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1、视频监控发展趋势和方案比较自从美国911事件以来，全球视频监控系统的需求越来越强劲。在国内有关部门推出了“平安城市”项目后，中国的视频监控市场也开始起飞。特别是2008年北京奥运会、2010年上海世博会更是大力推动了中国视频监控市场的发展。据市场调研机构的数据显示，近几年全球视频监控市场的年复合增长率接近10%，而中国市场的增长率更是在20%以上，预计2014年，全球视频监控市场规模将达到410亿美元。1 发展趋势在市场的快速发展的同时，相关视频技术也不断升级，视频监控技术与市场呈现了以下几个发展趋势：1.1 从CCTV到DVR再到NVR传统的模拟闭路电视视频监控(CCTV)，进行实时的录像，
2、需要大量的磁带进行记录，分析管理不方便，市场份额正在逐渐被数字视频监控(DVR)吞食。数字视频监控，因为对输入的模拟视频信号进行了数字化处理，后端可以方便地对图像进行处理降噪、缩放、OSD、压缩等等，大大减少了对存储空间的需求，降低了成本，也为视频智能分析提供了基础。网络视频监控(NVR)是在DVR的基础上，加强了网络功能，可以方便地实现远程管理和远端存储。随着网络基础设施的升级，NVR正获得迅猛的发展。1.1 从CIF到D1再到HD随着视频处理芯片能力的增强，集成度的提高和成本的下降，以及硬盘单位容量成本的降低，数字视频监控产品的分辨率正在升级。目前D1(480i格式，720480，水平48
3、0线，隔行扫描)正在逐渐取代CIF(352288)成为市场的主流。而一些高端产品，已经开始支持720p 格式(1280720，水平720线，逐行扫描)，甚至1080p格式(19201080，水平1080线，逐行扫描)，以满足一些特殊的应用需求，如工业/医疗图像识别。更高的图像分辨率，意味着更大的存储空间需求，也为图像识别、智能分析提供了便利。1.2 从4/8通道到8/16/32通道随着单位通道成本的降低，终端客户愿意设置更多的摄像头，提高布控密度，以提供更好的安全保障。市场主流需求也由单设备4/8通道提升到8/16/32通道。1.3 视频监控 + 网络存储随着视频监控市场的繁荣，也带动了存储产
4、品市场的发展。过去，网络存储产品主要配合服务器用于运营商和企业的数据备份。现在，一些行业应用对图像分辨率和保存时间提出了更高的要求，传统的存储阵列产品也开始逐渐引入到视频监控的应用中来，其提供的RAID功能，保证了数据存储的可靠性和安全性。1.4 智能监控更广泛的视频监控应用，带来视频数据爆炸式地增长，靠人工手动查验变得越来越困难。互联网络的发展，开启了信息爆炸的时代，如果不依靠Google、Baidu这样的搜索引擎，我们将迷失在茫茫的信息海洋中。同样的道理，智能监控是视频监控发展的必然趋势。在将来的某一天，也许我们输入几张嫌疑犯的照片，就可以借助人脸识别和人体特征识别技术，并通过庞大的互联网
5、相连的视频监控网络，搜索出可能的嫌疑犯出现过的位置和视频信息。当然，这有很大的难度，但是，很多前沿的公司正在朝这个方向努力。而且，现在的智能监控产品已经在一些方面取得了可喜的成绩，如车牌识别、人脸识别、越界报警、目标跟踪、可疑物报警、人头数量统计依据其不同的工作原理、视频数据传输和处理方式，数字视频监控分为网络视频摄像机(IPCAM)+网络存储、基于PC的视频采集以及嵌入式DVR/NVR三种方案，每种方案针对不同的应用环境都各有优势，以下是三种方案的比较:1.4.1 IPCAM + 网络存储该方案的优点是部署灵活、方便，缺点是当前主流方案中的单位通道成本较DVR/NVR高。网络视频摄像机IPC
6、AM可以通过以太网口上连到NVR设备，也可以直接上连到网络存储设备。前者适合组建小的监控网络，IPCAM作为NVR的一种补充；后者适合完全由IPCAM来组建大型监控网络。IPCAM系统框图如“图1”，摄像机如果是模拟信号输出，则需要视频解码器将信号转换成数字信号，送给后端。视频处理器对视频信号进行处理、压缩，并包装成以太网包送出。IPCAM的发展方向将是进一步降低成本，并加强智能监控的功能。可以把视频处理器的功能做得更强大，将摄像机功能集成进来，由视频处理器直接对Image sensor输出的信号进行处理。这样，就可以省掉摄像机中进行前端处理的ISP (Image signal process
7、or)和如图所示的视频解码器，从而由单芯片方案实现IPCAM。网络存储产品的系统框图如“图2”，由以太网交换机对IPCAM的数据进行汇聚，通过千兆以太网口将数据传送给网络存储设备。这种方案中的处理器通常是性能比较强的处理器，如多核x86、PowerPC、MIPS都有使用。这个级别的处理器，通常带多组PCI Express接口，提供高带宽的外设接入。RAID处理需要做大量的XOR运算，如果由处理器直接来做处理，会大大增加处理器的负荷，系统规模也就不可能做大。所以，通常会使用专门的RAID协处理器。硬盘扩展(HDD Expand)部分，是用于将外接硬盘的数量扩展到十几个、几十个甚至上百个。通常的方
8、案是用SATA Controller + SATA Port Multiplier，或者SAS Controller + SAS Expander。 当前的RAID协处理器、SATA Controller和SAS Controller多为PCI-X接口，为能实现与处理器的PCI Express接口实现互连，就要用到一个非常重要的桥接芯片，实现PCI Express到PCI-X的接口转换。Pericom公司的PI7C9X130，实现了PCI Express x4到PCI-X 64bit133MHz的转换，支持64133 = 1064MB/s的带宽。PCI-X向下兼容PCI，总线也可以跑在100M
