统要超出很多。”
举个简单的例子，摄像机架设好之后，如果发现没有视频，传统方案下，施工人员从摄像机的输出到显示器的输入，基本上只要检查线路通畅即可；而在ip方案下，除了线路问题，还有ip地址等一系列网络相关设置，中间可能还涉及到网络交换机等设备，要准确定位视频没有出来的问题，工程人员可能还需要操作客户端界面，甚至输入调试命令，这对于工作人员的知识要求比传统监控系统的工作人员要高很多。
传统的监控系统由于是纯模拟信号的采集，传输与显示之间的互通性很简单。而ip视频监控系统是基于ip网络的，在视频编解码标准、网络传输协议方面如果没有统一的标准，对系统集成商、工程安装以及用户来说，也是一个头疼的问题。此外，高清图像采集起步较晚，一些固有的技术特点导致直观图像效果差异，也影响了一些用户对ip视频监控系统的接受。加上对网络带宽，存储成本增加的要求大幅增加，其成本压力也是不容忽视的一个方面。
adi公司技术市场经理张铁虎认为，智能ip监控工程应用对可靠性、实时性和可部署性的需求大大提高：可靠性方面，要求有强大的算法基础、有针对具体应用需求的规则和抗干扰能力；实时性方面，要求系统具备实时输入、实时运算和实时控制的能力；可部署性方面，要求系统能与当前混合式（模拟与数字）监控系统接口、可独立工作、可内嵌至设备、具备规则设定与维护能力、以及低成本。另外，如何在现有的视频监控网络里加入实用的、符合行业需求的智能视频分析，将成为安防厂商面临的另一个主要挑战。
他同时强调称，ip视频监控自身仍然存在没有克服的缺陷，包括：
1.从模拟转向ip监控过程中基础设施的置换成本较大。
2.目前主流的h.264算法对编解码设备的硬件性能要求较高，一旦编解码设备不能满足要求，很容易造成视频的延迟，而这样的延迟在对实时性要求较高的应用中是不可接受的。由于大数据量的原始视频必须压缩后才能在ip网络传输，对视频质量造成一定损失，这是ip标清视频系统难以推广的重要原因。
3.ip系统在为用户带来极大便利的同时也为监控系统带来了极大的隐患。
4.现阶段ip监控系统存在的最大问题在于编码算法不统一，即使同一种算法，各家做法也各不相同，这种现状的直接后果是不同厂家的视频编解码设备无法做到通用，也为项目设备的采购、施工调试和后期扩容造成了极大的不便。
数字、高清与智能分析已是大势所趋
张韵东表示，ip视频监控系统的规模越来越大，要高效率地利用海量的视频监控数据，就必须更多地采用智能分析技术，而且是要在监控前端编码阶段就对关键目标的通用特征参数进行分析和采集，再结合控制中心服务器上的应用软件，来提供各种面向行业和应用的智能分析功能。
为了实现这一点，中星微算法团队在在视频质量诊断、运动目标检测、人脸检测与识别（特别是无约束状态下的人脸检测）、关键目标的通用特征参数分析与提取等方面进行了长期的投入。他同时强调认为，视频分析的运算非常复杂，要能实时地进行视频分析，除了采用更为高端的处理器，更为先进的工艺之外，算法的优化、芯片设计过程中的精雕细琢也必不可少，包括对高性能处理器的优化、存储访问效率的改进、以及低功耗芯片设计技术的采用等，都是非常关键的。
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“从ti的角度来看，随着数字视频监控产品高清和智能需求的提高，前端模拟单元不可避免的要集成到处理平台中来。”王承宁说，“这样既可以增加集成度、降低成本，同时对于提升系统性能也有可靠的保证。”除此之外，视频处理子系统中的核心还包含影像信号处理器（isp）。
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