9、Hz、66MHz、33MHz或者其他低于133MHz的频率。PI7C9X130工作在PCI模式时，可以扩展6个PCI设备。该芯片也被用于实现720p、1080p的高端视频处理卡。 另外，PI7C9X130还支持Reverse mode，即可以实现从PCI-X到PCI Express的桥接，当处理器提供的接口是PCI-X，而需要挂接PCI Express接口的外设时，就需要工作在此种模式。1.4.2 基于PC应用的视频采集卡视频采集卡的优点是配置简单、操作方便。占用PC的PCI插槽或者PCI Express插槽，程序运行在Windows或者Linux下，操作跟日常使用电脑一样简单。PC价钱越来越
10、便宜，性能也越来越强，基于Windows和Linux操作系统，有更多的软件资源支持，使得产品开发变得更容易。这为智能监控功能的开发提供了极大的便利。视频采集卡的缺点是，如果客户要为采集卡新配置PC，那么，计算上PC的成本，视频监控单位通道成本将较之DVR/NVR高。视频采集卡分为两种，硬件压缩视频采集卡和软件压缩视频采集卡。顾名思义，硬压卡是由专门的DSP或者ASIC来实现视频数据的处理和压缩，而软压卡只实现视频数据的采集，处理和压缩都由PC的处理器来实现。所以，硬压卡对PC处理器的耗用较少，数据压缩后传输，占用传输带宽少；而软压卡的所有负荷都在PC处理器上，原始数据进行传输，占用传输带宽大。
11、就单卡成本而言，硬压卡的成本远高于软压卡，但单卡通道数可以做得更多，对PC配置要求不高。通过这种简单的比较，我们不难看出，硬压卡的定位介于软压卡和DVR/NVR之间。虽然现在PC价钱非常便宜，性能也足够强，但是最便宜的PC也还是比嵌入式的处理器贵。所以，硬压卡的市场份额有可能逐渐被软压卡和DVR/NVR蚕食。当前，视频采集卡的主流还是PCI插卡。但是，因为PC的PCI总线工作在33MHz，无法实现8路D1的原始数据传输；另外，Intel在大力推广PCI Express总线，新推出的芯片组，提供更多的PCI Express接口，并让PCI接口逐渐淡出市场。所以，PCI Express的视频采集卡
12、在逐渐流行起来。硬压卡功能框图如“图3”，软压卡功能框图如“图4”、“图5”。在视频采集卡中，为了单卡实现多个通道，需要挂接更多的PCI设备，如图所示的DSP/ASIC或视频解码器，故需要进行PCI总线的扩展。Pericom公司的PI7C8152是完全透明的PCI桥，可以扩展4个PCI设备，用于硬压卡；PI7C8150，可以扩展9个PCI设备，用于8路软压卡；PI7C8140，可以扩展4个PCI设备，用于4路软件卡。这三颗芯片都在PCI视频采集卡上得到了广泛的应用，而Pericom公司推出的PCI Express x1到PCI 的桥接 PI7C9X111SL和PI7C9X112SL更是专门为视
13、频监控应用量身打造，已经成为PCI Express视频采集卡应用的必然选择。PI7C9X111SL和PI7C9X112SL专为视频监控应用进行了优化，支持512Byte的“Max Payload Size”，PCI to PCI Express进行upstream memory write的实际测试，当PCI工作在32bit33MHz时，数据传输率高达120MB/s；当PCI工作在32bit66MHz时，数据传输率高达230MB/s，完全满足软压卡单卡实现8路D1的应用需求。PI7C9X111SL可以扩展4个PCI设备；PI7C9X112SL可以扩展8个PCI设备。两款芯片采用同样的封装，客户
14、可以方便地实现4路卡和8路卡的兼容设计，共用一个PCB。封装为14*14mm的128 LQFP，方便客户焊接、调试。较之BGA封装，减小了设计难度，可以使用更少的PCB层数，降低了成本。芯片功耗只有0.45W。 另外，PI7C9X111SL还支持Reverse mode，即可以实现PCI到PCI Express的桥接，当处理器提供的接口是PCI，而需要挂接PCI Express接口的外设时，就需要工作在此种模式。少数视频解码器提供PCI Express x1接口，Pericom公司专门为监控市场提供了低端口数的PCI Express Packet Switch，实现PCI Express po
15、rt扩展。应用功能框图如“图5”，常用型号如下：1.4.3 嵌入式DVR/NVR嵌入式DVR/NVR功能框图如“图6”，和“PC + 硬压卡”的应用非常类似。嵌入式DVR/NVR因为采用集成外设接口、性能适中的低成本嵌入式处理器，使得视频监控的单位通道成本大幅降低，系统功耗也大幅下降，契合当前“绿色环保”的产品理念。因为是一个封闭的系统，所以，也就不存在兼容性的问题。嵌入式DVR/NVR多采用Linux操作系统，如果想通过shell command来进行配置、管理，对终端客户会是非常困难的一件事情。所以，必须要开发简单、易用的管理软件。再者，当前的嵌入式DVR/NVR产品通常是固定通道数设计，扩展性不好。也许采用模块化的设计会是一个不错的选择。另外，嵌入式DVR/NVR的视频处理是由DSP/ASIC完成，在此基础上开发智能监控功能，较基于PC的开发，难度更大。总结：受应用市场上更多先进功能需求的推动，视频监控技术和市场正在向数字化和网络化的方向快速发展，除了高清晰度的图像传感器，更高效、低功耗的视频编解码，更强大的处理器和应用系统外，大量数据在不同总线和接口之间的传输，已经成为提升系统性能的又一个关键。
